高中物理闭合电路的欧姆定律解析版汇编及解析
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高中物理闭合电路的欧姆定律解析版汇编及解析
一、高考物理精讲专题闭合电路的欧姆定律
1．如图所示电路，A、B两点间接上一电动势为4V、内电阻为1Ω的直流电源，三个电阻的阻值均为4Ω，电容器的电容为20μF，电流表内阻不计，求：
(1)闭合开关S后，电容器所带电荷量；
(2)断开开关S后，通过R2的电荷量。
【答案】(1)6.4×10-5C；(2)53.210C
【解析】
【分析】
【详解】
(1)当电键S闭合时，电阻1R、2R被短路，据欧姆定律得电流表的读数为
34A0.8A14EIrR
电容器所带电荷量
653320100.84C6.410CQCUCIR
(2)断开电键后，电容器相当于电源，外电路1R、2R并联后与3R串联，由于各个电阻相等，则通过2R的电荷量为
513.210C2QQ
2．如图所示，电解槽A和电炉B并联后接到电源上，电源内阻r＝1Ω，电炉电阻R＝19Ω，电解槽电阻r′＝0.5Ω.当S1闭合、S2断开时，电炉消耗功率为684W；S1、S2都闭合时，电炉消耗功率为475W(电炉电阻可看作不变)．试求：
（1）电源的电动势；
（2）S1、S2闭合时，流过电解槽的电流大小；
（3）S1、S2闭合时，电解槽中电能转化成化学能的功率．
【答案】（1）120V（2）20A（3）1700W 【解析】
（1）S1闭合，S2断开时电炉中电流106PIAR
电源电动势0()120EIRrV；
（2）S1、S2都闭合时电炉中电流为25BPIAR
电源路端电压为95RUIRV
流过电源的电流为25EUIAr
流过电槽的电流为20ABIIIA；
（3）电解槽消耗的电功率1900AAPIUW
电解槽内热损耗功率2'200APIrW热
电解槽转化成化学能的功率为1700APPPW化热．
点睛：电解槽电路在正常工作时是非纯电阻电路，不能用欧姆定律求解其电流，只能根据电路中电流关系求电流．
3．如图所示，金属导轨平面动摩擦因数µ＝0.2，与水平方向成θ＝37°角，其一端接有电动势E＝4.5V，内阻r＝0.5Ω的直流电源。现把一质量m＝0.1kg的导体棒ab放在导轨上，导体棒与导轨接触的两点间距离L＝2m，电阻R＝2.5Ω，金属导轨电阻不计。在导轨所在平面内，分布着磁感应强度B＝0.5T，方向竖直向上的匀强磁场。己知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g＝10m/s2（不考虑电磁感应影响），求：
(1)通过导体棒中电流大小和导体棒所受安培力大小；
(2)导体棒加速度大小和方向。
【答案】(1) 1.5A，1.5N；(2)2.6m/s2，方向沿导轨平面向上
【解析】
【详解】
(1)由闭合电路欧姆定律可得
1.5AEIRr
根据安培力公式可得导体棒所受安培力大小为
1.5NFBIL (2)对导体棒受力分析，根据牛顿第二定律有
cosθsinθ BILmgfma
cosθsinθNfFmgBIL
联立可得
2 2.6m/sa
方向沿导轨平面向上
4．如图所示，在A、B两点间接一电动势为4V，内电阻为1的直流电源，电阻1R、2R、3R的阻值均为4，电容器的电容为30F，电流表内阻不计，当电键S闭合时，求：
（1）电流表的读数．
（2）电容器所带的电量．
（3）断开电键S后，通过2R的电量．
【答案】（1）0.8A；（2）59.610C；（3）54.810C
【解析】
试题分析：当电键S闭合时，电阻1R、2R被短路．根据欧姆定律求出流过3R的电流，即电流表的读数．电容器的电压等于3R两端的电压，求出电压，再求解电容器的电量．断开电键S后，电容器通过1R、2R放电，1R、2R相当并联后与3R串联．再求解通过2R的电量．
（1）当电键S闭合时，电阻1R、2R被短路．根据欧姆定律得：
电流表的读数340.841EIAARr
（2）电容器所带的电量653330100.849.610QCUCIRCC
（3）断开电键S后，电容器相当于电源，外电路是1R、2R相当并联后与3R串联．由于各个电阻都相等，则通过2R的电量为514.8102QQC
5．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=0.50Ω
6．如图所示，电源电动势E＝27 V，内阻r＝2 Ω，固定电阻R2＝4 Ω，R1为光敏电阻．C为平行板电容器，其电容C＝3pF，虚线到两极板距离相等，极板长L＝0.2 m，间距d＝1.0×10－2 m．P为一圆盘，由形状相同透光率不同的二个扇形a、b构成，它可绕AA′轴转动．当细光束通过扇形a、b照射光敏电阻R1时，R1的阻值分别为12 Ω、3 Ω.有带电量为q＝－1.0×10－4 C微粒沿图中虚线以速度v0＝10 m/s连续射入C的电场中．假设照在R1上的光强发生变化时R1阻值立即有相应的改变．重力加速度为g＝10 m/s2.
(1)求细光束通过a照射到R1上时，电容器所带的电量；
(2)细光束通过a照射到R1上时，带电微粒刚好沿虚线匀速运动，求细光束通过b照射到R1上时带电微粒能否从C的电场中射出．
【答案】（1）111.810CQ（2）带电粒子能从C的电场中射出
【解析】
【分析】
由闭合电路欧姆定律求出电路中电流，再由欧姆定律求出电容器的电压，即可由Q=CU求其电量；细光束通过a照射到R1上时，带电微粒刚好沿虚线匀速运动，电场力与重力二力平衡．细光束通过b照射到R1上时，根据牛顿第二定律求粒子的加速度，由类平抛运动分位移规律分析微粒能否从C的电场中射出．
【详解】
（1）由闭合电路欧姆定律，得12271.5A1242EIRRr 又电容器板间电压22CUUIR，得UC=6V
设电容器的电量为Q，则Q=CUC解得111.810CQ
（2）细光束通过a照射时，带电微粒刚好沿虚线匀速运动，则有CUmgqd
解得20.610mkg
细光束通过b照射时，同理可得12CUV
由牛顿第二定律，得CUqmgmad 解得210m/sa
微粒做类平抛运动，得212yat，
0ltv
解得20.210m2dy， 所以带电粒子能从C的电场中射出．
【点睛】
本题考查了带电粒子在匀强电场中的运动，解题的关键是明确带电粒子的受力情况，判断其运动情况，对于类平抛运动，要掌握分运动的规律并能熟练运用．
7．如图所示的电路中，电源电动势Ed＝6V，内阻r＝1Ω，一定值电阻R0＝9.0Ω，变阻箱阻值在0﹣99.99Ω范围。一平行板电容器水平放置，电容器极板长L＝100cm，板间距离d＝40cm，重力加速度g＝10m/s2，此时，将变阻箱阻值调到R1＝2.0Ω，一带电小球以v0＝10m/s的速度从左端沿中线水平射入电容器，并沿直线水平穿过电容器。求：
（1）变阻箱阻值R1＝2.0Ω时，R0的电功率是多少？
（2）变阻箱阻值R1＝2.0Ω时，若电容器的电容C＝2μF，则此时电容器极板上带电量多大？
（3）保持带电小球以v0＝10m/s的速度从左端沿中线水平射入电容器，变阻箱阻值调到何值时，带电小球刚好从上极板右端边缘射出？
【答案】（1）2.25W （2）2×10﹣6C （3）50Ω
【解析】
【详解】
（1）当R1＝2.0Ω时，闭合回路电流I为： 01dEIRrR
代入数据解得：I＝0.5A
所以PR0＝I2R0＝0.52×9＝2.25W；
(2)当R1＝2.0Ω时，UR1＝IR1＝1V
由Q＝CU＝2×10﹣6C；
(3) 当R1＝2.0Ω时，则：Mg＝qE
1RUEd
电路中分压关系，则有：
1110RdRUERRr
调节变阻箱阻值到'1R，使得带电小球刚好从上极板边缘射出，则：
qE2﹣Mg＝Ma
且''11'10RdRUERrR
'12RUEd
又2122dat
水平向：L＝vot
由以上各工，代入数值得'1R＝50Ω。
8．如图所示，电源的电动势E=80V，内电阻4Ωr，12ΩR，2R为电阻箱。求：
（1）当电阻箱2R阻值为多大时，电阻1R消耗的功率最大？
（2）当电阻箱2R阻值为多大时，电阻箱2R消耗的功率最大？
（3）当电阻箱2R阻值为14Ω时，电源输出功率为多少？此时电源效率为多少？
【答案】（1）0Ω（2）6Ω（3）256W；80%
【解析】
【详解】
（1）由
2PIR 可知I最大时R1功率最大，
又由
12rEIRR
可知：当R2=0时R1消耗功率最大。
（2）设R2消耗的电功率为P1，则
221221211+++++2+EEPRrRRRrRRrR
由数学知识可知，分母最小时分数值越大，因
211++2+12RrRRrR
当且仅当21+RrRR 取“=”，此时R2消耗的电功率最大，则21r6RR；
（3）设电源的输出功率为P出，则：
212(256WPIRR出）
电源的效率为
100%80%rRR
9．如图所示，电源电动势E=50V，内阻r=1Ω， R1=3Ω，R2=6Ω．间距d=0.2m的两平行金属板M、N水平放置，闭合开关S，板间电场视为匀强电场．板间竖直放置一根长也为d的光滑绝缘细杆AB，有一个穿过细杆的带电小球p，质量为m=0.01kg、带电量大小为q=1×10-3C（可视为点电荷，不影响电场的分布）．现调节滑动变阻器R，使小球恰能静止在A处；然后再闭合K，待电场重新稳定后释放小球p．取重力加速度g=10m/s2．求：
（1）小球的电性质和恰能静止时两极板间的电压；
（2）小球恰能静止时滑动变阻器接入电路的阻值；
（3）小球p到达杆的中点O时的速度．
【答案】(1)U=20V (2)Rx=8Ω (3)v=1.05m/s
【解析】
