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文档介绍
高中物理部分电路欧姆定律模拟试题
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查看更多