物理部分电路欧姆定律练习全集及解析

物理部分电路欧姆定律练习全集及解析

一、高考物理精讲专题部分电路欧姆定律

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,3个电阻的阻值均为4Ω,电容器的电容为20μF,开始开关闭合，电流表内阻不计,求:

（1）电流表的读数;

（2）电容器所带电荷量;

（3）开关断开后,通过R 2的电荷量.

【答案】（1）0.8A （2）6.4×10-5C ；（3）3.2×10-5C

【解析】

试题分析：（1）当电键S 闭合时，电阻R 1、R 2被短路．根据欧姆定律得，电流表的读数340.841

E I A A R r ===++ （2）电容器所带的电量Q=CU 3=CIR 3=20×10-6×0. 8×4C=6.4×10-5C ；

（3）断开电键S 后，电容器相当于电源，外电路是R 1、R 2相当并联后与R 3串联．由于各个电阻都相等，则通过R 2的电量为Q′=1/2Q=3.2×10-5C

考点：闭合电路的欧姆定律；电容器

【名师点睛】此题是对闭合电路的欧姆定律以及电容器的带电量的计算问题；解题的关键是搞清电路的结构，知道电流表把两个电阻短路；电源断开时要能搞清楚电容器放电电流的流动路线，此题是中等题，考查物理规律的灵活运用.

2．对于同一物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究，找出其内在联系，从而更加深刻地理解其物理本质．一段横截面积为S 、长为l 的金属电阻丝，单位体积内有n 个自由电子，每一个电子电量为e ．该电阻丝通有恒定电流时，两端的电势差为U ，假设自由电子定向移动的速率均为v ．

（1）求导线中的电流I ；

（2）所谓电流做功，实质上是导线中的恒定电场对自由电荷的静电力做功．为了求解在时间t 内电流做功W 为多少，小红记得老师上课讲过，W ＝UIt ，但是不记得老师是怎样得出W ＝UIt 这个公式的，既然电流做功是导线中的恒定电场对自由电荷的静电力做功，那么应该先求出导线中的恒定电场的场强，即E ＝

U l ，设导体中全部电荷为q 后，再求出电场力做的功U W qEvt q vt l

==，将q 代换之后，小红没有得出W ＝UIt 的结果．

a. 请帮助小红补充完善这个问题中电流做功的求解过程．

b. 为了更好地描述某个小区域的电流分布情况，物理学家引入了电流密度这一物理量，定义其大小为单位时间内通过单位面积的电量．若已知该导线中的电流密度为j，导线的电阻

率为ρ

，试证明：

U

j

l

ρ

=．

（3）由于恒定电场的作用，导体内自由电子会发生定向移动，但定向移动的速率远小于自由电子热运动的速率，而运动过程中会与导体内不动的粒子发生碰撞从而减速，因此自由电子定向移动的平均速率不随时间变化．金属电阻反映的是定向移动的自由电子与不动的粒子的碰撞．假设自由电子连续两次与不动的粒子碰撞的时间间隔平均值为t0（这个时间由自由电子热运动决定，为一确定值），碰撞后自由电子定向移动的速度全部消失，碰撞时间不计．请根据以上内容，推导证明金属电阻丝的电阻率与金属丝两端的电压无关．【答案】（1）I neSv

=（2）见解析（3）电阻率2

2m

ne t

ρ=为定值，与电压无关．【解析】

（1）假设在ts内，通过导线横截面的总电量为q，则：q=Vne

其中ts内，通过横截面所以电子所占体积V=S v t

所以q=S v net

根据电流的定义，得：

q

I

t

==neS v

（2）a．如图所示，根据电场强度和电势差的关系，U U

E

l vt

==

所以在ts内，恒定电场对自由电荷的静电力做功

U

W qEl qEvt q vt qU

vt

====

其中q It

=，带入上式得W IUt

=

b．根据题意，单位时间内，通过单位面积的电荷量，称为电流密度

即：

q

j

St

=

根据电阻定律：

l R

S

ρ=

又因为l vt

=

所以：

q l U

IR q

t S j

l l l tS

ρ

ρρ

===⋅=⋅

（3）自由电子连续两次与同一个不动粒子碰撞的时间间隔为t0，碰后电子立刻停止运动．

根据动量定理由

U

e t mv

l

⋅=-，得0

Uet

v

ml

=

电子定向移动的平均速率为0

22

Uet

v

v

ml

+

==

根据电流得微观表达式

2

00

22

Uet ne USt

I neSv neS

ml ml

==⋅=

根据欧姆定律2

2

U ml

R

I ne St

==

根据电阻定律可知22

00

2

S ml S m

R

l ne St l ne t

ρ==⋅=

故影响电阻率的因素为:单位体积的自由电子数目n,电子在恒定电场中由静止加速的平均速度t0.

3． 4～1.0T范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度线性变化（或均匀变化）

（4）磁场反向，磁敏电阻的阻值不变．

【解析】

（1）当B＝0.6T时，磁敏电阻阻值约为6×150Ω＝900Ω，当B＝1.0T时，磁敏电阻阻值约为11×150Ω＝1650Ω．由于滑动变阻器全电阻20Ω比磁敏电阻的阻值小得多，故滑动变阻器选择分压式接法；由于x V

A x

R R

R R

>，所以电流表应内接．电路图如图所示．

（2）方法一：根据表中数据可以求得磁敏电阻的阻值分别为：

13

0.45

1500

0.3010

R

-

=Ω=Ω

⨯

，

23

0.91

1516.7

0.6010

R

-

=Ω=Ω

⨯

，