【物理】物理部分电路欧姆定律练习题20篇及解析

【物理】物理部分电路欧姆定律练习题20篇及解析

一、高考物理精讲专题部分电路欧姆定律

1．以下对直导线内部做一些分析：设导线单位体积内有n个自由电子,电子电荷量为e，自由电子定向移动的平均速率为v．现将导线中电流I与导线横截面积S的比值定义为电流密度，其大小用j表示．

(1)请建立微观模型,利用电流的定义

q

I

t

=，推导：j=nev;

(2)从宏观角度看，导体两端有电压，导体中就形成电流；从微观角度看，若导体内没有电场，自由电子就不会定向移动．设导体的电阻率为ρ，导体内场强为E，试猜想j与E的关系并推导出j、ρ、E三者间满足的关系式．

【答案】（1）j=nev（2）

E j

ρ＝

【解析】

【分析】

【详解】

（1）在直导线内任选一个横截面S，在△t时间内以S为底，v△t为高的柱体内的自由电子

都将从此截面通过，由电流及电流密度的定义知：

I q

j

S tS

V

V

＝＝，其中△q=neSv△t，

代入上式可得：j=nev

（2）（猜想：j与E成正比）设横截面积为S，长为l的导线两端电压为U，则

U

E

l ＝；

电流密度的定义为

I

j

S ＝，

将

U

I

R

＝代入，得

U

j

SR

＝；

导线的电阻

l

R

S

ρ

＝，代入上式，可得j、ρ、E三者间满足的关系式为：

E

j

ρ

＝

【点睛】

本题一要掌握电路的基本规律：欧姆定律、电阻定律、电流的定义式，另一方面要读懂题意，明确电流密度的含义．

2．如图25甲为科技小组的同学们设计的一种静电除尘装置示意图，其主要结构有一长为L、宽为b、高为d的矩形通道，其前、后板使用绝缘材料，上、下板使用金属材料．图25乙是该主要结构的截面图，上、下两板与输出电压可调的高压直流电源(内电阻可忽略不计)相连．质量为m、电荷量大小为q的分布均匀的带负电的尘埃无初速度地进入A、B两极板间的加速电场．已知A、B两极板间加速电压为U0，尘埃加速后全都获得相同的水平速度，此时单位体积内的尘埃数为n．尘埃被加速后进入矩形通道，当尘埃碰到下极板后其所带电荷被中和，同时尘埃被收集．通过调整高压直流电源的输出电压U可以改变收集效率η（被收集尘埃的数量与进入矩形通道尘埃的数量的比值）．尘埃所受的重力、空气阻

力及尘埃之间的相互作用均可忽略不计．在该装置处于稳定工作状态时：

（1）求在较短的一段时间Δt 内，A 、B 两极板间加速电场对尘埃所做的功； （2）若所有进入通道的尘埃都被收集，求通过高压直流电源的电流； （3）请推导出收集效率η随电压直流电源输出电压U 变化的函数关系式． 【答案】（1）nbd ΔtqU 02qU m （2）0

2qU m （3）若y

4L U dU

集效率η＝y d ＝2204L U d U (U < 20

2

4d U L

) ；若y ≥d 则所有的尘埃都到达下极板，收集效率η＝100% (U ≥20

2

4d U L )

【解析】

试题分析：（1）设电荷经过极板B 的速度大小为0v ，对于一个尘埃通过加速电场过程中，加速电场做功为00W qU =

在t ∆时间内从加速电场出来的尘埃总体积是0V bdv t =∆ 其中的尘埃的总个数()0N nV n bdv t ==∆总

故A 、B 两极板间的加速电场对尘埃所做的功()000W N qU n bdv t qU ==∆总 对于一个尘埃通过加速电场过程，根据动能定理可得20012

qU mv = 故解得0

2qU W nbd tqU m

=∆（2）若所有进入矩形通道的尘埃都被收集，则t ∆时间内碰到下极板的尘埃的总电荷量

()0Q N q nq bdv t ∆==∆总

通过高压直流电源的电流002qU Q

I nQbdv t m

∆=

==∆ （3）对某一尘埃，其在高压直流电源形成的电场中运动时，在垂直电场方向做速度为0v 的匀速直线运动，在沿电场力方向做初速度为0的匀加速直线运动 根据运动学公式有：垂直电场方向位移0x v t =，沿电场方向位移2

12

y at = 根据牛顿第二定律有F qE qU a m m md

=

==

距下板y 处的尘埃恰好到达下板的右端边缘，则x=L

解得20

4L U

y dU =

若y d <，即204L U d dU <，则收集效率22022

04()4d U y L U

U d d U L

η==< 若y d ≥，则所有的尘埃都到达下极板，效率为100％20

2

4()d U U L

≥ 考点：考查了带电粒子在电场中的运动

【名师点睛】带电粒子在电场中的运动，综合了静电场和力学的知识，分析方法和力学的分析方法基本相同．先分析受力情况再分析运动状态和运动过程（平衡、加速、减速，直 线或曲线），然后选用恰当的规律解题．解决这类问题的基本方法有两种，第一种利用力和运动的观点，选用牛顿第二定律和运动学公式求解；第二种利用能量转化 的观点，选用动能定理和功能关系求解

3．在如图所示的电路中，电源的电动势E=6．0V ，内电阻r=1．0Ω，外电路的电阻R=11．0Ω．闭合开关S ．求：

（1）通过电阻R 的电流Ⅰ； （2）在内电阻r 上损耗的电功率P ； （3）电源的总功率P 总．

【答案】（1）通过电阻R 的电流为0．5A ；

（2）在内电阻r 上损耗的电功率P 为0．25W ；（3）电源的总功率P 总为3W ． 【解析】

试题分析：（1）根据闭合电路欧姆定律，通过电阻R 的电流为：，

（2）r 上损耗的电功率为：P=I 2

r=0．5×0．5×1=0．25W ，

（3）电源的总功率为：P 总=IE =6×0．5=3 W ． 考点：闭合电路的欧姆定律；电功、电功率．

4．科技小组的同学们设计了如图18甲所示的恒温箱温控电路（用于获得高于室温，控制在一定范围内的“室温”）包括工作电路和控制电路两部分，其中R ＇为阻值可以调节的可变电阻，R 为热敏电阻（置于恒温箱内），其阻值随温度变化的关系如图18乙所示，继电器线圈电阻R 0为50欧姆：