高考物理闭合电路的欧姆定律解题技巧分析及练习题(含答案)含解析

高考物理闭合电路的欧姆定律解题技巧分析及练习题(含答案)含解析

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R1＝R2＝12 Ω，R3＝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/s2，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MNUEd＝

所以UMN＝mgdq＝0.1 V

（2）由欧姆定律得通过R3的电流为I＝3MNUR＝0.05 A

则ab棒两端的电压为Uab＝UMN＋I×0.5R1＝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＝Uab＋Ir＝0.5 V

联立解得v＝1 m/s.

2．如图所示，电流表A视为理想电表，已知定值电阻R0=4Ω，滑动变阻器R阻值范围为0~10Ω，电源的电动势E=6V．闭合开关S，当R=3Ω时，电流表的读数I=0.5A。

（1）求电源的内阻。

（2）当滑动变阻器R为多大时，电源的总功率最大?最大值Pm是多少?

【答案】（1）5Ω；（2）当滑动变阻器R为0时，电源的总功率最大，最大值Pm是4W。

【解析】

【分析】

【详解】

（1）电源的电动势E=6V．闭合开关S，当R=3Ω时，电流表的读数I=0.5A，根据闭合电路欧姆定律可知：

0EIRRr

得：r=5Ω

（2）电源的总功率

P=IE

得：

20EPRRr

当R=0Ω，P最大，最大值为mP，则有：4mPW

3．如图所示电路中，电阻R1=R2=R3=10Ω，电源内阻r=5Ω，电压表可视为理想电表。当开关S1和S2均闭合时，电压表的示数为10V。求：

（1）电源的电动势

（2）当开关S1闭合而S2断开时，电压表的示数

【答案】(1)E=20V(2)16V

【解析】

【详解】

(1)电阻R2中的电流

221AUIR

外电阻

1321315RRRRRR 根据闭合电路欧姆定律

EIRr

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：

1212RRUERRR

解得：

16VU

4．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．

5．如图所示，某一新型发电装置的发电管是横截面为矩形的水平管道，管道宽为d，管道高度为h，上、下两面是绝缘板，前后两侧MN、是电阻可忽略的导体板，两导体板与开关S和定值电阻R相连。整个管道置于匀强磁场中，磁感应强度大小为B、方向沿z 轴正方向。管道内始终充满导电液体，MN、两导体板间液体的电阻为r，开关S闭合前后，液体均以恒定速率0v沿x轴正方向流动。忽略液体流动时与管道间的流动阻力。

（1）开关S断开时，求MN、两导板间电压0U，并比较MN、导体板的电势高低；

（2）开关S闭合后，求：

a. 通过电阻R的电流I及MN、两导体板间电压U；

b. 左右管道口之间的压强差pV。

【答案】（1）U0=Bdv0，MN （2）a．0BdRvURr；b．20()BdvphRrV

【解析】

【详解】

（1）该发电装置原理图等效为如图，

管道中液体的流动等效为宽度为d的导体棒切割磁感线，产生的电动势

E=Bdv0

则开关断开时

U0=Bdv0

由右手定则可知等效电源MN内部的电流为N到M，则M点为等效正极，有MN；

（2）a．由闭合电路欧姆定律

00UBdvIRrRr

外电路两端的电压：

00URBdRvUIRRrRr

b．设开关闭合后，管道两端压强差分别为pV，忽略液体所受的摩擦阻力，开关闭合后管道内液体受到安培力为F安，则有

phdFV安

=FBId安

联立可得管道两端压强差的变化为：

20()BdvphRrV

6．如图所示，导体杆ab的质量为0.02kg，电阻为2，放置在与水平面成30o角的光滑倾斜金属导轨上，导轨间距为0.5m且电阻不计，系统处于垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度为0.2T，电源内阻为1，通电后杆能静止于导轨上，g取10m/s2。

求：

（1）电源电动势E；

（2）若突然将磁场反向，求反向后瞬间导体杆的加速度。（不计磁场反向引起的电磁感应效应）

【答案】(1) 3VE (2) 210m/sa

【解析】 【详解】

（1）开关闭合，通电导体棒受重力、安培力、支持力而处于静止状态，受力示意图如下：

沿斜面方向受力平衡：

sin30oBILmg ①

根据欧姆定律：

EIRr ②

联立①、②解得：

3VE ③

（2）磁场反向后，导体棒将沿导轨向下加速运动，受力示意图如下

由牛顿第二定律：

sin30oBILmgma④

解得：

210m/sa（沿导轨平面向下） ⑤

7．电路如图所示,电源电动势28EV,内阻r =2Ω,电阻112R,244RR,38R,C为平行板电容器,其电容C=3.0PF,虚线到两极板间距离相等,极板长=0.20Lm,两极板的间距21.010dm

（1）若开关S处于断开状态,则当其闭合后,求流过4R的总电荷量为多少? （2）若开关S断开时,有一带电微粒沿虚线方向以02.0/vms的初速度射入C的电场中,刚好沿虚线匀速运动,问:当开关S闭合后,此带电微粒以相同初速度沿虚线方向射入C的电场中,能否从C的电场中射出?( g取210/ms)

【答案】（1）126.010C；（2）不能从C的电场中射出.

【解析】

【详解】

（1）开关S断开时,电阻3R两端的电压为

332316RUEVRRr

开关S闭合后,外电阻为

1231236RRRRRRR

路端电压为

21VRUERr.

此时电阻3R两端电压为

'3U32314VRURR

则流过4R的总电荷量为

33'QCUCU126.010C

（2）设带电微粒质量为m,电荷量为q当开关S断开时有

3qUmgd

当开关S闭合后,设带电微粒加速度为a,则

'3qUmgmad

设带电微粒能从C的电场中射出,则水平方向运动时间为:

0Ltv

竖直方向的位移为:

212yat

由以上各式求得

136.25102dym

故带电微粒不能从C的电场中射出.