(物理)物理闭合电路的欧姆定律练习题及答案及解析

（物理）物理闭合电路的欧姆定律练习题及答案及解析一、高考物理精讲专题闭合电路的欧姆定律1．平行导轨P 、Q 相距l ＝1 m ，导轨左端接有如图所示的电路．其中水平放置的平行板电容器两极板M 、N 相距d ＝10 mm ，定值电阻R 1＝R 2＝12 Ω，R 3＝2 Ω，金属棒ab 的电阻r ＝2 Ω，其他电阻不计．磁感应强度B ＝0.5 T 的匀强磁场竖直穿过导轨平面，当金属棒ab 沿导轨向右匀速运动时，悬浮于电容器两极板之间，质量m ＝1×10－14kg ，电荷量q ＝－1×10－14C 的微粒恰好静止不动．取g ＝10 m /s 2，在整个运动过程中金属棒与导轨接触良好．且速度保持恒定．试求：(1)匀强磁场的方向和MN 两点间的电势差 (2)ab 两端的路端电压； (3)金属棒ab 运动的速度．【答案】(1) 竖直向下；0.1 V (2)0.4 V . (3) 1 m /s . 【解析】 【详解】（1）负电荷受到重力和电场力的作用处于静止状态，因为重力竖直向下，所以电场力竖直向上，故M 板带正电．ab 棒向右做切割磁感线运动产生感应电动势，ab 棒等效于电源，感应电流方向由b →a ，其a 端为电源的正极，由右手定则可判断，磁场方向竖直向下． 微粒受到重力和电场力的作用处于静止状态，根据平衡条件有mg ＝Eq 又MNU E d＝所以U MN ＝mgdq＝0.1 V（2）由欧姆定律得通过R 3的电流为I ＝3MNU R ＝0.05 A则ab 棒两端的电压为U ab ＝U MN ＋I ×0.5R 1＝0.4 V . （3）由法拉第电磁感应定律得感应电动势E ＝BLv 由闭合电路欧姆定律得E ＝U ab ＋Ir ＝0.5 V 联立解得v ＝1 m /s .2．如图所示的电路中，电源电动势E ＝12 V ，内阻r ＝0.5 Ω，电动机的电阻R 0＝1.0 Ω，电阻R 1＝2.0Ω。

电动机正常工作时，电压表的示数U 1＝4.0 V ，求： (1)流过电动机的电流； (2)电动机输出的机械功率； (3)电源的工作效率。

【答案】（1）2A ；（2）14W ；（3）91.7% 【解析】 【分析】 【详解】(1)电动机正常工作时，总电流为I ＝11U R ＝ 2A (2)电动机两端的电压为U ＝E －Ir －U 1=(12－2×0.5－4.0) V ＝7 V电动机消耗的电功率为P 电＝UI ＝7×2 W ＝14 W电动机的热功率为P 热＝I 2R 0＝22×1 W ＝4 W电动机输出的机械功率P 机＝P 电－P 热＝10 W(3)电源释放的电功率为P 释＝EI ＝12×2 W ＝24 W有用功率P 有＝2122W UI I R +=电源的工作效率=91.7%P P η=有释3．电源的电动势为4.8V 、外电阻为4.0Ω时，路端电压为4.0V 。

如果在外电路并联一个6.0Ω的电阻，路端电压是多大？ 【答案】3.6V 【解析】 【详解】由题意可知当外电阻为4.0Ω时，根据欧姆定律可知电流4A 1.0A 4U I R ===外由闭合电路欧姆定律()E I R r =+代入数据解得r =0.8Ω当外电路并联一个6.0Ω的电阻时462.446R ⨯==Ω+并 电路中的总电流4.8A=1.5A 2.40.8E I R r '==++并 所以路端电压1.52.4V3.6V U I R '==⨯'=并4．如图所示电路中，r 是电源的内阻，R 1和R 2是外电路中的电阻，如果用P r ，P 1和P 2分别表示电阻r ，R 1，R 2上所消耗的功率，当R 1=R 2= r 时，求： (1)I r ∶I 1∶I 2等于多少 (2)P r ∶P 1∶P 2等于多少【答案】(1)2：1：1；(2)4：1：1。

【解析】 【详解】(1)设干路电流为I ，流过R 1和R 2的电流分别为I 1和I 2。

由题，R 1和R 2并联，电压相等，电阻也相等，则电流相等，故I 1=I 2=12I 即I r ∶I 1∶I 2=2：1：1(2)根据公式P =I 2R ，三个电阻相等，功率之比等于电流平方之比，即P r ：P 1：P 2=4：1：15．如图所示，电源的电动势110V E =，电阻121R =Ω，电动机绕组的电阻0.5R =Ω，开关1S 始终闭合．当开关2S 断开时，电阻1R 的电功率是525W ；当开关2S 闭合时，电阻1R 的电功率是336W ，求：（1）电源的内电阻r ；（2）开关2S 闭合时电动机的效率。

【答案】（1）1Ω；（2）86.9%。

【解析】 【详解】（1）S 2断开时R 1消耗的功率为1525P =W ，则2111E P R R r ⎛⎫= ⎪+⎝⎭代入数据得r =1Ω（2）S 2闭合时R 1两端的电压为U ，消耗的功率为2336P =W ，则221U P R =解得U =84V由闭合电路欧姆定律得E U Ir =+代入数据得I =26A设流过R 1的电流为I 1，流过电动机的电流为I 2，则114UI R ==A 又12I I I +=解得I 2=22A则电动机的输入功率为M 2P UI =代入数据解得M 1848P =W 电动机内阻消耗的功率为2R 2P I R =代入数据解得R 242P =W 则电动机的输出功率M R P P P '=-=1606W所以开关2S 闭合时电动机的效率M100%86.9%P P η'=⨯=6．如图所示，R 为电阻箱，V 为理想电压表．当电阻箱读数为R 1＝2Ω时，电压表读数为U 1＝4V ；当电阻箱读数为R 2＝5Ω时，电压表读数为U 2＝5V ．求：（1）电源的电动势E 和内阻r ．（2）当电阻箱R 读数为多少时，电源的输出功率最大？最大值P m 为多少？ 【答案】（1）E =6 V r =1 Ω （2）当R=r =1 Ω时，P m =9 W 【解析】 【详解】（1）由闭合电路欧姆定律E U Ir =+得：111U E U rR =+，代入得44422E r =+=+①， 222U E U r R =+，代入得：5555E r r =+=+②， 联立上式并代入数据解得：E=6V ，r=1Ω（2）当电阻箱的阻值等于电源的内电阻时电源的输出功率最大，即有R=r=1Ω电源的输出功率最大为：22226()92441m E E P I R r W W r r =====⨯；7．如图所示电路中，电阻R 1=R 2=R 3=10Ω，电源内阻r =5Ω，电压表可视为理想电表。

当开关S 1和S 2均闭合时，电压表的示数为10V 。

求： （1）电源的电动势（2）当开关S 1闭合而S 2断开时，电压表的示数【答案】(1)E =20V(2)16V 【解析】 【详解】(1)电阻R 2中的电流221A U I R == 外电阻13 21315R RR RR R=+=Ω+根据闭合电路欧姆定律EIR r=+得E=I（R+r）代入数据解得：E=1×（15+5）V=20V(2)当开关S1闭合而S2断开时；由闭合电路欧姆定律可知：1212R RU ER R R+=++解得：16VU=8．利用如图所示的电路可以测量电源的电动势和内电阻．当滑动变阻器的滑片滑到某一位置时，电流表和电压表的示数分别为0.20A和2.90V．改变滑片的位置后，两表的示数分别为0.40A和2.80V．这个电源的电动势和内电阻各是多大？【答案】E=3.00V，r=0.50Ω【解析】【分析】【详解】根据全电路欧姆定律可得：；，联立解得：E=3.00V，r=0.50Ω9．如图所示，电源电动势E=30 V，内阻r=1 Ω，电阻R1=4 Ω，R2=10 Ω．两正对的平行金属板长L=0.2 m，两板间的距离d=0.1 m．闭合开关S后，一质量m=5×10﹣8kg，电荷量q=+4×10﹣6C的粒子以平行于两板且大小为 =5×102m/s的初速度从两板的正中间射入，求粒子在两平行金属板间运动的过程中沿垂直于板方向发生的位移大小？（不考虑粒子的重力）【答案】【解析】根据闭合电路欧姆定律，有：电场强度：粒子做类似平抛运动，根据分运动公式，有：L=v0ty=at2其中：联立解得：点睛：本题是简单的力电综合问题，关键是明确电路结构和粒子的运动规律，然后根据闭合电路欧姆定律和类似平抛运动的分运动公式列式求解．10．如图1所示，用电动势为E、内阻为r的电源，向滑动变阻器R供电．改变变阻器R 的阻值，路端电压U与电流I均随之变化．（1）以U为纵坐标，I为横坐标，在图2中画出变阻器阻值R变化过程中U-I图像的示意图，并说明U-I图像与两坐标轴交点的物理意义．（2）a．请在图2画好的U-I关系图线上任取一点，画出带网格的图形，以其面积表示此时电源的输出功率；b．请推导该电源对外电路能够输出的最大电功率及条件．（3）请写出电源电动势定义式，并结合能量守恒定律证明：电源电动势在数值上等于内、外电路电势降落之和．【答案】（1）U–I图象如图所示：图象与纵轴交点的坐标值为电源电动势，与横轴交点的坐标值为短路电流（2）a如图所示：b.2 4 E r（3）见解析【解析】（1）U–I图像如图所示，其中图像与纵轴交点的坐标值为电源电动势，与横轴交点的坐标值为短路电流（2）a．如图所示b．电源输出的电功率：2222 ()2E EP I R RrRrR rR===+++当外电路电阻R=r时，电源输出的电功率最大，为2max=4EPr（3）电动势定义式：WEq=非静电力根据能量守恒定律，在图1所示电路中，非静电力做功W产生的电能等于在外电路和内电路产生的电热，即22W I rt I Rt Irq IRq=+=+E Ir IR U U=+=+外内本题答案是：（1）U–I图像如图所示，其中图像与纵轴交点的坐标值为电源电动势，与横轴交点的坐标值为短路电流（2）a．如图所示当外电路电阻R=r时，电源输出的电功率最大，为2max=4EPr（3）E U U =+外内点睛：运用数学知识结合电路求出回路中最大输出功率的表达式，并求出当R =r 时，输出功率最大．11．如图所示的电路中，电源电动势E =10V ，内阻r =0.5Ω，电动机的电阻R 0=1.0Ω，电阻R 1=1.5Ω．电动机正常工作时，电压表的示数U 1=3.0V ，求：（1）电源释放的电功率；（2）电动机消耗的电功率．将电能转化为机械能的功率； 【答案】（1）20W （2）12W 8W ． 【解析】 【分析】（1）通过电阻两端的电压求出电路中的电流I ，电源的总功率为P=EI ，即可求得； （2）由U 内=Ir 可求得电源内阻分得电压，电动机两端的电压为U=E-U 1-U 内，电动机消耗的功率为P 电=UI ；电动机将电能转化为机械能的功率为P 机=P 电-I 2R 0． 【详解】（1）电动机正常工作时，总电流为：I=1U RI=3.01.5A=2 A ， 电源释放的电功率为：P=EI =10×2 W=20 W ； （2）电动机两端的电压为： U= E ﹣Ir ﹣U 1 则U =（10﹣2×0.5﹣3.0）V=6 V ；电动机消耗的电功率为： P 电=UI=6×2 W=12 W ； 电动机消耗的热功率为： P 热=I 2R 0 =22×1.0 W=4 W ；电动机将电能转化为机械能的功率，据能量守恒为：P 机=P 电﹣P 热 P 机=（12﹣4）W=8 W ； 【点睛】对于电动机电路，关键要正确区分是纯电阻电路还是非纯电阻电路：当电动机正常工作时，是非纯电阻电路；当电动机被卡住不转时，是纯电阻电路．对于电动机的输出功率，往往要根据能量守恒求解．12．如图所示电路，电源电动势E=6V ，内阻r=1Ω．外电路中电阻R 1=2Ω，R 2=3Ω，R 3=7.5Ω．电容器的电容C=4μF ．（1）电键S 闭合，电路稳定时，电容器所带的电量．（2）电键从闭合到断开，流过电流表A 的电量．【答案】67.210C -⨯ ;51.9210C -⨯【解析】【分析】【详解】（1）电键S 闭合，电路稳定时，电容器所在电路没有电流． 外电路总电阻为：＝3Ω 干路电流为：＝1.5A 路端电压为：U ＝E －Ir ＝4.5V电容器的电压为：U 1＝＝1.8V所以电容器的电量： Q 1＝CU 1＝7.2×10-6C ，b 板带正电，a 板带负电．（2）S 断开，电路稳定时，电容器的电压就是R 2的电压，U 2＝＝3V所以电容器的电量： Q 2＝CU 2＝1.2×10-5C ，a 板带正电，b 板带负电．则流过电流表A 的电量 Q ＝Q 1＋Q 2＝1.92×10-5C ．【点睛】本题主要考查了闭合电路欧姆定律的直接应用，关键要同学们能理清电路的结构，明确电容器的电压与哪部分电路的电压相等，要知道电路稳定时，电容器所在电路没有电流，其电压与所并联的电路两端的电压相等．。