高考物理闭合电路的欧姆定律题20套(带答案)含解析

高考物理闭合电路的欧姆定律题20套(带答案)含解析
一、高考物理精讲专题闭合电路的欧姆定律
1．如图(1)所示 ，线圈匝数n ＝200匝，直径d 1＝40cm ，电阻r ＝2Ω，线圈与阻值R ＝6Ω的电阻相连．在线圈的中心有一个直径d 2＝20cm 的有界圆形匀强磁场，磁感应强度按图(2)所示规律变化，试求：(保留两位有效数字)
(1)通过电阻R 的电流方向和大小； (2)电压表的示数．
【答案】（1）电流的方向为B A →；7.9A ； （2）47V 【解析】 【分析】 【详解】
（1）由楞次定律得电流的方向为B A → 由法拉第电磁感应定律得
B E n
n S t t ∆Φ∆==∆∆磁场面积22()2d S π=而0.30.2
/1/0.20.1
B T s T s t ∆-==∆- 根据闭合电路的欧姆定律7.9E
I A R r
=
=+ （2）电阻R 两端的电压为U=IR=47V
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
1
1
A 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
12
12
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．利用电动机通过如图所示的电路提升重物，已知电源电动势6E V =，电源内阻
1r =Ω，电阻3R =Ω，重物质量0.10m kg =，当将重物固定时，理想电压表的示数为
5V ，当重物不固定，且电动机最后以稳定的速度匀速提升重物时，电压表的示数为
5.5V ，(不计摩擦，g 取210/).m s 求：
()1串联入电路的电动机内阻为多大？ ()2重物匀速上升时的速度大小．
()3匀速提升重物3m 需要消耗电源多少能量？
【答案】（1）2Ω；（2）1.5/m s （3）6J 【解析】 【分析】
根据闭合电路欧姆定律求出电路中的电流和电动机输入电压.电动机消耗的电功率等于输出的机械功率和发热功率之和，根据能量转化和守恒定律列方程求解重物匀速上升时的速度大小，根据W EIt =求解匀速提升重物3m 需要消耗电源的能量． 【详解】
()1由题，电源电动势6E V =，电源内阻1r =Ω，当将重物固定时，电压表的示数为
5V，则根据闭合电路欧姆定律得
电路中电流为
65
1
1
E
U
I A
r
--
===
电动机的电阻
513
2
1
M
U IR
R
I
--⨯
==Ω=Ω
()2当重物匀速上升时，电压表的示数为 5.5
U V
=，电路中电流为
'
'0.5
E U
I A
r
-
==
电动机两端的电压为()()
'60.5314
M
U E I R r V V
=-+=-⨯+=
故电动机的输入功率'40.52
M
P U I W
==⨯=
根据能量转化和守恒定律得
2
''
M
U I mgv I R
=+
代入解得， 1.5/
v m s
=
()3匀速提升重物3m所需要的时间32
1.5
h
t s
v
===，
则消耗的电能'60.526
W EI t J
==⨯⨯=
【点睛】
本题是欧姆定律与能量转化与守恒定律的综合应用
.对于电动机电路，不转动时，是纯电阻电路，欧姆定律成立；当电动机正常工作时，其电路是非纯电阻电路，欧姆定律不成立．4．如图所示电路中，电源电动势E＝16V，内电阻r＝1.0Ω，电阻R1＝9.0Ω，R2＝15Ω。

开关闭合后，理想电流表A的示数为0.4A。

求：
(1)电源的路端电压；
(2)电阻R3的阻值和它消耗的电功率。

【答案】(1)15V，(2)10Ω，3.6W。

【解析】
【详解】
(1)对2R根据欧姆定律：
222
U I R
=
整个回路的总电流：
2
1
E U
I
R r
-
=
+
路端电压为：
U E Ir
=-
代入数据得：15V =U ； (2)对3R ：
2
33
U R I =
总电流：
23I I I =+
代入数据得：310ΩR = R 3消耗的电功率：
3332
P I R =
代入数据得：3 3.6W P =。

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 =30 V ，内阻r =1 Ω，电阻R 1=4 Ω，R 2=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=v0t
y=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．
7．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：
2
22
2
()
2
E E
P I R R
r
R r
R r
R
===
+
++
当外电路电阻R=r时，电源输出的电功率最大，为
2
max
=
4
E
P
r
（3）电动势定义式：
W
E
q
=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2
max =4E P r
（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．
8．如图所示的电路中，两平行金属板A 、B 水平放置，两板间的距离40cm d =，电源电动势24V E =，内电阻1r =Ω，电阻15R =Ω，闭合开关S ，待电路稳定后，一带电量
2110q -=⨯C, 质量2=210kg m -⨯的小球恰好静止于两板之间．取210m /s g =，求：
（1）两板间的电压为多少
（2）此时，滑动变阻器接入电路的阻值为多少 【答案】（1）8V （2）8Ω 【解析】 【详解】 试题分析：
(1)由题意可知小球恰好静止于两板之间，一小球为对象，受到重力和电场力二力平衡，所以有
qU
mg d
=
， 故：
22
210100.4V 8V 110mgd U q --⨯⨯⨯===⨯；
(2)设此时滑动变阻器接入电路的阻值为P R ，由闭合电路欧姆定律可得电路中的电流为
p E
I R R r
=
++，
P U IR =，
得：
8ΩP R =。

9．如图所示,电源电动势 E =10V,内阻 r =1Ω,定值电阻 R 1=3Ω。

电键 S 断开时,定值电阻 R 2的功率为 6W,电源的输出功率为 9W 。

电键 S 接通后,理想电流表的读数为 1.25A 。

求出： （1）断开电键S 时电流表的读数； （2）定值电阻 R 3的阻值。

【答案】(1)1A (2) 12Ω 【解析】 【详解】
（1）电键断开时，电阻R 1消耗的功率为：
12-3W P P P
==出 根据
2
11P I R =
解得
I 1A =
（2）由闭合电路的欧姆定律
()1E I R R =+并 2
3
23
R R R R R =
+并
解得
3R 12Ω=
10．用电流传感器和电压传感器等可测干电池的电动势和内电阻．改变电路的外电阻，通过电压传感器和电流传感器测量不同工作状态的端电压和电流，输入计算机，自动生成U －I 图线，由图线得出电动势和内电阻．
(1)记录数据后，打开“坐标绘图”界面，设x 轴为“I ”，y 轴为“U ”，点击直接拟合，就可以画出U －I 图象，得实验结果如图甲所示．根据图线显示，拟合直线方程为：________，测得干电池的电动势为________V ，干电池的内电阻为________Ω.
(2)现有一小灯泡，其U －I 特性曲线如图乙所示，若将此小灯泡接在上述干电池两端，小灯泡的实际功率是多少？(简要写出求解过程；若需作图，可直接画在方格图中)． 【答案】(1)y ＝－2x ＋1.5 1.5 2 (2)0.27W 【解析】
(1)设直线方程为y ＝ax ＋b ，把坐标(0,1.5)和(0.75,0)代入方程解得：a ＝－2，b ＝1.5，得出直线方程为：y ＝－2x ＋1.5
；由闭合电路的欧姆定律得：E ＝IR ＋Ir ＝U ＋Ir ，对比图象可得：E ＝1.5V ，r ＝2Ω.
(2)作出U ＝E －Ir 图线，可得小灯泡工作电流为0.30A ，工作电压为0.90V ，因此小灯泡的实际功率为：P ＝UI ＝0.30×0.90W ＝0.27W.
11．如图所示，四个电阻阻值均为R ，电键S 闭合时，有一质量为m ，带电量为q 的小球静止于水平放置的平行板电容器的中点．现打开电键S ，这个带电小球便向平行板电容器的一个极板运动，并和此板碰撞，碰撞过程中小球没有机械能损失，只是碰后小球所带电量发生变化，碰后小球带有和该板同种性质的电荷，并恰能运动到另一极板，设两极板间距离为d ，不计电源内阻，求：
（1）电源电动势E 多大？
（2）小球与极板碰撞后所带的电量为多少？
【答案】（1）、32mgd E q =；（2）7
6
q q '= 【解析】 【分析】 【详解】
(1)当S 闭合时，设电容器电压为U ，则有：
2
1.53
E U R E R =
= 对带电小球受力分析得：
qU
mg d
= 联立解得：
32mgd
E q
=
(2)断开S ，设电容器电压为U ′，则有：
122
E U R E R '=
=, U ′<U ，则电容器间场强减小，带电小球将向下运动．对带电小球运动的全过程，根据动能定理得：
022
d U qU mg q '
'
'
--=
联立解得：
76
q q '=
12．如图所示，导轨间的距离L=0.5m ，B=2T ，ab 棒的质量m=1kg ，物块重G=3N ，ab 棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.2，电源的电动势E=10V ，r=0.1Ω，导轨的电阻不计，ab 棒电阻也不计，问R 的取值范围怎样时棒处于静止状态？（g 取10m/s 2）
【答案】1.9Ω≤R≤9.9Ω时棒处于静止状态 【解析】 【分析】 【详解】
依据物体平衡条件可得，
恰不右滑时有：G ﹣μmg ﹣BLI 1=0…①
恰不左滑时有：G+μmg﹣BLI2=0…②
依据闭合电路欧姆定律可得：E=I1（R1+r）…③
E=I2（R2+r）…④
联立①③得：R1=﹣r=9.9Ω．
联立②④得：R2=﹣r=1.9Ω．
所以R的取值范围为：1.9Ω≤R≤9.9Ω．
答案：1.9Ω≤R≤9.9Ω时棒处于静止状态
【点睛】
此题是通电导体在磁场中平衡问题，要抓住静摩擦力会外力的变化而变化，挖掘临界条件进行求解．。