高中物理部分电路欧姆定律模拟试题 12页

高中物理部分电路欧姆定律模拟试题 一、高考物理精讲专题部分电路欧姆定律 1．如图所示的闭合电路中，电源电动势 E=12V，内阻 r=1Ω，灯泡 A 标有 “6V，3W”，灯泡 B 标有 “ 4V，4W”．当开关 S闭合时 A、B 两灯均正常发光．求： R1 与 R2 的阻值分别为多 少？ 【答案】 R1 与 R2 的阻值分别为 3Ω和 2Ω 【解析】 试题分析：流过 及 B 灯的电流 ，所以 流过 A 灯的电流 ，由闭合电路欧姆定律： 解得： ． 考点：闭合电路的欧姆定律 【名师点睛】对于直流电路的计算问题，往往先求出局部的电阻，再求出外电路总电阻， 根据欧姆定律求出路端电压和总电流，再计算各部分电路的电压和电流． 2．为了检查双线电缆 CE、FD中的一根导线由于绝缘皮损坏而通地的某处，可以使用如图 所示电路。用导线将 AC、BD、EF连接， AB 为一粗细均匀的长 LAB=100 厘米的电阻丝，接 触器 H 可以在 AB 上滑动。当 K1 闭合移动接触器，如果当接触器 H 和 B 端距离 L1=41 厘米 时，电流表 G 中没有电流通过。试求电缆损坏处离检查地点的距离（即图中 DP的长度 X）。其中电缆 CE=DF=L=7．8 千米， AC、BD 和 EF段的电阻略去不计。 【答案】 6.396km 【解析】 【试题分析】由图得出等效电路图，再根据串并联电路规律及电阻定律进行分析，联立可 求得电缆损坏处离检查地点的距离． 等效电路图如图所示： 电流表示数为零，则点 H 和点 P 的电势相等。 由 得， 则 又 由以上各式得： X=6.396km 【点睛】本题难点在于能否正确作出等效电路图，并明确表头电流为零的意义是两端的电 势相等． 3．两根材料相同的均匀直导线 a 和 b 串联在电路上， a 长为 ，b 长为 。 （1）若沿长度方向的电势随位置的变化规律如图所示，求： ①a、b 两导线内电场强度大小之比 ； ②a、b 两导线横截面积之比 。 （2）以下对直导线内部做进一步分析：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 推导： ； 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。（解题过程中需要用到的物理量要在解题时作 必要的说明） 【答案】 （1）① ② （2）①见解析②见解析 【解析】 （1）①根据 ，由图像知： ，代入可得 ，同 理 根据 ，由已知 代入可得： ②因为两导线串联，所以电流 ，由欧姆定律 ，电阻定律 将 ，长度分别为 和 代入可得： （2）①在直导线内任选一个横截面 S，在 时间内以 S为底， 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： ，其中 代入可得： 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 电流密度的定义为 ，将 代入，得 导线的电阻 联立可得 j、 ρ、E 三者间满足的关系式为： 4．图示为汽车蓄电池与车灯、小型启动电动机组成的电路，蓄电池内阻为 0.05 Ω，电表可 视为理想电表。只接通 S1 时，电流表示数为 10A，电压表示数为 12V，再接通 S2，启动电 动机时，电流表示数变为 8A，求： （1）汽车蓄电池的电动势； （2）接通 S2 时，通过启动电动机的电流。 【答案】（ 1）12.5V（ 2）50A 【解析】试题分析：（ 1）只接通 S1 时，汽车车灯电阻： R=U1/I 1=1.2 Ω，电源电动势： E=U1+Ir=12.5V （2）再接通 S2，车灯两端的电压： U2=I2R=9.6V，电源内电压 U 内=E-U2=2.9V，干路电流 I=U 内/r=58A ， 过启动电动机的电流为 I 启=58A-8A=50A。 考点：全电路的欧姆定律 【名师点睛】此题考查案了全电路的欧姆定律的应用；关键是搞清电路的结构，根据全电 路的欧姆定律列出两种情况下的方程即可求解未知量 . 5．一台电动机额定电压为 220V，线圈电阻 R=0．5Ω，电动机正常工作时通过电动机线圈 的电流为 4A，电动机正常工作 10s，求： （1）消耗的电能． （2）产生的热量． （3）输出的机械功率． 【答案】（ 1）消耗的电能为 8800J；（ 2）产生的热量为 80J；（ 3）输出的机械能为 8720J． 【解析】 试题分析：（ 1）电动机额定电压为 220V，电流为 4A，电动机正常工作 10s， 消耗的电能： W=UIt=220×4×10=8800J； （2）产生的热量： Q=I2Rt=4 2 ×0．5×10=80J； （3）根据能量守恒定律，输出的机械能为： E 机=W﹣Q=8800﹣80=8720J； 考点：电功、电功率． 6．有一个表头，其满偏电流 Ig=1mA，内阻 Rg=500Ω．求： （1）如何将该表头改装成量程 U=3V 的电压表？ （2）如何将该表头改装成量程 I=0.6A 的电流表？ 【答案】（ 1）与表头串联一个 2500Ω 的分压电阻，并将表头的刻度盘按设计的量程进行 刻度。 （2）与表头并联一个 0.83 Ω的分流电阻，并将表头的刻度盘按设计的量程进行刻度。 【解析】 【详解】 （1）电压表满偏时，由欧姆定律公式可知： U=Ig（R+Rg） 解得： R=2500 Ω 即与表头串联一个 2500Ω 的分压电阻，并将表头的刻度盘按设计的量程进行刻度。 （2）电流表满偏时，由欧姆定律公式可知： IgRg=（I﹣Ig）r 解得： R≈ 0.83 Ω 即与表头并联一个 0.83Ω的分流电阻，并将表头的刻度盘按设计的量程进行刻度。 7．如图所示为某种电子秤的原理示意图， AB 为一均匀的滑线电阻，阻值为 R，长度为 L， 两边分别有 P1、P2 两个滑动头． P1 可在竖直绝缘光滑的固定杆 MN 上保持水平状态而上下 自由滑动，弹簧处于原长时， P1 刚好指着 A 端， P1 与托盘固定相连，若 P1、P2 间出现电压 时，该电压经过放大，通过信号转换后在显示屏上将显示物体重力的大小．已知弹簧的劲 度系数为 k，托盘自身质量为 m0，电源电动势为 E，内阻不计，当地的重力加速度为 g．求 ; （1）托盘上未放物体时，在托盘自身重力作用下， P1 离 A 的距离 x1 （2）托盘上放有质量为 m 的物体时， P1 离 A 的距离 x2 （3）在托盘上未放物体时通常先校准零点，其方法是：调节 P2，使 P2 离 A 点的距离也为 x1，从而使 P1、P2 间的电压为零．校准零点后，将物体 m 放在托盘上，试推导出物体质量 m 与 P1、P2 间的电压 U 之间的函数关系式． 【答案】（ 1） 0m g k ；（ 2） 0m m g k ；（ 3） kLm U gE 。 【解析】 【分析】 【详解】 托盘的移动带动 P1 移动，使 P1、P2 间出现电势差，电势差的大小反映了托盘向下移动距离 的大小，由于 R 为均匀的滑线电阻，则其阻值与长度成正比． （1）由力的平衡知识可知： m0g=kx1 解得： 0 1 m gx k （2）放上重物重新平衡后： （m 0＋m）g=kx2 解得： 0 2 m m g x k （3）由闭合电路欧姆定律知： E=IR 由部分电路欧姆定律： U=IR 串 由 R x R L 串 其中 x 为 P1、P2 间的距离，则有： x=x2－x1= mg k 联立解得： kLm U gE 。 8．如图为实验室常用的两个量程的电流表原理图．当使用 O、A 两接线柱时，量程为 0.6 A；当使用 O、B 两接线柱时，量程为 3 A．已知表头的内阻 Rg＝200 Ω，满偏电流 Ig＝100 mA．求分流电阻 R1 和 R2. 【答案】 8 Ω 32 Ω 【解析】 【分析】 【详解】 并联分流电路的特点就是电压相同．在改装的电流表中，各量程达到满偏电流时，通过 “表 头”的电流仍为满偏电流． 接 O、A 时： IgRg＝(I1－Ig)(R1＋R2) 接 O、B 时： Ig(Rg＋R2)＝(I2－Ig)R1 联立以上两式，把 Ig＝ 0.1 A，Rg＝200 Ω，I1＝0.6 A，I2＝3 A 代入并解之得 R1＝ 8 Ω，R2＝ 32 Ω 即量程为 0.6 A 时， (R1＋ R2)为分流电阻； 量程为 3 A 时， R1 为分流电阻， R2 为分压电阻． 9．在如图（ a）所示的电路中， R1 为定值电阻， R2 为滑动变阻器，闭合开关 S，将滑动变 阻器的滑动触头 P 从最右端滑到最左端，两个电压表的示数随电路中电流变化的完整过程 图线如图所示，则： （1）V1 表示数随电流变化的图像是甲乙两条图线中的哪条？并求出定值电阻 R1 的阻值； （2）求电源的电动势和内阻大小； （3）求电源效率的最大值和电源最大输出功率 . 【答案】（ 1）V1 表的示数随电流变化的图像是乙图线， 1 5R ；（ 2） 6VE ， 5r ；（ 3） max 83.3% ， max 1.8WP外 。 【解析】 【详解】 （1）由图可知，三电阻串联， V1 测 R1 两端的电压， V2 测 R2两端的电压，电流表测电路中 的电流。 当滑片向左端滑动时，接入电路中的电阻减小，电路中的总电阻减小，由 EI R总 可知， 电路中的电流增大，因 R1 为定值电阻，则其两端的电压 1 1RU IR 满足成正比关系，图象 乙满足 U-I 成正比增函数，故 V1 表的示数随电流变化的图像是乙图线。 由图象可知， R1 两端的电压 U1=3V，电路中的电流为： I1=0.6A，则电阻 R1 的阻值为： 1 1 1 3 5 0.6 UR I ； （2）综述可知 V2 表的示数随电流变化的图像是甲图线，取两组数据由全电路的欧姆定律 可知： 14 0.2( )E R r 10 0.6( )E R r 联立可得： 6VE ； 5r ； （3）根据电源的效率为： 100%= 100%P U P E 外 总 故当电源的路端电压最大时，电源的效率最大； 而电路 R2 的阻值增大，总电流减小，路端电压增大，即 R2 的阻值最大时，可求得电源的 最大效率，由图像甲可知最小电流为 0.2A 时， R1 的电压 1V，R2 的电压 4V，有： max 1 2 (4 1)VR RU U U 则最大效率为： max max 5= 100%= 100% 83.3% 6 U E 电源的输出功率为： 2 2 2 1 2 1 2 2 1 21 2 1 2 ( ) ( ) ( ) ( ) 4( ) E EP I R R R R R R rR R r rR R 外 故理论上当 1 2R R r 时，即 2 0R ，电源的输出功率最大，此时滑片在最左端， 2 2 max 6= W 1.8W 4 4 5 EP r外 。 10．如图所示，电源电动势 6E V ，内阻 1r ，电阻 1 2R ， 2 3R ， 3 7.5R ，电容器的电容 4C F ，开关 S原来断开，现在合上开关 S到电路稳定，试 问这一过程中通过电流表的电量是多少？ 【答案】 51.92 10 C 【解析】 试题分析： S断开， C 相当于断路， 3R 中无电流， C两端电压即 2R 两端电压 电容器的电压 2 2 1 2 3 6 3 2 3 1 RU E V V R R r ； 电容器的带电量 5 2 4 3 1.2 10Q CU F V C ，且 a 板带正电， b 板带负电． S闭合， 1R 与 2R 串联后再与 3R 并联， C两端电压即 1R 两端电压，由电路分析： 外电路总电阻为 1 2 3 1 2 3 2 3 75( ) 3 2 3 7.5 R R RR R R R外 电容器的电压 1 1 1 2 1.8R EU R V R R R r 外 外 电容器的带电量 6 1 7.2 10Q CU C ．且 a 板带负电， b 板带正电． 据此通过电流表的电量 5 6 51.2 10 7.2 10 1.92 10Q Q Q C C C 。 考点：闭合电路的欧姆定律 【名师点睛】本题主要考查了闭合电路欧姆定律的直接应用，要求同学们能理清电路的结 构，明确电路结构变化时，分析电容器的电压如何变化是关键。 11． 如图所示电路中，三只相同的小灯泡规格都是 “6V 1A ”，电源电压为 12V ，电阻 R 的阻值为 6 .假设小灯泡电阻不变， 1S 闭合后，求： （1） 2 3S S、 均断开时，小灯泡 1L 两端的电压； （2） 2S 闭合， 3S 断开时，通过小灯泡 1L 的电流； （3） 2 3S S、 均闭合时，小灯泡 1L 的功率。 【答案】（ 1）6V（2）0.67A（3）1.5W 【解析】 【详解】 （1）小灯泡的电阻： 66 1L UR I ； 电路中的电流： L 12 1A 6 6 UI R R ； 小灯泡 1L 两端的电压： 6LU IR V （2）二个小灯泡的总电阻： 1 6 3 2 2L RR ； 电路的总电流： 12 4 A 6 3 3L UI R R ； 小灯泡 1L 的电流： L 1 1 4 2 A 0.67A 2 2 3 3 I I （3）三个小灯泡的总电阻： 1 6 2 3 3L RR ； 电路的总电流： L 12 1.5A 6 2 UI R R ； 小灯泡 1L 的电流： 1 1 1 1.5 0.5A 3 3LI I ； 小灯泡 1L 的电功率： 2 2 LI L1 1 0.5 6 1.5WP I R 12． 如图所示，电源电动势 E=3V，内阻不计， R1、R2、R3为定值电阻，阻值分别为 1Ω、 0.5 Ω、9Ω、R4、R5 为电阻箱，最大阻值均为 99.9 Ω，右侧竖直放置一个电容为 1.5 × 10﹣3μF 的理想平行板电容器，电容器板长 0.2m，板间距为 0.125m 。一带负电粒子以 0.8m/s 的速 度沿平行板中线进入，恰好匀速通过，不计空气阻力，此时 R4、 R5 阻值分别为 1.8 Ω、 1Ω．试求： (1)带电粒子匀速穿过电容器时，求电容器的电荷量为多少？ (2)欲使粒子向上偏转但又不打到电容器的上板， R4 阻值不得超过多少 Ω？ (3)欲使粒子向下偏转但又不打到电容器的下板， R4 阻值不得低于多少 Ω？ 【答案】 (1)3 ×10﹣9C(2)5.7 Ω (3)0.69 Ω 【解析】 【详解】 (1)电容器与 R2、 R3、R4 这部分电路并联，当粒子匀速穿过电容器时， R2、R3、R4 这部分电 路的总电阻为 : 3 0 4 2 3 4 9 1.80.5 2 9 1.8 R R RR R R ， 根据串联电路分压特点可得这部分的电压 0 0 0 1 2 3V=2V 3 RU E R R ， 电容器的电荷量为 9 9 0 0 1.5 10 2C 3 10 CQ CU ﹣ ﹣ 。 (2)当粒子匀速穿过电容器时，有 0qE mg ， 粒子在电容器中的运动时间 0 0.2 s 0.25s 0.8 lt v ； 当粒子向上偏转且刚好经过上极板最右端时， 在竖直方向上，有 21 2 y at ， 解得： a=2m/s 2． 由牛顿第二定律得 1qE mg ma ， 可得 0 1 5 6 E E ， 并可得 0 0 1 1 5 6 U E U E ， 由此得 R2、R3、R4 这部分电路总电压 U1=2.4V， R1 的电压 1 1 0.6VRU E U ， 电流 1 1 1 0.6 A 0.6A 1 RU I R ， 可得 R2、R3、R4 这部分电路总电阻 1 1 2.4 4 0.6 UR I总 ， 由 3 4 2 3 4 R RR R R R总 ， 由此算出 R4≈ 5.7 Ω， 所以欲使粒子向上偏转但又不打到电容器的上板， R4 阻值不得超过 5.7 Ω (3)当粒子向下偏转且刚好经过下极板最右端时， 在竖直方向上，有 21 2 y at ， 解得： a=2m/s 2． 由牛顿第二定律得 2mg qE ma ， 可得 0 2 5 4 E E ， 并可得 0 0 2 2 5 4 U E U E ， 由此得 R2、R3、R4 这部分电路总电压 U2=1.6V， R1 的电压 1 2 1.4VRU E U ， 电流 1 1 1 1.4 A 1.4A 1 RU I R ， 可得 R2、R3、R4 这部分电路总电阻 2 2 1.6 8' 1.4 7 UR I0 ， 由 3 4 0 2 3 4 ' R RR R R R ， 由此算出 R4≈ 0.69 Ω， 所以欲使粒子向上偏转但又不打到电容器的上板， R4 阻值不得超过 0.69 Ω