高中物理部分电路欧姆定律专题训练答案及解析
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高中物理闭合电路的欧姆定律练习题及答案一、高考物理精讲专题闭合电路的欧姆定律1.小勇同学设计了一种测定风力大小的装置,其原理如图所示。
E是内阻不计、电动势40Q的定值电阻。
v是由理想电压表改装成的指针式测风力为6V的电源。
R0是一个阻值为显示器。
R是与迎风板A相连的一个压敏电阻,其阻值可随风的压力大小变化而改变,其关系如下表所示。
迎风板人的重力忽略不计。
试求:(1)利用表中的数据归纳出电阻R随风力F变化的函数式;(2)若电压表的最大量程为5V,该装置能测得的最大风力为多少牛顿;(3)当风力F为500N时,电压表示数是多少;(4)如果电源E的电动势降低,要使相同风力时电压表测得的示数不变,需要调换R0,调(只写结论)换后的R0的阻值大小如何变化?R=30-°・°4F(°);(2)F=550N;(3)U=4.8V;(4)阻值变【答案】(1)m大【解析】【分析】【详解】A F(1)通过表中数据可得:=S故R与F成线性变化关系设它们的关系式为:ARR=kF+b代入数据得:R=30-0.04F(Q)①(2)由题意,R0上的电压U R =5V,通过R0的电流为0RU1=青②U =竺=4.8V ⑤R T ③解①~④式,得,当电压表两端电压U 为5V 时,测得的风力最大RF 二550N ④m(3)由①式得R =10Q(4)阻值变大2. 如图所示,水平U 形光滑框架,宽度L=1m ,电阻忽略不计,导体棒ab 的质量m =°.2弦,电阻R=0.50,匀强磁场的磁感应强度B=0.2T ,方向垂直框架向上•现用F=1N 的拉力由静止开始向右拉ab 棒,当ab 棒的速度达到2m/s 时,求此时:(1) ab 棒产生的感应电动势的大小; (2)ab棒产生的感应电流的大小和方向;(3) ab棒所受安培力的大小和方向;【答案】(1)0.4V (2)0.8A 从a 流向b (3)0.16N 水平向左(4)4.2m/s 2 【解析】 【分析】 【详解】试题分析:(1)根据切割产生的感应电动势公式E=BLv ,求出电动势的大小.(2)由闭合电路欧姆定律求出回路中电流的大小,由右手定则判断电流的方向•(3)由安培力公式求出安培力的大小,由左手定则判断出安培力的方向.(4)根据牛顿第二定律求出ab 棒的加速度.(1)根据导体棒切割磁感线的电动势E=BLv=0.2x l x 2V=0.4VE 04(2)由闭合电路欧姆定律得回路电流I ==A =0.8A ,由右手定则可知电流方向R 0.5为:从a 流向b(3)ab 受安培力F =BIL =0.2x 0.8x l N=0.16N ,由左手定则可知安培力方向为:水平向左 (4)根据牛顿第二定律有:F -F =ma ,得ab 杆的加速度安4.2m/s23 14+1 A=0.2A1-0.16/m/s2=0.23.在如图所示的电路中,电阻箱的阻值K是可变的,电源的电动势为E,电源的内阻为r,其余部分的电阻均可忽略不计。
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 nn S t t ∆Φ∆==∆∆磁场面积22()2d S π=而0.30.2/1/0.20.1B T s T s t ∆-==∆- 根据闭合电路的欧姆定律7.9EI A R r==+ (2)电阻R 两端的电压为U=IR=47V2.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11A 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12120.3A =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。
高中物理部分电路欧姆定律试题经典含解析一、高考物理精讲专题部分电路欧姆定律1.如图所示,电源两端电压U 保持不变.当开关S 1闭合、S 2断开,滑动变阻器接入电路中的电阻为R A 时,电压表的示数为U 1,电流表的示数为I 1,电阻R 1的电功率为P 1,电阻R A 的电功率为P A ;当开关S 1、S 2都闭合,滑动变阻器接入电路中的电阻为R B 时,电压表的示数U 2为2V ,电流表的示数为I 2,电阻R B 的电功率为P B ;当开关S 1闭合、S 2断开,滑动变阻器滑片P 位于最右端时,电阻R 2的电功率为8W .已知:R 1:R 2=2:1,P 1:P B =1:10,U 1:U 2=3:2.求:(1)电源两端的电压U ;(2)电阻R 2的阻值;(3)电阻R A 的电功率P A .【答案】(1)U=12V (2)R 2=2Ω (3)4.5W【解析】(1)已知: U 1∶U 2=3∶2R 1∶R 2=2∶1由图甲、乙得:U 1=I 1(R 1 + R 2 )U 2=I 2 R 2 解得:12I I =12已知:P 1∶P B =1∶10由图甲、乙得:P 1 = I 12R 1P B = I 22R B解得:R 1 =25R B 由电源两端电压U 不变 I 1(R 1+R 2+R A ) = I 2(R 2+R B )解得:R A =9R 2 由图乙得:2U U =22BR R R + U 2=2V 解得:U =12V(2)由图丙得:2U U '=212R R R +解得:U 2' = 4VP 2=8WR 2 =222U P '=2(4V)8W= 2Ω (3)由U 1∶U 2=3∶2解得:U 1=3VU A =U -U 1=9VR A =9R 2=18ΩP A =2A AU R =4.5W 【点睛】本题是有关欧姆定律、电功率的综合计算题目.在解题过程中,注意电路的分析,根据已知条件分析出各种情况下的等效电路图,同时要注意在串联电路中各物理量之间的关系,结合题目中给出的已知条件进行解决.2.在如图所示的电路中,电源内阻r =0.5Ω,当开关S 闭合后电路正常工作,电压表的读数U =2.8V ,电流表的读数I =0.4A 。
高考物理闭合电路的欧姆定律题20套(带答案)及解析一、高考物理精讲专题闭合电路的欧姆定律1.如图所示,电流表A 视为理想电表,已知定值电阻R 0=4Ω,滑动变阻器R 阻值范围为0~10Ω,电源的电动势E =6V .闭合开关S ,当R =3Ω时,电流表的读数I =0.5A 。
(1)求电源的内阻。
(2)当滑动变阻器R 为多大时,电源的总功率最大?最大值P m 是多少?【答案】(1)5Ω;(2)当滑动变阻器R 为0时,电源的总功率最大,最大值P m 是4W 。
【解析】【分析】【详解】(1)电源的电动势E =6V .闭合开关S ,当R =3Ω时,电流表的读数I =0.5A ,根据闭合电路欧姆定律可知:0E IR R r=++ 得:r =5Ω(2)电源的总功率 P=IE得:20E P R R r=++ 当R =0Ω,P 最大,最大值为m P ,则有:4m P =W2.在图中R 1=14Ω,R 2=9Ω.当开关处于位置1时,电流表读数I 1=0.2A ;当开关处于位置2时,电流表读数I 2=0.3A .求电源的电动势E 和内电阻r .【答案】3V ,1Ω【解析】【详解】当开关处于位置1时,根据闭合电路欧姆定律得:E =I 1(R 1+r )当开关处于位置2时,根据闭合电路欧姆定律得:E =I 2(R 2+r )代入解得:r =1Ω,E =3V答:电源的电动势E =3V ,内电阻r =1Ω.3.在如图所示电路中,电源电动势为12V ,电源内阻为1.0Ω,电路中电阻0R 为1.5Ω,小型直流电动机M 的内阻为0.5Ω.闭合开关S 后,电动机转动,电流表的示数为2.0A .求:(1)电动机两端的电压;(2)电源输出的电功率.【答案】(1)7.0V (2)20W【解析】试题分析:(1)电动机两端的电压等于电源电动势减去内阻电压与电阻0R 电压之和,(2)电源输出的电功率等于电源的总功率减去热功率.(1)电路中电流表的示数为2.0A ,所以电动机的电压为()012212 1.57R U E U U V V =--=-⨯-⨯=内(2)电源的输出的功率为:()221222120P EI I r W W =-=⨯-⨯=总4.如图甲所示的电路中,R 1、R 2均为定值电阻,且R 1=100Ω,R 2阻值未知,R 3为滑动变阻器.当其滑片P 从左端滑至右端时,测得电源的路端电压随电源中流过的电流变化图线如图乙所示,其中A 、B 两点是滑片P 在变阻器的两个不同端点得到的.计算: (1)定值电阻R 2的阻值;(2)滑动变阻器的最大阻值;(3)电源的电动势和内阻.【答案】(1)5Ω(2)300Ω (3)20V ;20Ω【解析】【详解】(1)当R 3的滑片滑到最右端时,R 3、R 1均被短路,此时外电路电阻等于R 2,且对应于图线上B 点,故由B 点的U 、I 值可求出R 2的阻值为:2450.8B B U R I ==Ω=Ω (2)滑动变阻器的滑片置于最左端时,R 3阻值最大.设此时外电路总电阻为R ,由图像中A 点坐标求出:16800.2A A U R I ==Ω=Ω 13213++R R R R R R = 代入数据解得滑动变阻器最大阻值3300R =Ω(3)由闭合电路欧姆定律得:+E U Ir =将图像中A 、B 两点的电压和电流代入得:16+0.2E r =4+0.8E r =解得20V E =20r =Ω5.如图所示的电路中,电源电动势E d =6V ,内阻r =1Ω,一定值电阻R 0=9.0Ω,变阻箱阻值在0﹣99.99Ω范围。
(物理)物理部分电路欧姆定律专项习题及答案解析及解析一、高考物理精讲专题部分电路欧姆定律1.如图所示的电路中,两平行金属板A、B水平放置,极板长L=60 cm,两板间的距离d=30 cm,电源电动势E=36 V,内阻r=1 Ω,电阻R0=9 Ω,闭合开关S,待电路稳定后,将一带负电的小球(可视为质点)从B板左端且非常靠近B板的位置以初速度v0=6 m/s 水平向右射入两板间,小球恰好从A板右边缘射出.已知小球带电荷量q=2×10-2 C,质量m=2×10-2 kg,重力加速度g取10 m/s2,求:(1)带电小球在平行金属板间运动的加速度大小;(2)滑动变阻器接入电路的阻值.【答案】(1)60m/s2;(2)14Ω.【解析】【详解】(1)小球进入电场中做类平抛运动,水平方向做匀速直线运动,竖直方向做匀加速运动,则有:水平方向:L=v0t竖直方向:d=at2由上两式得:(2)根据牛顿第二定律,有:qE-mg=ma电压:U=Ed解得:U=21V设滑动变阻器接入电路的电阻值为R,根据串并联电路的特点有:解得:R=14Ω.【点睛】本题是带电粒子在电场中类平抛运动和电路问题的综合,容易出错的是受习惯思维的影响,求加速度时将重力遗忘,要注意分析受力情况,根据合力求加速度.2.在如图甲所示电路中,已知电源的电动势E=6 V、内阻r=1 Ω,A、B两个定值电阻的阻值分别为R A=2 Ω和R B=1 Ω,小灯泡的U-I图线如图乙所示,求小灯泡的实际电功率和电源的总功率分别为多少?【答案】0.75 W(0.70 W~0.80 W均算正确);10.5 W(10.1 W~10.9 W均算正确)【解析】【详解】设小灯泡两端电压为U,电流为I,由闭合电路欧姆定律有E=U+(I+) (R A+r)代入数据有U=1.5-0.75I作电压与电流的关系图线,如图所示:交点所对应的电压U=0.75 V(0.73 V~0.77 V均算正确)电流I=1 A(0.96 A~1.04 A均算正确)则灯泡的实际功率P=UI=0.75 W(0.70 W~0.80 W均算正确)电源的总功率P总=E(I+)=10.5 W(10.1 W~10.9 W均算正确)3.如图是有两个量程的电压表,当使用a、b两个端点时,量程为0-10V,当使用a、c两个端点时,量程为0-100V。
可编辑修改精选全文完整版物理欧姆定律题20套(带答案)及解析一、欧姆定律选择题1.如图所示是小刚同学测定小灯泡电功率的电路图,当闭合开关时,发现灯L不亮,电流表有明显示数,电压表示数为零,若故障只出现在灯L和变阻器R中的一处,则下列判断正确的是()A. 灯L断路B. 灯L短路C. 变阻器R断路D. 变阻器R 短路【答案】B【解析】【解答】A. 灯L断路时,电压表串联在电路中,会有示数,而电压表的电阻很大,所以电流表无示数,A不符合题意;B. 灯L短路时,电压表同时被短路,不会有示数,此时电路是通路,所以电流表会有示数,B符合题意;C. 变阻器R断路时,整个电路是断路状态,两电表都不会有示数,C不符合题意;D. 变阻器R短路时,只有灯连接在电路中,电压表和电流表都应该有示数,D不符合题意;故答案为:B。
【分析】本题利用了串联电路的电流特点分析电路故障,小灯泡不发光说明灯泡短路或电路中电流过小或电路某处断路.2.如图所示,若电路中电源两端的电压保持不变,闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P从b端向a端滑动的过程中()A. 电压表V1的示数变大,电流表A的示数变大B. 电压表V2的示数变大,电流表A的示数变小C. 电压表V1的示数变大,电流表A的示数变小D. 电压表V2的示数变大,电流表A的示数变大【答案】 A【解析】【解答】解:由图知,定值电阻R1和滑动变阻器R2串联,V1测量R1两端的电压,电压表V2测量R2两端的电压,电流表测量串联电路中的电流。
当滑动变阻器的滑片P从b端向a端滑动的过程中,滑动变阻器的电阻变小,由串联分压的规律可知,变阻器分担的电压变小,即电压表V2示数变小;电源电压不变,所以定值电阻两端的电压就变大,即电压表V1示数变大;定值电阻的阻值不变,滑动变阻器的电阻变小,所以整个电路的总电阻变小,电源电压不变,由欧姆定律可知,电路中的电流就变大,即电流表的示数就变大。
BCD不符合题意,A 符合题意。
(物理)物理部分电路欧姆定律题20套(带答案)及解析一、高考物理精讲专题部分电路欧姆定律1.如图1所示,水平面内的直角坐标系的第一象限有磁场分布,方向垂直于水平面向下,磁感应强度沿y 轴方向没有变化,与横坐标x 的关系如图2所示,图线是双曲线(坐标轴是渐进线);顶角θ=45°的光滑金属长导轨 MON 固定在水平面内,ON 与x 轴重合,一根与ON 垂直的长导体棒在水平向右的外力作用下沿导轨MON 向右滑动,导体棒在滑动过程中始终保持与导轨良好接触.已知t=0时,导体棒位于顶角O 处;导体棒的质量为m=2kg ;OM 、ON 接触处O 点的接触电阻为R=0.5Ω,其余电阻不计;回路电动势E 与时间t 的关系如图3所示,图线是过原点的直线.求:(1)t=2s 时流过导体棒的电流强度I 2的大小; (2)1~2s 时间内回路中流过的电量q 的大小;(3)导体棒滑动过程中水平外力F (单位:N )与横坐标x (单位:m )的关系式. 【答案】(1)t=2s 时流过导体棒的电流强度I 2的大小为8A ; (2)1~2s 时间内回路中流过的电量q 的大小为6C ;(3)导体棒滑动过程中水平外力F 与横坐标x 的关系式为F=(4+4)N .【解析】试题分析:(1)根据E —t 图像中的图线是过原点的直线特点 有:EI R=得:28I A =(2分) (2)可判断I —t 图像中的图线也是过原点的直线 (1分) 有:t=1s 时14I A =可有:122I I q I t t +=∆=∆(2分) 得:6q C =(1分)(3)因θ=45°,可知任意t 时刻回路中导体棒有效切割长度L=x (2分) 再根据B —x 图像中的图线是双曲线特点:Bx=1 有:()E BLv Bx v ==且2E t =(2分)可得:2v t =,所以导体棒的运动是匀加速直线运动,加速度22/a m s =(2分) 又有:()F BIL BIx Bx I 安===且I 也与时间成正比 (2分) 再有:F F ma -=安(2分)212x at =(2分) 得:44F x =+(2分)考点:本题考查电磁感应、图像、力与运动等知识,意在考查学生读图、试图的能力,利用图像和数学知识解决问题的能力.2.有三盘电灯L1、L2、L3,规格分别是“110V,100W”,“110V,60W”,“110V,25W”要求接到电压是220V的电源上,使每盏灯都能正常发光.可以使用一直适当规格的电阻,请按最优方案设计一个电路,对电阻的要求如何?【答案】电路如图所示,电阻的要求是阻值为806.7Ω,额定电流为A.【解析】将两个电阻较大的电灯“110V 60W”、“110V 25W”与电阻器并联,再与“110V100W”串连接在220V的电源上,电路连接如图所示,当左右两边的总电阻相等时才能各分压110V,使电灯都正常发光.由公式P=UI得L1、L2、L3的额定电流分别为:I1==A=A,I2==A=A,I3=A=A则通过电阻R的电流为 I=I1﹣I2﹣I3=A=AR==Ω=806.7Ω答:电路如图所示,电阻的要求是阻值为806.7Ω,额定电流为A.【点评】本题考查设计电路的能力,关键要理解串联、并联电路的特点,知道用电器在额定电压下才能正常工作,设计好电路后要进行检验,看是否达到题目的要求.3.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0.05Ω,电表可视为理想电表。
可编辑修改精选全文完整版高中物理闭合电路的欧姆定律常见题型及答题技巧及练习题(含答案)一、高考物理精讲专题闭合电路的欧姆定律1.如图所示电路,电源电动势为1.5V,内阻为0.12Ω,外电路的电阻为1.38Ω,求电路中的电流和路端电压.【答案】1A; 1.38V【解析】【分析】【详解】闭合开关S后,由闭合电路欧姆定律得:电路中的电流I为:I==A=1A路端电压为:U=IR=1×1.38=1.38(V)2.小明坐在汽车的副驾驶位上看到一个现象:当汽车的电动机启动时,汽车的车灯会瞬时变暗。
汽车的电源、电流表、车灯、电动机连接的简化电路如图所示,已知汽车电源电动势为12.5V,电源与电流表的内阻之和为0.05Ω。
车灯接通电动机未起动时,电流表示数为10A;电动机启动的瞬间,电流表示数达到70A。
求:(1)电动机未启动时车灯的功率。
(2)电动机启动瞬间车灯的功率并说明其功率减小的原因。
(忽略电动机启动瞬间灯泡的电阻变化)【答案】(1)120W;(2)67.5W【解析】【分析】【详解】(1) 电动机未启动时=-=U E Ir12V120W P UI ==(2)电动机启动瞬间车灯两端电压'9 V U E I r =-'=车灯的电阻' 1.2U R I ==Ω267.5W RU P ''==电源电动势不变,电动机启动瞬间由于外电路等效总电阻减小,回路电流增大,内电路分得电压增大,外电路电压减小,所以车灯电功率减小。
3.在如图所示的电路中,电阻箱的阻值R 是可变的,电源的电动势为E ,电源的内阻为r ,其余部分的电阻均可忽略不计。
(1)闭合开关S ,写出电路中的电流I 和电阻箱的电阻R 的关系表达式;(2)若电源的电动势E 为3V ,电源的内阻r 为1Ω,闭合开关S ,当把电阻箱R 的阻值调节为14Ω时,电路中的电流I 为多大?此时电源两端的电压(路端电压)U 为多大?【答案】(1) EI R r=+ (2)0.2A 2.8V 【解析】 【详解】(1)由闭合电路的欧姆定律,得关系表达式:EI R r=+ (2)将E =3V ,r =1Ω,R =14Ω,代入上式得: 电流表的示数I =3A 141+=0.2A 电源两端的电压U=IR =2.8V4.如图所示,金属导轨平面动摩擦因数µ=0.2,与水平方向成θ=37°角,其一端接有电动势E =4.5V ,内阻r =0.5Ω的直流电源。
高考物理部分电路欧姆定律试题(有答案和解析)一、高考物理精讲专题部分电路欧姆定律1.地球表面附近存在一个竖直向下的电场,其大小约为100V /m 。
在该电场的作用下,大气中正离子向下运动,负离子向上运动,从而形成较为稳定的电流,这叫做晴天地空电流。
地表附近某处地空电流虽然微弱,但全球地空电流的总电流强度很大,约为1800A 。
以下分析问题时假设地空电流在全球各处均匀分布。
(1)请问地表附近从高处到低处电势升高还是降低?(2)如果认为此电场是由地球表面均匀分布的负电荷产生的,且已知电荷均匀分布的带电球面在球面外某处产生的场强相当于电荷全部集中在球心所产生的场强;地表附近电场的大小用E 表示,地球半径用R 表示,静电力常量用k 表示,请写出地表所带电荷量的大小Q 的表达式;(3)取地球表面积S =5.1×1014m 2,试计算地表附近空气的电阻率ρ0的大小; (4)我们知道电流的周围会有磁场,那么全球均匀分布的地空电流是否会在地球表面形成磁场?如果会,说明方向;如果不会,说明理由。
【答案】(1)降低 (2)2ER Q k = (3)2.8×1013Ω·m (4)因为电流关于地心分布是球面对称的,所以磁场分布也必将关于地心球面对称,这就要求磁感线只能沿半径方向;但是磁感线又是闭合曲线。
以上两条互相矛盾,所以地空电流不会产生磁场【解析】试题分析:(1)沿着电场线方向,电势不断降低;(2)根据点电荷的电场强度定义式进行求解电量;(3)利用微元法求一小段空气层为研究对象,根据电阻定律和欧姆定律进行求解电阻率;(4)根据地球磁场的特点进行分析。
(1)由题意知,电场方向竖直向下,故表附近从高处到低处电势降低。
(2)由2Q E k R=,得电荷量的大小2ER Q k = (3)如图从地表开始向上取一小段高度为Δh 的空气层(Δh 远小于地球半径R )则从空气层上表面到下表面之间的电势差为·U E h =∆这段空气层的电阻0h r S ρ∆=,且U I r = 三式联立得: 0ES Iρ= 代入数据解: 130 2.810?m ρ=⨯Ω (4)方法一:如图,为了研究地球表面附近A 点的磁场情况可以考虑关于过A 点的地球半径对称的两处电流1I 和2I ,根据右手螺旋定则可以判断,这两处电流在A 点产生的磁场的磁感应强度刚好方向相反,大小相等,所以1I 和2I 产生的磁场在A 点的合磁感应强度为零。
高中物理闭合电路的欧姆定律专题训练答案一、高考物理精讲专题闭合电路的欧姆定律1.如图所示电路中,r是电源的内阻,R1和R2是外电路中的电阻,如果用P r,P1和P2分别表示电阻r,R1,R2上所消耗的功率,当R=R=r时,求:(1)I r:I1:I2等于多少解析】详解】(1)设干路电流为/,流过R1和R2的电流分别为I1和/2。
由题,R1和R2并联,电压相等,电阻也相等,则电流相等,故/1=/2=21即/r:/1:/2=2:1:1⑵根据公式P=/2R,三个电阻相等,功率之比等于电流平方之比,即P r:P1:P2=4:1:1r122.如图所示,质量m=1kg的通电导体棒在安培力作用下静止在倾角为37°、宽度L=1m的光滑绝缘框架上。
匀强磁场方向垂直于框架平面向下(磁场仅存在于绝缘框架内)。
右侧回路中,电源的电动势E=8V,内阻r=1Q。
电动机M的额定功率为8W,额定电压为4V,线圈内阻R 为0.20,此时电动机正常工作(已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度g取10m/s2)。
试求:⑴通过电动机的电流/M以及电动机的输出的功率P出;⑵通过电源的电流/总以及导体棒的电流I;总⑶磁感应强度B的大小。
M【答案】(1)7.2W;(2)4A;2A;(3)3T。
【解析】【详解】(1)电动机的正常工作时,有所以故电动机的输出功率为(2)对闭合电路有所以故流过导体棒的电流为P二P-12R二7.2W 出M二I二I—I二2A总MF=mg sin37°=6N 安F=BIL安FB=亠=3TIL3.如图所示,E=IOV,r=1Q,R]=R3=5Q,R2=4Q,C=100卩F,当断开时,电容器中带电粒子恰好处于静止状态;求:(1)S闭合后,带电粒子加速度的大小和方向;⑵S闭合后流过R3的总电荷量.【答案】⑴g,方向竖直向上⑵4x10-4C【解析】【详解】(1)开始带电粒子恰好处于静止状态,必有qE=mg且qE竖直向上.S闭合后,qE=mg的平衡关系被打破.S断开时,带电粒子恰好处于静止状态,设电容器两极板间距离为d,有RU=-2E=4VC R+-+r,21qUC=mgdS闭合后,RU'=E二8Vc-+r2设带电粒子加速度为a,则qU'j-mg=ma,d解得a=g,方向竖直向上.(2)S闭合后,流过R3的总电荷量等于电容器上电荷的增加量,所以\Q=C(U C,-U C)=4x10-4C4.如图所示,电源电动势E二27V,内阻r二2Q,固定电阻R2二4Q,R】为光敏电阻.C为平行板电容器,其电容C二3pF,虚线到两极板距离相等,极板长L二0.2m,间距d二1.0x10—2m.P为一圆盘,由形状相同透光率不同的二个扇形a、b构成,它可绕AA'轴转动.当细光束通过扇形a、b照射光敏电阻R]时,R]的阻值分别为12Q、3Q.有带电量为q二-1.0x10—4C微粒沿图中虚线以速度v°=10m/s连续射入C的电场中.假设照在R】上的光强发生变化时R]阻值立即有相应的改变.重力加速度为g二10m/s2.⑴求细光束通过a照射到%上时,电容器所带的电量;(2)细光束通过a照射到R]上时,带电微粒刚好沿虚线匀速运动,求细光束通过b照射到R]上时带电微粒能否从C的电场中射出.【答案】(1)Q二1.8X10-11C(2)带电粒子能从C的电场中射出【解析】【分析】由闭合电路欧姆定律求出电路中电流,再由欧姆定律求出电容器的电压,即可由Q=CU求其电量;细光束通过a照射到R]上时,带电微粒刚好沿虚线匀速运动,电场力与重力二力平衡.细光束通过b照射到%上时,根据牛顿第二定律求粒子的加速度,由类平抛运动分位移规律分析微粒能否从C的电场中射出.【详解】27(1)由闭合电路欧姆定律,得1———1.5A-+-+r12+4+212又电容器板间电压U=U2=/-得U C=6Vc22C设电容器的电量为Q,则Q=CU C解得Q=1.8X10-11C(2)细光束通过a照射时,带电微粒刚好沿虚线匀速运动,则有mg二解得m=0.6x10-2kg细光束通过b照射时,同理可得U C f=12VU,由牛顿第二定律,得q~C-mg=ma解得a=10m/s21+l微粒做类平抛运动,得y=at2,t=-解得y=0.2x10-2m<£,所以带电粒子能从C的电场中射出.【点睛】本题考查了带电粒子在匀强电场中的运动,解题的关键是明确带电粒子的受力情况,判断其运动情况,对于类平抛运动,要掌握分运动的规律并能熟练运用.5.如图所示,为某直流电机工作电路图(a)及电源的U-I图象(b)。
物理试卷分类汇编物理部分电路欧姆定律(及答案)及解析一、高考物理精讲专题部分电路欧姆定律1.恒定电流电路内各处电荷的分布是稳定的,任何位置的电荷都不可能越来越多或越来越少,此时导内的电场的分布和静电场的性质是一样的,电路内的电荷、电场的分布都不随时间改变,电流恒定.(1)a. 写出图中经△t 时间通过0、1、2,3的电量0q ∆、1q ∆、2q ∆、3q ∆满足的关系,并推导并联电路中干路电流0I 和各支路电流1I 、2I 、3I 之间的关系;b. 研究将一定量电荷△q 通过如图不同支路时电场力做功1W ∆、2W ∆、3W ∆的关系并说明理由;由此进一步推导并联电路中各支路两端电压U 1、U 2、U 3之间的关系;c. 推导图中并联电路等效电阻R 和各支路电阻R 1、R 2、R 3的关系.(2)定义电流密度j 的大小为通过导体横截面电流强度I 与导体横截面S 的比值,设导体的电阻率为ρ,导体内的电场强度为E ,请推导电流密度j 的大小和电场强度E 的大小之间满足的关系式.【答案】(1)a.0123q q q q ∆=∆+∆+∆,0123 I I I I =++ b.123W W W ∆=∆=∆,123U U U == c. 1231111R R R R =++ (2)j E l ρ= 【解析】 【详解】(l )a. 0123q q q q ∆=∆+∆+∆03120123q q q qI I I I t t t t∆∆∆∆====∆∆∆∆ ∴0123 I I I I =++即并联电路总电流等于各支路电流之和。
b. 123W W W ∆=∆=∆理由:在静电场和恒定电场中,电场力做功和路径无关,只和初末位置有关. 可以引进电势能、电势、电势差(电压)的概念.11W U q ∆=∆,22W U q ∆=∆,33W U q∆=∆ ∴123U U U ==即并联电路各支路两端电压相等。
c. 由欧姆定律以及a 、b 可知:1231111R RR R =++ (2)I j S =,U I R=,U EL =,L R S ρ= ∴j E lρ=2. 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 VA xR 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:130.4515000.3010R -=Ω=Ω⨯,230.911516.70.6010R -=Ω=Ω⨯,331.5015001.0010R -=Ω=Ω⨯,431.791491.71.2010R -=Ω=Ω⨯,532.7115051.8010R -=Ω=Ω⨯, 故电阻的测量值为1234515035R R R R R R ++++=Ω=Ω(1500-1503Ω都算正确.) 由于0150010150R R ==,从图1中可以读出B =0.9T 方法二:作出表中的数据作出U -I 图象,图象的斜率即为电阻(略).(3)在0~0.2T 范围,图线为曲线,故磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化(或非均匀变化);在0.4~1.0T 范围内,图线为直线,故磁敏电阻的阻值随磁感应强度线性变化(或均匀变化);(4)从图3中可以看出,当加磁感应强度大小相等、方向相反的磁场时,磁敏电阻的阻值相等,故磁敏电阻的阻值与磁场方向无关.本题以最新的科技成果为背景,考查了电学实验的设计能力和实验数据的处理能力.从新材料、新情景中舍弃无关因素,会看到这是一个考查伏安法测电阻的电路设计问题,及如何根据测得的U、I值求电阻.第(3)、(4)问则考查考生思维的灵敏度和创新能力.总之本题是一道以能力立意为主,充分体现新课程标准的三维目标,考查学生的创新能力、获取新知识的能力、建模能力的一道好题.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=I2r=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.有三盘电灯L1、L2、L3,规格分别是“110V,100W”,“110V,60W”,“110V,25W”要求接到电压是220V的电源上,使每盏灯都能正常发光.可以使用一直适当规格的电阻,请按最优方案设计一个电路,对电阻的要求如何?【答案】电路如图所示,电阻的要求是阻值为806.7Ω,额定电流为A.【解析】将两个电阻较大的电灯“110V 60W”、“110V 25W”与电阻器并联,再与“110V100W”串连接在220V的电源上,电路连接如图所示,当左右两边的总电阻相等时才能各分压110V,使电灯都正常发光.由公式P=UI得L1、L2、L3的额定电流分别为:I1==A=A,I2==A=A,I3=A=A则通过电阻R的电流为 I=I1﹣I2﹣I3=A=AR==Ω=806.7Ω答:电路如图所示,电阻的要求是阻值为806.7Ω,额定电流为A.【点评】本题考查设计电路的能力,关键要理解串联、并联电路的特点,知道用电器在额定电压下才能正常工作,设计好电路后要进行检验,看是否达到题目的要求.5.在图所示的电路中,小量程电流表的内阻Rg=100Ω,满偏电流Ig=1mA,R1=900Ω,R2=100 999Ω.(1)当S1和S2均断开时,改装所成的表是什么表?量程为多大?(2)当S1和S2均闭合时,改装所成的表是什么表?量程为多大?【答案】(1)电压表 1 V (2)电流表 1 A【解析】【分析】本题的关键是明确串联电阻具有分压作用,并联电阻具有分流作用,即电流表改装为电压表时,应将电流表与电阻串联,改装为电流表时,应将电流表与电阻并联.【详解】由图示电路图可知,当S1和S2均断开时,G与R1串联,此时为电压表,改装后电压流表量程为:U=I g(R1+R g)=0.001×(100+900)=1.0V;由图示电路图可知,当S1和S2均闭合时,G 与R 2并联,此时为电流表,改装后电流表量程为:I=I g +I R2=I g +2g gI R R =0.001+0.001100100999⨯=1.0A ; 【点睛】明确串联电阻具有分压作用和并联电阻具有分流作用的含义,理解电压表与电流表改装的原理.6.如图所示,足够长的U 形光滑导体框固定在水平面上,宽度为L ,一端连接的电阻为R 。
高中物理部分电路欧姆定律题20套(带答案)一、高考物理精讲专题部分电路欧姆定律1.在如图甲所示电路中,已知电源的电动势E=6 V、内阻r=1 Ω,A、B两个定值电阻的阻值分别为R A=2 Ω和R B=1 Ω,小灯泡的U-I图线如图乙所示,求小灯泡的实际电功率和电源的总功率分别为多少?【答案】0.75 W(0.70 W~0.80 W均算正确);10.5 W(10.1 W~10.9 W均算正确)【解析】【详解】设小灯泡两端电压为U,电流为I,由闭合电路欧姆定律有E=U+(I+) (R A+r)代入数据有U=1.5-0.75I作电压与电流的关系图线,如图所示:交点所对应的电压U=0.75 V(0.73 V~0.77 V均算正确)电流I=1 A(0.96 A~1.04 A均算正确)则灯泡的实际功率P=UI=0.75 W(0.70 W~0.80 W均算正确)电源的总功率P总=E(I+)=10.5 W(10.1 W~10.9 W均算正确)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L AB=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.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)02qU m(3)若y <d ,即204L U dU <d ,则收集效率η=y d =2204L U d U (U < 2024d U L) ;若y ≥d 则所有的尘埃都到达下极板,收集效率η=100% (U ≥2024d 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20012qU mv = 故解得02qU 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 QI 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212y at =根据牛顿第二定律有F qE qU am 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24L UydU=若y d<,即24L UddU<,则收集效率22224()4d Uy L UUd d U Lη==<若y d≥,则所有的尘埃都到达下极板,效率为100%224()d UUL≥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4.一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=UI t=220×4×10=8800J;(2)产生的热量:Q=I2Rt=42×0.5×10=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.5.如图所示电路中,灯L标有“6V,3W”,定值电阻R1=4Ω,R2=10Ω,电源内阻r=2Ω,当滑片P滑到最下端时,理想电流表读数为1A,此时灯L恰好正常发光,试求:(1)滑线变阻器最大值R;(2)当滑片P 滑到最上端时,电流表的读数 【答案】 【解析】试题分析:(1)灯L 的电阻为:R L =LLP U 2=12Ω当P 滑到下端时,R 2被短路,灯L 与整个变阻器R 并联,此时灯正常发光,通过灯L 的电流为:I L =LLU P =0.5A 通过变阻器R 的电流为:I R =I A -I L =1A-0.5A=0.5A 则I R =I L ,即得滑线变阻器最大值为:R=R L =12Ω (2)电源电动势:1()12V L LRR E I R r R R =++=+=当P 滑到上端时,灯L 、变阻器R 及电阻R 2都被短路,此时电流表的读数为:I′=r R E+=2A 考点:【名师点睛】闭合电路的欧姆定律6.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 的直导线,单位体积内有n 个自由电子,一个电子电量为e .该导线通有恒定电流时,导线两端的电势差为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,小红和小明给出了不同的想法:小红记得老师上课讲过,W =UIt ,因此将第(1)问求出的I 的结果代入,就可以得到W 的表达式.但是小红不记得老师是怎样得出W =UIt 这个公式的.小明提出,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=U E l ,设导体中全部电荷为q 后,再求出电场力做的功=UW qEvt q vt l=,将q 代换之后,小明没有得出W =UIt 的结果.请问你认为小红和小明谁说的对?若是小红说的对,请给出公式的推导过程;若是小明说的对,请补充完善这个问题中电流做功的求解过程.(3)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:Uj lρ=. 【答案】(1)I neSv =(2)见解析(3)见解析【解析】(1)电流定义式QI t=,在t 时间内,流过横截面的电荷量Q nSvte =,因此I neSv =; (2)小红和小明说的都有一定道理a.小红说的对.由于QI t=,在t 时间内通过某一横截面的电量Q =It ,对于一段导线来说,每个横截面通过的电量均为Q ,则从两端来看,相当于Q 的电荷电势降低了U ,则W QU UIt ==.b.小明说的对.恒定电场的场强UE l=,导体中全部电荷为q nSle =, 电场力做的功=U UW qEvt qvt nSel vt nSevUt l l===; 又因为I neSv =,则W UIt =.(3)由欧姆定律:、U IR =,、由电阻定律:lR Sρ=; 则l U I S ρ=,则U I l Sρ=; 由电流密度的定义:Q Ij St S==; 故Uj lρ=;7.如图所示,P 是一个表面镶有很薄电热膜的长陶瓷管,其长度为L ,直径为D ,镀膜的厚度为d .管两端有导电金属箍M 、N .现把它接入电路中,测得它两端电压为U ,通过它的电流为I .则金属膜的电阻为多少?镀膜材料的电阻率为多少?【答案】U IU Dd IL π【解析】 【详解】根据欧姆定律得,金属膜的电阻U R I=. 由于金属膜的厚度很小,所以,在计算横截面积时,近似的计算方法是:若将金属膜剥下,金属膜可等效为长为L ,宽为πD (周长),高为厚度为d 的长方体金属膜的长度为L ,横截面积s =πDd ;根据LR sρ=,求得 Rs DdU L ILπρ==.【点睛】解决本题的关键掌握欧姆定律的公式和电阻定律的公式,并能灵活运用.8.如图所示,A 为电解槽,M 为电动机,N 为电炉子,恒定电压U =12V ,电解槽内阻R A =2Ω,当S 1闭合,S 2、S 3断开时,电流表示数为6A ;当S 2闭合,S 1、S 3断开时,电流表示数为5A ,且电动机输出功率为35W ;当S 3闭合,S 1、S 2断开时,电流表示数为4A .求:(1)电炉子的电阻及发热功率; (2)电动机的内阻;(3)在电解槽工作时,电能转化为化学能的功率为多少. 【答案】(1)2 Ω 72 W (2)1 Ω (3)16 W 【解析】试题分析:(1)电炉子为纯电阻元件,由欧姆定律U I R= 得12UR I ==Ω 其发热功率为:1126?W=72?W R P UI ==⨯ (2)电动机为非纯电阻元件,由能量守恒定律得222M UI I r P =+输出所以2221M UI P r I -==Ω输出(3)电解槽工作时,由能量守恒定律得:23316?W A P UI I r =-=化考点:闭合电路欧姆定律点评:注意纯电阻电路与非纯电阻电路在的区别9.用一个标有额定电压为12V 的灯泡做实验,测得灯丝电阻随灯泡两端电压变化关系图线如图所示,求:(1)设灯丝电阻与绝对温度成正比,室温为300K ,求正常发光条件下灯丝的温度。
高考物理部分电路欧姆定律答题技巧及练习题(含答案)含解析(1)一、高考物理精讲专题部分电路欧姆定律1. 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xVA xR 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:130.4515000.3010R -=Ω=Ω⨯,230.911516.70.6010R -=Ω=Ω⨯,331.5015001.0010R -=Ω=Ω⨯,431.791491.71.2010R -=Ω=Ω⨯,532.7115051.8010R -=Ω=Ω⨯, 故电阻的测量值为1234515035R R R R R R ++++=Ω=Ω(1500-1503Ω都算正确.) 由于0150010150R R ==,从图1中可以读出B =0.9T 方法二:作出表中的数据作出U -I 图象,图象的斜率即为电阻(略).(3)在0~0.2T 范围,图线为曲线,故磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化(或非均匀变化);在0.4~1.0T 范围内,图线为直线,故磁敏电阻的阻值随磁感应强度线性变化(或均匀变化);(4)从图3中可以看出,当加磁感应强度大小相等、方向相反的磁场时,磁敏电阻的阻值相等,故磁敏电阻的阻值与磁场方向无关.本题以最新的科技成果为背景,考查了电学实验的设计能力和实验数据的处理能力.从新材料、新情景中舍弃无关因素,会看到这是一个考查伏安法测电阻的电路设计问题,及如何根据测得的U 、I 值求电阻.第(3)、(4)问则考查考生思维的灵敏度和创新能力.总之本题是一道以能力立意为主,充分体现新课程标准的三维目标,考查学生的创新能力、获取新知识的能力、建模能力的一道好题.2.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.3.材料的电阻随磁场的增强而增大的现象称为磁阻效应,利用这种效应可以测量磁感应强度.如图所示为某磁敏电阻在室温下的电阻—磁感应强度特性曲线,其中R B、R0分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值.为了测量磁感应强度B,需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值R B.请按要求完成下列实验.(1)设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路,并在图中的虚线框内画出实验电路原理图(磁敏电阻及所处磁场已给出,待测磁场磁感应强度大小约为0.6~1.0 T,不考虑磁场对电路其他部分的影响).要求误差较小.提供的器材如下:A.磁敏电阻,无磁场时阻值R0=150 ΩB.滑动变阻器R,总电阻约为20 ΩC.电流表A,量程2.5 mA,内阻约30 ΩD.电压表V,量程3 V,内阻约3 kΩE.直流电源E,电动势3 V,内阻不计F.开关S,导线若干(2)正确接线后,将磁敏电阻置入待测磁场中,测量数据如下表:根据上表可求出磁敏电阻的测量值R B=______Ω.结合题图可知待测磁场的磁感应强度B=______T.(3)试结合题图简要回答,磁感应强度B在0~0.2 T和0.4~1.0 T范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同?________________________________________________________________________.(4)某同学在查阅相关资料时看到了图所示的磁敏电阻在一定温度下的电阻—磁感应强度特性曲线(关于纵轴对称),由图线可以得到什么结论?___________________________________________________________________________.【答案】(1)见解析图(2)1500;0.90(3)在0~0.2T范围内,磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化(或不均匀变化);在4.一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=UI t=220×4×10=8800J;(2)产生的热量:Q=I2Rt=42×0.5×10=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.5.若加在某导体两端的电压变为原来的35时,导体中的电流减小了0.4A.如果所加电压变为原来的2倍,则导体中的电流为多大? 【答案】2A 【解析】 【详解】设是导体两端原来的电压为U ,电流为I ,则导体电阻U R I=, 又由题,导体两端的电压变为原来的35时,导体中的电流减小了0.4 A ,则有35(0.4)UR I -=,联立得()350.4U U I I -=, 解得=1.0A I ,当电压变为2U 时,22A I I '==6.如图所示,P 是一个表面镶有很薄电热膜的长陶瓷管,其长度为L ,直径为D ,镀膜的厚度为d .管两端有导电金属箍M 、N .现把它接入电路中,测得它两端电压为U ,通过它的电流为I .则金属膜的电阻为多少?镀膜材料的电阻率为多少?【答案】U IU Dd IL π【解析】 【详解】根据欧姆定律得,金属膜的电阻U R I=. 由于金属膜的厚度很小,所以,在计算横截面积时,近似的计算方法是:若将金属膜剥下,金属膜可等效为长为L ,宽为πD (周长),高为厚度为d 的长方体金属膜的长度为L ,横截面积s =πDd ;根据LR sρ=,求得 Rs DdU L IL πρ==. 【点睛】解决本题的关键掌握欧姆定律的公式和电阻定律的公式,并能灵活运用.7.如图所示,A 为电解槽,M 为电动机,N 为电炉子,恒定电压U =12V ,电解槽内阻R A =2Ω,当S 1闭合,S 2、S 3断开时,电流表示数为6A ;当S 2闭合,S 1、S 3断开时,电流表示数为5A ,且电动机输出功率为35W ;当S 3闭合,S 1、S 2断开时,电流表示数为4A .求:(1)电炉子的电阻及发热功率; (2)电动机的内阻;(3)在电解槽工作时,电能转化为化学能的功率为多少. 【答案】(1)2 Ω 72 W (2)1 Ω (3)16 W 【解析】试题分析:(1)电炉子为纯电阻元件,由欧姆定律U I R= 得12UR I ==Ω 其发热功率为:1126?W=72?W R P UI ==⨯ (2)电动机为非纯电阻元件,由能量守恒定律得222M UI I r P =+输出所以2221M UI P r I-==Ω输出(3)电解槽工作时,由能量守恒定律得:23316?W A P UI I r =-=化考点:闭合电路欧姆定律点评:注意纯电阻电路与非纯电阻电路在的区别8.如图所示,在该电路施加U=5V 的电压,R 1=4Ω,R 2=6 Ω,滑动变阻器最大值R 3=10 Ω,则当滑动触头从a 滑到b 的过程中,电流表示数的最小值为多少?【答案】1A【解析】【详解】解:设触头上部分电阻为R,则下部分为3R R-总电阻:2 123123()()()(146(6)10020)20R R R R R R R RRR R R++-+---+===++总当6R=Ω时,R总最大,此时5maxR=Ω电流表示数的最小值为:1minmaxUI AR==9.如图所示的电路中,18R=Ω,24R=Ω,36R=Ω,43R=Ω.(1)求电路中的总电阻;(2)当加在电路两端的电压42U V=时,通过每个电阻的电流是多少?【答案】(1)电路中的总电阻为14Ω(2)当加在电路两端的电压U=42V时,通过四个电阻的电流分别为:3A;3A;1A;2A.【解析】【分析】分析电路图,电阻R3、R4并联,再和R1和R2串联,根据欧姆定律和串并联电路的特点求解.【详解】(1)电路中的总电阻为341234638463R RR R RR R⨯=++=++++Ω=14Ω(2)根据欧姆定律得:I=423A14UR==R1和R2串联且在干路上,所以I1=I2=3A对于R3、R4则有:I3+I4=3A 344312I RI R==所以I3=1A,I4=2A答:(1)电路中的总电阻为14Ω(2)当加在电路两端的电压U=42V时,通过四个电阻的电流分别为:3A;3A;1A;2A.10.如图所示,电源内阻0.4Ωr=,12344ΩR R R R====,当电键K闭合时,电流表与电压表读数分别为2A,2V,试求:(1)电源电动势E;(2)电键K断开时,电压表读数为多少?【答案】(1)7V(2)3.96V【解析】【详解】(1)等效电路图因为22VU=,所以有:120.5AI I==31.5AI=2.5AI=电源的外电压:336VU I R==电源电动势为:6 2.50.4V7VE U Ir=+=+⨯=(2) 电键K断开时,则有:R 外20Ω3=根据闭合电路欧姆定律有:EI R r=+ 则电压表的示数:2 3.96V U IR ==11.在图示电路中,稳压电源的电压U =9V ,电阻R 1=9Ω,R 2为滑动变阻器,电流表为理想电表.小灯泡L 标有“6V ,6W”字样,电阻随温度的变化不计.电键S 断开时,求:(1)电流表的示数I ; (2)小灯泡L 的实际功率P L ;(3)闭合电键S ,为使小灯泡L 正常发光,滑动变阻器R 2接入电路的阻值是多少? 【答案】(1)0.6A (2)2.16W (3)4.5Ω 【解析】 【详解】 (1)由可得:当开关断开时,由欧姆定律可得:(2)小灯泡的实际功率P =I 2R L =0.36×6=2.16W(3)闭合S 后,滑动变阻器与R 1并联,而灯泡正常发光;则总电流灯泡电压为6V ,则并联部分电压为U ′=9-6=3V ; 则R 1中电流则流过滑动变阻器的电流则由欧姆定律可得:.【点睛】本题考查闭合电路欧姆定律及功率公式的应用,解题时要注意明确题目要求:灯泡电阻不随温度的变化而变化.12.如图所示的电路,电源电压保持不变,R 1=30Ω,R 2=10Ω.当闭合开关S 1、S ,断开S 2时,电流表的示数为0.4A .求:(1)电源电压;(2)当闭合开关S 2、S ,断开S 1时,求电流表的示数:(3)当闭合开关S 1、S 2、S 时,通电100s 。
可编辑修改精选全文完整版物理欧姆定律专题练习(及答案)含解析一、欧姆定律选择题1.在综合实践活动课上,小明把一只用半导体材料制成的电阻R x与滑动变阻器R串联接在电压恒为6V的电路中,如图甲所示.闭合开关,滑动变阻器的滑片P由a端向b端移动的过程中,电流表和电压表示数变化情况如图乙所示,针对该实验过程,下列结果正确的是()A. R x是定值电阻,其阻值为6ΩB. 电路消耗的最小功率为0.6WC. 滑动变阻器的最大阻值为50ΩD. 当P从a端移向b端时,R x的阻值变大【答案】 B【解析】【解答】由电路图可知,电阻R x与滑动变阻器R串联,电压表测滑动变阻器两端的电压;当滑动变阻器的滑片P位于a端,滑动变阻器接入电路的阻值最大,电路总电阻最大,电路中的电流最小,由图象可知,最小电流I最小=0.1A,电路消耗的功率最小:P最小=UI最小=6V×0.1A=0.6W,故B正确.当电路中的电流最小时,对应电压表示数U滑=4.5V,由欧姆定律得,滑动变阻器的最大阻值:,故C错误.根据串联电路电压规律可知,电阻R x两端的电压:Ux=U-U滑=6V-5.0V=1V,此时R x的阻值:当滑动变阻器的滑片P位于b端,滑动变阻器接入电路的阻值为零,电路总电阻最小,电路中的电流最大,由图象可知,最大电流I最大=1.0A,则电阻R x两端的电压:U x′=U=6V,此时R x的值由上述可知,R x不是定值电阻,故A错误.当P从a端移向b端时,R x的阻值变小,故D错误.故答案为:B.【分析】分析电路图确定滑动变阻器和R x的连接方式及电压表所测的电压,分析出滑片在a端和b端时滑动变阻器应用的阻值,由图象乙确定出对应的电流值,由欧姆定律和电功率的公式进行计算即可解答.2.有两只分别标有”6V3W“和”9V3W“的小灯泡L1、L2,不考虑温度对灯丝电阻的影响,下列说法正确的是()A. L1和L2正常工作时的电流一样大B. L1和L2串联在一起同时使用时,两灯一样亮C. L1和L2并联在一起同时使用时,两灯消耗的功率一样大D. 将L1串联在一个12Ω的电阻,接在电源电压为12V的电路中,L1也能正常发光【答案】D【解析】【解答】解:A.由P=UI可得,两灯泡正常发光时的电流分别为:I1= = =0.5A,I2= = = A,所以两灯泡正常发光时的电流不一样,故A错误;B.由P=UI= 可得,两灯泡的电阻分别为:R1= = =12Ω,R2= = =27Ω,两灯泡串联时通过的电流相等,但灯泡的电阻不同,由P=I2R可知,两灯泡的实际功率不相等,亮度不同,故B错误;C.L1和L2并联在一起同时使用时,它们两端的电压相等,但灯泡的电阻不同,由P= 可知,两灯泡消耗的电功率不相等,故C错误;D.将L1串联在一个12Ω的电阻时,电路中的总电阻R总=R1+R=12Ω+12Ω=24Ω,电路中的电流I= = =0.5A,因电路中的电流和灯泡L1正常发光时的电流相等,所以L1能正常发光,故D正确.故选D.【分析】(1)灯泡正常发光时的电压和额定电压相等,根据P=UI求出两灯泡的正常发光时的电流,然后比较两者的关系;(2)根据P=UI= 求出两灯泡的电阻,根据串联电路的电流特点和P=I2R比较两灯泡的实际功率关系,实际功率大的灯泡较亮;(3)L1和L2并联在一起同时使用时,它们两端的电压相等,根据P= 比较两灯泡消耗的电功率关系;(4)将L1串联在一个12Ω的电阻时,根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中的电流,然后与灯泡L1正常发光时的电流相比较判断其是否能正常发光.3.如图所示的电路,闭合开关S,当滑片P向左移动时,不考虑灯丝电阻受温度影响.下列说法正确的是()A. 小灯泡变亮B. 电流表示数变大C. 电压表示数变小D. 电路的总功率不变【答案】D【解析】【解答】解:因电压表的内阻很大、在电路中相当于断路,所以,滑片移动时,接入电路中的电阻不变,此时灯泡与滑动变阻器的最大阻值串联,电压表测滑片右侧部分两端的电压,电流表测电路中的电流,由I= 可知,电路中的电流不变,即电流表的示数不变,故B错误;因灯泡的亮暗取决于实际功率的大小,所以,由P=I2R可知,灯泡的实际功率不变,亮暗不变,故A错误;由P=UI可知,电路的总功率不变,故D正确;当滑片P向左移动时,电压表并联部分的电阻变大,由U=IR可知,电压表的示数变大,故C错误.故选D.【分析】根据电压表的内阻很大、在电路中相当于断路可知滑片移动时接入电路中的电阻不变,此时灯泡与滑动变阻器的最大阻值串联,电压表测滑片右侧部分两端的电压,电流表测电路中的电流,根据欧姆定律可知电路中电流的变化,根据P=I2R可知灯泡实际功率的变化,进一步判断亮暗的变化,根据P=UI可知电路总功率的变化,根据滑片的移动可知滑片右侧部分电阻的变化,根据欧姆定律可知电压表示数的变化.4.对于某一确定的导体,影响该导体电流大小的物理量是()A. 通电时间B. 电荷量C. 电压D. 质量【答案】 C【解析】【解答】解:(1)由欧姆定律可知,对于某一导体,通过导体的电流与导体两端的电压成正比,所以对于某一确定的导体,通过导体电流大小决定于导体两端的电压,故C正确;(2)导体电阻和电压决定了通过导体的电流大小,即在一定时间内通过导体横截面的电荷量的多少,电流的大小与质量无关,故ABD错误.故选C.【分析】对于某一导体,电阻一定,通过导体的电流与导体两端的电压成正比,据此分析选择.5.在如图所示电路中,电源电压相同且不变,电路元件均完好,电流表A1的示数比A2大,下列方案中有可能使两电流表示数相同的有()方案:①用一个更小的电阻替换R3②将如图(a)中的R2与(b)中的R1互换③用一个更大的电阻替换R2④将如图(a)中的R1与(b)中的R3互换A. 0个B. 1个C. 2个D. 3个【答案】C【解析】【解答】a图R1、R2并联,电流表A1在干路上,b图R1、R3串联,电源电压相同且不变,电流表A1的示数比A2大,要使两电流表示数相同,可以减小A1的示数或者增大A2的示数,根据欧姆定律可知,可以用一个更小的电阻替换R3或者用一个更大的电阻替换R2,故①③符合题意;因R1、R2、R3的大小未知,故②④不确定。
高考物理闭合电路的欧姆定律题20套(带答案)及解析一、高考物理精讲专题闭合电路的欧姆定律1.平行导轨P 、Q 相距l =1 m ,导轨左端接有如图所示的电路.其中水平放置的平行板电容器两极板M 、N 相距d =10 mm ,定值电阻R 1=R 2=12 Ω,R 3=2 Ω,金属棒ab 的电阻r =2 Ω,其他电阻不计.磁感应强度B =0.5 T 的匀强磁场竖直穿过导轨平面,当金属棒ab 沿导轨向右匀速运动时,悬浮于电容器两极板之间,质量m =1×10-14kg ,电荷量q =-1×10-14C 的微粒恰好静止不动.取g =10 m /s 2,在整个运动过程中金属棒与导轨接触良好.且速度保持恒定.试求:(1)匀强磁场的方向和MN 两点间的电势差 (2)ab 两端的路端电压; (3)金属棒ab 运动的速度.【答案】(1) 竖直向下;0.1 V (2)0.4 V . (3) 1 m /s . 【解析】 【详解】(1)负电荷受到重力和电场力的作用处于静止状态,因为重力竖直向下,所以电场力竖直向上,故M 板带正电.ab 棒向右做切割磁感线运动产生感应电动势,ab 棒等效于电源,感应电流方向由b →a ,其a 端为电源的正极,由右手定则可判断,磁场方向竖直向下. 微粒受到重力和电场力的作用处于静止状态,根据平衡条件有mg =Eq 又MNU E d=所以U MN =mgdq=0.1 V(2)由欧姆定律得通过R 3的电流为I =3MNU R =0.05 A则ab 棒两端的电压为U ab =U MN +I ×0.5R 1=0.4 V . (3)由法拉第电磁感应定律得感应电动势E =BLv 由闭合电路欧姆定律得E =U ab +Ir =0.5 V 联立解得v =1 m /s .2.如图所示电路,电源电动势为1.5V ,内阻为0.12Ω,外电路的电阻为1.38Ω,求电路中的电流和路端电压.【答案】1A; 1.38V【解析】【分析】【详解】闭合开关S后,由闭合电路欧姆定律得:电路中的电流I为:I==A=1A路端电压为:U=IR=1×1.38=1.38(V)3.如图所示电路中,r是电源的内阻,R1和R2是外电路中的电阻,如果用P r,P1和P2分别表示电阻r,R1,R2上所消耗的功率,当R1=R2= r时,求:(1)I r∶I1∶I2等于多少(2)P r∶P1∶P2等于多少【答案】(1)2:1:1;(2)4:1:1。
高考物理部分电路欧姆定律题20套(带答案)及解析一、高考物理精讲专题部分电路欧姆定律1.恒定电流电路内各处电荷的分布是稳定的,任何位置的电荷都不可能越来越多或越来越少,此时导内的电场的分布和静电场的性质是一样的,电路内的电荷、电场的分布都不随时间改变,电流恒定.(1)a. 写出图中经△t 时间通过0、1、2,3的电量0q ∆、1q ∆、2q ∆、3q ∆满足的关系,并推导并联电路中干路电流0I 和各支路电流1I 、2I 、3I 之间的关系;b. 研究将一定量电荷△q 通过如图不同支路时电场力做功1W ∆、2W ∆、3W ∆的关系并说明理由;由此进一步推导并联电路中各支路两端电压U 1、U 2、U 3之间的关系;c. 推导图中并联电路等效电阻R 和各支路电阻R 1、R 2、R 3的关系.(2)定义电流密度j 的大小为通过导体横截面电流强度I 与导体横截面S 的比值,设导体的电阻率为ρ,导体内的电场强度为E ,请推导电流密度j 的大小和电场强度E 的大小之间满足的关系式.【答案】(1)a.0123q q q q ∆=∆+∆+∆,0123 I I I I =++ b.123W W W ∆=∆=∆,123U U U == c. 1231111R R R R =++ (2)j E l ρ= 【解析】 【详解】(l )a. 0123q q q q ∆=∆+∆+∆03120123q q q qI I I I t t t t∆∆∆∆====∆∆∆∆ ∴0123 I I I I =++即并联电路总电流等于各支路电流之和。
b. 123W W W ∆=∆=∆理由:在静电场和恒定电场中,电场力做功和路径无关,只和初末位置有关. 可以引进电势能、电势、电势差(电压)的概念.11W U q ∆=∆,22W U q ∆=∆,33W U q∆=∆ ∴123U U U ==即并联电路各支路两端电压相等。
c. 由欧姆定律以及a 、b 可知:1231111R RR R =++ (2)I j S =,U I R=,U EL =,L R S ρ= ∴j E lρ=2.如图中所示B 为电源,电动势E=27V ,内阻不计。
高中物理部分电路欧姆定律的技巧及练习题及练习题(含答案)及解析一、高考物理精讲专题部分电路欧姆定律1.如图是有两个量程的电压表,当使用a 、b 两个端点时,量程为0-10V ,当使用a 、c 两个端点时,量程为0-100V 。
已知电流表的内阻Rg 为500,满偏电流Ig 为1mA ,求电阻R 1,R 2的值。
【答案】;【解析】试题分析:接a 、b 时,为串联的,则接a 、c 时,为串联的和,则考点:考查了电表的改装原理点评:做本题的关键是理解电表的改装原理2.如图所示,R 1=2 Ω,R 2=3 Ω,滑动变阻器最大值R 3=5 Ω,则当滑动触头从a 滑到b 的过程中,电流表示数的最小值为多少?【答案】2A 【解析】 【分析】 【详解】设触头上部分电阻为xΩ,则下部分为(5-x )Ω,总电阻()()2(8)2(8)2810x x x x R x x+-+-==++-由数学知识可知当2+x=8-x 时,即x=3Ω时,R 最大,此时R max =5510⨯Ω=2.5Ω 安培表的示数最小522.5min max U I A A R ===.外电路的总电阻与局部电路电阻的变化是一致的,当局部电阻增大时,总电阻也增大,本题就根据这个特点进行分析.3.如图所示为实验室常用的两个量程的电压表原理图.当使用O 、A 两接线柱时,量程为3V ;当使用O 、B 两接线柱时,量程为15V .已知电流计的内电阻R g =500Ω,满偏电流I g =100 μA .求分压电阻R 1和R 2的阻值.【答案】452.9510,1.210⨯Ω⨯Ω 【解析】 【分析】 【详解】本题的关键是明确电压表是电流表与分压电阻串联而改装成的,当电压表达到量程时通过电流表的电流应为满偏电流,然后根据串并联规律求出分压电阻的大小即可. 解:串联分压电路的特点就是电流相同,在改装的电压表中,各量程达到满偏电压时,经过“表头”的电流均为满偏电流. 根据串并联规律,接O 、A 时:I g =,解得==2.95,接O 、B 时:I g =,解得===1.2,4.如图所示,在该电路施加U=5V 的电压,R 1=4Ω,R 2=6 Ω,滑动变阻器最大值R 3=10 Ω,则当滑动触头从a 滑到b 的过程中,电流表示数的最小值为多少?【解析】【详解】解:设触头上部分电阻为R,则下部分为3R R-总电阻:2 123123()()()(146(6)10020)20R R R R R R R RRR R R++-+---+===++总当6R=Ω时,R总最大,此时5maxR=Ω电流表示数的最小值为:1minmaxUI AR==5.如图所示,电源电动势6E V=,内阻1r=Ω,电阻12R=Ω,23R=Ω,37.5R=Ω,电容器的电容4C Fμ=,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】51.9210C-⨯【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2212363231RU E V VR R r==⨯=++++;电容器的带电量5243 1.210Q CU F V Cμ-==⨯=⨯,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()1231232375()3237.5R R RRR R R+⨯+==Ω=Ω++++外电容器的电压11121.8R EU R VR R R r=⋅⋅=++外外电容器的带电量617.210Q CU C-'==⨯.且a板带负电,b板带正电.据此通过电流表的电量5651.2107.210 1.9210Q Q Q C C C---∆=+'=⨯+⨯=⨯。
高中物理部分电路欧姆定律专题训练答案及解析一、高考物理精讲专题部分电路欧姆定律1.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,从而更加深刻的理解其物理本质。
一段长为l 、电阻率为ρ、横截面积为S 的细金属直导线,单位体积内有n 个自由电子,电子电荷量为e 、质量为m 。
(1)当该导线通有恒定的电流I 时:①请根据电流的定义,推导出导线中自由电子定向移动的速率v ;②经典物理学认为,金属的电阻源于定向运动的自由电子与金属离子(即金属原子失去电子后的剩余部分)的碰撞,该碰撞过程将对电子的定向移动形成一定的阻碍作用,该作用可等效为施加在电子上的一个沿导线的平均阻力。
若电子受到的平均阻力大小与电子定向移动的速率成正比,比例系数为k 。
请根据以上的描述构建物理模型,推导出比例系数k 的表达式。
(2)将上述导线弯成一个闭合圆线圈,若该不带电的圆线圈绕通过圆心且垂直于线圈平面的轴匀速率转动,线圈中不会有电流通过,若线圈转动的线速度大小发生变化,线圈中会有电流通过,这个现象首先由斯泰瓦和托尔曼在1917年发现,被称为斯泰瓦—托尔曼效应。
这一现象可解释为:当线圈转动的线速度大小均匀变化时,由于惯性,自由电子与线圈中的金属离子间产生定向的相对运动。
取线圈为参照物,金属离子相对静止,由于惯性影响,可认为线圈中的自由电子受到一个大小不变、方向始终沿线圈切线方向的力,该力的作用相当于非静电力的作用。
已知某次此线圈匀加速转动过程中,该切线方向的力的大小恒为F 。
根据上述模型回答下列问题:① 求一个电子沿线圈运动一圈,该切线方向的力F 做功的大小; ② 推导该圆线圈中的电流 'I 的表达式。
【答案】(1)①Iv neS=;② ne 2ρ;(2)① Fl ;② 'FS I e ρ=。
【解析】 【分析】 【详解】(1)①一小段时间t ∆内,流过导线横截面的电子个数为:N n Sv t ∆=⋅∆对应的电荷量为:Q Ne n Sv t e ∆=∆=⋅∆⋅根据电流的定义有:QI neSv t∆==∆ 解得:I v neS=②从能量角度考虑,假设金属中的自由电子定向移动的速率不变,则电场力对电子做的正功与阻力对电子做的负功大小相等,即:0Ue kvl -=又因为:neSv lU IR nev l Sρρ⋅=== 联立以上两式得:2k ne ρ=(2)①电子运动一圈,非静电力做功为:2W F r Fl π=⋅=非②对于圆线圈这个闭合回路,电动势为:W FlE e e==非 根据闭合电路欧姆定律,圆线圈这个闭合回路的电流为:EI R'=联立以上两式,并根据电阻定律:l R Sρ= 解得:FS I e ρ'=2.材料的电阻随磁场的增强而增大的现象称为磁阻效应,利用这种效应可以测量磁感应强度.如图所示为某磁敏电阻在室温下的电阻—磁感应强度特性曲线,其中R B 、R 0分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值.为了测量磁感应强度B ,需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值R B .请按要求完成下列实验.(1)设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路,并在图中的虚线框内画出实验电路原理图(磁敏电阻及所处磁场已给出,待测磁场磁感应强度大小约为0.6~1.0 T ,不考虑磁场对电路其他部分的影响).要求误差较小.提供的器材如下: A .磁敏电阻,无磁场时阻值R 0=150 Ω B .滑动变阻器R ,总电阻约为20 Ω C .电流表A ,量程2.5 mA ,内阻约30 Ω D .电压表V ,量程3 V ,内阻约3 kΩE.直流电源E,电动势3 V,内阻不计F.开关S,导线若干(2)正确接线后,将磁敏电阻置入待测磁场中,测量数据如下表:123456U(V)0.000.450.91 1.50 1.79 2.71I(mA)0.000.300.60 1.00 1.20 1.80根据上表可求出磁敏电阻的测量值R B=______Ω.结合题图可知待测磁场的磁感应强度B=______T.(3)试结合题图简要回答,磁感应强度B在0~0.2 T和0.4~1.0 T范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同?________________________________________________________________________.(4)某同学在查阅相关资料时看到了图所示的磁敏电阻在一定温度下的电阻—磁感应强度特性曲线(关于纵轴对称),由图线可以得到什么结论?___________________________________________________________________________.【答案】(1)见解析图(2)1500;0.90(3)在0~0.2T范围内,磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化(或不均匀变化);在3.如图甲所示,发光竹蜻蜓是一种常见的儿童玩具,它在飞起时能够发光.某同学对竹蜻蜓的电路作如下简化:如图乙所示,半径为L的金属圆环绕垂直于圆环平面、通过圆心O 的金属轴O1O2以角速度ω匀速转动,圆环上接有电阻均为r的三根导电辐条OP、OQ、OR,辐条互成120°角.在圆环内,圆心角为120°的扇形区域内存在垂直圆环平面向下磁感应强度为B的匀强磁场,在转轴O1O2与圆环的边缘之间通过电刷M、N与一个LED灯(可看成二极管,发光时电阻为r).圆环及其它电阻不计,从辐条OP进入磁场开始计时.(1)顺磁感线方向看,圆盘绕O1O2轴沿什么方向旋转,才能使LED灯发光?在不改变玩具结构的情况下,如何使LED灯发光时更亮?(2)在辐条OP转过60°的过程中,求通过LED灯的电流;(3)求圆环每旋转一周,LED灯消耗的电能.【答案】(1)逆时针;增大角速度(2)28BL r ω(3)2432B L rωπ【解析】试题分析:(1)圆环转动过程,始终有一条导电辐条在切割磁感线,产生感应电动势,并通过M.N 和二极管构成闭合回路.由于二极管的单向导电性,只有转轴为正极,即产生指向圆心的感应电流时二极管才发光,根据右手定则判断,圆盘逆时针旋转. 要使得LED 灯发光时更亮,就要使感应电动势变大,即增大转速增大角速度ω. (2)导电辐条切割磁感线产生感应电动势212E BL ω=此时O 点相当于电源正极,P 点为电源负极,电源内阻为r 电源外部为二个导体辐条和二极管并联,即外阻为3r . 通过闭合回路的电流343E E I r r r ==+带入即得22133248BL BL I r rωω⨯==流过二极管电流为238I BL rω=(3)转动过程始终有一个导电辐条在切割磁感线,所以经过二极管的电流不变 转过一周所用时间2T πω=所以二极管消耗的电能2422'()332I B L Q I rT rT rωπ===考点:电磁感应 串并联电路4.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 =Ul,设导体中全部电荷为q 后,再求出电场力做的功UW qEvt qvt 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:Ujlρ=.(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22mne tρ=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:qIt==neS v(2)a.如图所示,根据电场强度和电势差的关系,U UEl vt==所以在ts内,恒定电场对自由电荷的静电力做功UW qEl qEvt q vt qUvt====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:qjSt=根据电阻定律:l R Sρ= 又因为l vt =所以:q l U IR q t S j l l l tSρρρ===⋅=⋅(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t 0,碰后电子立刻停止运动. 根据动量定理由00Uet mv l ⋅=-,得0Uet v ml= 电子定向移动的平均速率为0022Uet v v ml+== 根据电流得微观表达式20022Uet ne USt I neSv neS ml ml==⋅=根据欧姆定律202U mlR I ne St == 根据电阻定律可知22002S ml S m Rl 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t 0.5.如图所示为检测某传感器的电路图,传感器上标有“3 V 0.9 W”的字样(传感器可看做一个纯电阻),滑动变阻器R 0上标有“10 Ω 1 A”的字样,电流表的量程为0.6 A ,电压表的量程为3 V .求(1)传感器的电阻和额定电流?(2)为了确保电路各部分的安全,在a 、b 之间所加的电源电压最大值是多少? (3)如果传感器的电阻变化超过标准值1 Ω,则该传感器就失去作用.实际检测时,将一个恒压电源加在图中a 、b 之间,闭合开关S ,通过调节R 0来改变电路中的电流和R 0两端的电压,检测记录如下:电压表示数U/V电流表示数I/A第一次1.480.16第二次0.910.22若不计检测电路对传感器电阻的影响,你认为这个传感器是否仍可使用?此时a、b间所加的电压是多少?【答案】(1)10 Ω 0.3 A (2)6 V (3)仍可使用 3 V【解析】(1)R传==Ω=10 ΩI传==A=0.3 A(2)最大电流I=I传=0.3 A电源电压最大值U m=U传+U0U传为传感器的额定电压,U0为R0m=10 Ω时R0两端的电压,即U0=I传·R0m=0.3×10 V=3 V所以U m=U传+U0=3 V+3 V=6 V(3)设实际检测时加在a、b间的电压为U,传感器的实际电阻为R传′,根据第一次实验记录数据有U=I1R传′+U1根据第二次实验记录数据有U=I2R传′+U2代入数据解得R传′=9.5 Ω,U=3 V传感器的电阻变化为ΔR=R传-R传′=10 Ω-9.5 Ω=0.5 Ω<1 Ω所以此传感器仍可使用6.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R g=200 Ω,满偏电流I g=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:I g R g =(I 1-I g )(R 1+R 2) 接O 、B 时:I g (R g +R 2)=(I 2-I g )R 1联立以上两式,把I g =0.1 A ,R g =200 Ω,I 1=0.6 A ,I 2=3 A 代入并解之得R 1=8 Ω,R 2=32 Ω 即量程为0.6 A 时,(R 1+R 2)为分流电阻; 量程为3 A 时,R 1为分流电阻,R 2为分压电阻.7.如图所示为实验室常用的两个量程的电压表原理图.当使用O 、A 两接线柱时,量程为3V ;当使用O 、B 两接线柱时,量程为15V .已知电流计的内电阻R g =500Ω,满偏电流I g =100 μA .求分压电阻R 1和R 2的阻值.【答案】452.9510,1.210⨯Ω⨯Ω 【解析】 【分析】 【详解】本题的关键是明确电压表是电流表与分压电阻串联而改装成的,当电压表达到量程时通过电流表的电流应为满偏电流,然后根据串并联规律求出分压电阻的大小即可. 解:串联分压电路的特点就是电流相同,在改装的电压表中,各量程达到满偏电压时,经过“表头”的电流均为满偏电流. 根据串并联规律,接O 、A 时:I g =,解得==2.95,接O 、B 时:I g =,解得===1.2,8.如图所示,在该电路施加U=5V的电压,R1=4Ω,R2=6 Ω,滑动变阻器最大值R3=10 Ω,则当滑动触头从a滑到b的过程中,电流表示数的最小值为多少?【答案】1A【解析】【详解】解:设触头上部分电阻为R,则下部分为3R R-总电阻:2 123123()()()(146(6)10020)20R R R R R R R RRR R R++-+---+===++总当6R=Ω时,R总最大,此时5maxR=Ω电流表示数的最小值为:1minmaxUI AR==9.如图所示,当x R为多大时,A、B间的总电阻与所加的电阻个数无关?此时总电阻ABR 为多大?(设每个电阻都是R)【答案】31xR R=(),31ABR R=()【解析】【详解】根据题意有:只要一个正方形的等效电阻等于R X,那么无论多少个网格,R AB都等于2R+R X,即两个R与R X串联后在和一个R并联,根据并联电路特点得:()XXXR R R RRR R R R+++++=整理得:R X2+2RR X−2R2=0解得:R X =(3−1)R 或R X =−(3+1)R (舍去)即R AB =2R +R X =(3+1)R10.如图所示的电路中,已知AB 间的电压24V AB U =,电阻110R =Ω,220R =Ω,330R =Ω,X 、Y 表示两个理想表,求下列情况下两电表的读数:(1)X 、Y 分别表示两个电压表; (2)X 、Y 分别表示两个电流表; (3)X 表示电流表,Y 表示电压表.【答案】(1)120V U =,212V U = (2)1 3.6A I =,22A I = (3) 2.4A I =,24V U = 【解析】 【详解】(1)X 、Y 分别表示两个电压表V 1、V 2,三个电阻是串联关系; 电流为1230.4A UI R R R ==++电压表V 1读数为()12320V U I R R =+=电压表V 2读数为()11212V U I R R =+=(2)X 、Y 分别表示两个电流表A 1、A 2,三个电阻是并联关系; 通过电阻R 1的电流为112.4A UI R == 通过电阻R 2的电流为221.2A UI R == 通过电阻R 3的电流为330.8A UI R ==电流表A 1的电流为:113 3.2A A I I I =+=电流表A 2的电流为2232A A I I I =+=(3)X 表示电流表A ,Y 表示电压表V ,电阻R 2和R 3被短路,电流表读数为12.4A UI R == 电压表V 读数为24V ;11.如图所示电路,R 1=2 Ω,R 2=3 Ω,R 3=4 Ω.(1)如果已知流过电阻R 1的电流I 1=3 A ,则干路电流多大?(2)如果已知干路电流I =3 A ,则流过每个电阻的电流多大?【答案】(1)6.5A ; (2)I 1≈1.38A ,I 2≈0.92A , I 3≈0.69A【解析】【详解】(1)由欧姆定律得R 1两端的电压为:U 1=I 1R 1=3×2 V =6 V.R 1、R 2、R 3并联,三者两端电压应相等,U 1=U 2=U 3.R 2中的电流为:2226A 2A 3U I R ===. R 3中的电流为:3336A 1.5A 4U I R ===. 干路中的电流为:I =I 1+I 2+I 3=6.5 A .(2)设并联后的总电阻为R ,则:1231111R R R R =++ 所以R =1213Ω. 并联电路两端的电压为:12363V V 1313U IR ==⨯=.电流分别为:I 1=1U R ≈1.38 A223613A 0.92A 3U I R ==≈333613A 0.69A 4U I R ==≈12.如图所示,电源电动势E =3V ,内阻不计,R 1、R 2、R 3为定值电阻,阻值分别为1Ω、0.5Ω、9Ω、R 4、R 5为电阻箱,最大阻值均为99.9Ω,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 。