高考物理闭合电路的欧姆定律专项训练及答案含解析

高考物理闭合电路的欧姆定律专项训练及答案含解析
一、高考物理精讲专题闭合电路的欧姆定律
1．如图所示电路中，19ΩR =，230ΩR =，开关S 闭合时电压表示数为11.4V ，电流表示数为0.2A ，开关S 断开时电流表示数为0.3A ，求：
(1)电阻3R 的值．
(2)电源电动势和内电阻．
【答案】（1）15Ω （2）12V 1Ω
【解析】
【详解】
(1)由图可知，当开关S 闭合时，两电阻并联，根据欧姆定律则有：
21123
()IR U I R IR R =+
+ 解得： 315ΩR =
(2) 由图可知，当开关S 闭合时，两电阻并联，根据闭合电路的欧姆定律则有：
213
()11.40.6IR E U I r r R =++=+ S 断开时，根据闭合电路的欧姆定律则有：
212()0.3(39)E I R R r r =++=⨯+
联立解得：
12V E =
1Ωr =
2．手电筒里的两节干电池（串联）用久了，灯泡发出的光会变暗，这时我们会以为电池没电了。

但有人为了“节约”，在手电筒里装一节新电池和一节旧电池搭配使用。

设一节新电池的电动势E 1=1.5V ，内阻r 1=0.3Ω；一节旧电池的电动势E 2=1.2V ，内阻r 2=4.3Ω。

手电筒使用的小灯泡的电阻R =4.4Ω。

求：
(1)当使用两节新电池时，灯泡两端的电压；
(2)当使用新、旧电池混装时，灯泡两端的电压及旧电池的内阻r 2上的电压；
(3)根据上面的计算结果，分析将新、旧电池搭配使用是否妥当。

【答案】(1)2.64V ；(2)1.29V ；(3)不妥当。

因为旧电池内阻消耗的电压U r 大于其电动势E 2（或其消耗的电压大于其提供的电压），灯泡的电压变小
【解析】
【分析】
【详解】
(1)两节新电池串联时，电流 11A 2=20.6E I R r =+ 灯泡两端的电压 2.64V U IR ==
(2)一新、一旧电池串联时，电流
1212
0.3A =
E E I R r r =+'++ 灯泡两端的电压 1.32V U I R '='=
旧电池的内阻r 2上的电压
2 1.29V r U I r ='=
(3)不妥当。

因为旧电池内阻消耗的电压U r 大于其电动势E 2（或其消耗的电压大于其提供的电压），灯泡的电压变小。

3．如图所示，电路中电源内阻不计，水平放置的平行金属板A 、B 间的距离为d ，金属板长为L ，在两金属板左端正中间位置M ，有一个小液滴以初速度v 0水平向右射入两板间，已知小液滴的质量为m ，带负电，电荷量为q ．要使液滴从B 板右侧边缘射出电场，电动势E 是多大？(重力加速度用g 表示)
【答案】220222md v mgd E qL q
=+ 【解析】
【详解】
由闭合电路欧姆定律得2E E I R R R
==+ 两金属板间电压为U BA ＝IR ＝
2E
由牛顿第二定律得q BA U d
－mg ＝ma 液滴在电场中做类平抛运动，有 L ＝v 0t 21 22
d
at = 联立解得220222md v mgd E qL q
=+ 【点睛】
题是电路与电场两部分知识的综合，关键是确定电容器的电压与电动势的关系，掌握处理类平抛运动的分析方法与处理规律．
4．如图所示，电流表A 视为理想电表，已知定值电阻R 0=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P m 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P m 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：
0E I R R r
=
++ 得：r =5Ω
（2）电源的总功率 P=IE
得：
2
0E P R R r
=++ 当R =0Ω，P 最大，最大值为m P ，则有：4m P =W
5．有一个100匝的线圈，在0.2s 内穿过它的磁通量从0.04Wb 增加到0.14Wb ，求线圈中的感应电动势为多大？如果线圈的电阻是10Ω，把它跟一个电阻是990Ω的电热器串联组
成闭合电路时，通过电热器的电流是多大？
【答案】50V ， 0.05A ．
【解析】
【详解】
已知n =100匝，△t =0.2s ，△Φ=0.14Wb-0.04Wb=0.1Wb ，则根据法拉第电磁感应定律得感应电动势 0.1100V=50V 0.2
E n
t ∆Φ==⨯∆ 由闭合电路欧姆定律得，通过电热器的电流
50A=0.05A 10990
E I R r ==++ 6．在图中R 1＝14Ω，R 2＝9Ω．当开关处于位置1时，电流表读数I 1＝0.2A ；当开关处于位置2时，电流表读数I 2＝0.3A ．求电源的电动势E 和内电阻r ．
【答案】3V ，1Ω
【解析】
【详解】
当开关处于位置1时，根据闭合电路欧姆定律得：
E =I 1（R 1+r ）
当开关处于位置2时，根据闭合电路欧姆定律得：
E =I 2（R 2+r ）
代入解得：r =1Ω，E =3V
答：电源的电动势E =3V ，内电阻r =1Ω．
7．如图所示的电路中，当S 闭合时，电压表和电流表(均为理想电表)的示数各为1.6V 和0.4A ．当S 断开时，它们的示数各改变0.1V 和0.1A ，求电源的电动势和内电阻．
【答案】E ＝2 V ，r ＝1 Ω
【解析】
试题分析：当S 闭合时，R 1、R 2并联接入电路，由闭合电路欧姆定律得：
U 1＝E －I 1r 即E ＝1．6＋0．4r ，①
当S 断开时，只有R 1接入电路，由闭合电路欧姆定律得：
U 2＝E －I 2r ，
即E ＝（1．6＋0．1）＋（0．4－0．1）r ，②
由①②得：E ＝2 V ，r ＝1 Ω．
考点：闭合电路欧姆定律
【名师点睛】求解电源的电动势和内阻，常常根据两种情况由闭合电路欧姆定律列方程组求解，所以要牢记闭合电路欧姆定律的不同表达形式．
8．如图所示，电源电动势E ＝27 V ，内阻r ＝2 Ω，固定电阻R 2＝4 Ω，R 1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R 1时，R 1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v 0＝10 m/s 连续射入C 的电场中．假设照在R 1上的光强发生变化时R 1阻值立即有相应的改变．重力加速度为g ＝10 m/s 2.
(1)求细光束通过a 照射到R 1上时，电容器所带的电量；
(2)细光束通过a 照射到R 1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R 1上时带电微粒能否从C 的电场中射出．
【答案】（1）111.810C Q -=⨯（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R 1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R 1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1227 1.5A 1242
E I R R r ===++++ 又电容器板间电压22C U U IR ==，得U C =6V 设电容器的电量为Q ，则Q=CU C 解得111.810C Q -=⨯
（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C U mg q
d
= 解得20.610m kg -=⨯
细光束通过b 照射时，同理可得12C U V '= 由牛顿第二定律，得C U q
mg ma d
'-= 解得210m/s a = 微粒做类平抛运动，得212y at =
， 0l t v = 解得20.210m 2
d y -=⨯<
， 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．
9．如图所示的电路中，电阻R 1=9Ω，R 2=15Ω，R 3=30Ω，电源内电阻r =1Ω，闭合开关S ，理想电流表的示数I 2=0.4A ．求：
（1）电阻R 3两端的电压U 3；
（2）流过电阻R 1的电流I 1的大小；
（3）电源的总功率P ．
【答案】（1）6.0V （2）0.6A （3）7.2W
【解析】
【详解】
（1）电阻R 3两端有电压为
3220.415 6.0U I R ==⨯=（V ）
（2）通过电阻R 3的电流大小：
333
0.2U I R =
=A 流过电阻R 1的电流大小为： I 1=I 2+I 3=0.4+0.2=0.6A
（3）电源的电动势为：
11130.610.69612E I r I R U =++=⨯+⨯+=V
电源的总功率为
P=I 1E =7.2W
或()2
1123//P I r R R R =++=7.2W
10．电路图如图甲所示，图乙中图线是电路中电源的路端电压随电流变化的关系图象，滑动变阻器的最大阻值为15 Ω，定值电阻R 0＝3 Ω．
（1）当R为何值时，R0消耗的功率最大，最大值为多少？
（2）当R为何值时，电源的输出功率最大，最大值为多少？
【答案】（1）0；10.9W；（2）4.5；13.3W
【解析】
【分析】
（1）由乙图得电源的电动势和内阻，当R=0时，R0消耗的功率最大；（2）当外电阻等于内电阻时，电源的输出功率最大，依次计算求解．
【详解】
（1）由题干乙图知电源的电动势和内阻为：E=20V，r=205
Ω
2
-
=7.5Ω
由题图甲分析知道，当R=0时，R0消耗的功率最大，最大为
P m=
2
E
R
R r
⎛⎫
⎪
+
⎝⎭
=
2
20
37.5
⎛⎫
⨯
⎪
+
⎝⎭
3W=10.9W
（2）当R＋R0=r，即R=4.5Ω时，电源的输出功率最大，最大值
P=
2
E
R R r
⎛⎫
⎪
++
⎝⎭
(R+R0)=
2
20
3 4.57.5
⎛⎫
⨯
⎪
++
⎝⎭
(3+4.5)W=13.3W
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R0=1.0Ω，电阻R1=1.5Ω．电动机正常工作时，电压表的示数U1=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-U1-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-I2R0．
【详解】
（1）电动机正常工作时，总电流为：I=1U R I=3.01.5
A=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R2的电压，U2＝＝3V
所以电容器的电量： Q2＝CU2＝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＝Q1＋Q2＝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．。