專題：閉合電路歐姆定律和力學(xué)知識的綜合運用+專項練 高二上學(xué)期物理人教版（2019）必修第三冊

12.2專題閉合電路歐姆定律和力學(xué)知識的綜合運用閉合電路歐姆定律是電路模塊的重要內(nèi)容，有很多典型問題，比如動態(tài)電路問題、含容電路問題等。各類問題都已經(jīng)有了成熟的解題方法。其中一類問題是將閉合電路歐姆定律和力學(xué)知識結(jié)合進行考察，比如加速度計問題，或者和平行板電容器結(jié)合考察帶電粒子在電場中的加速或者偏轉(zhuǎn)問題。這類問題體現(xiàn)出綜合性，需要運用力學(xué)和電學(xué)知識共同解決問題。解決這類問題的關(guān)鍵是找到聯(lián)系力學(xué)知識和電學(xué)知識的橋梁，找到這個橋梁問題就可以順利解決。這個橋梁可以是某個物理量，也可以是某個具體的研究對象。力學(xué)力學(xué)知識閉合電路歐姆定律連接量給出幾個示例習(xí)題供參考使用。1.（多選）某同學(xué)看到醫(yī)院里有一些病人的藥液快要輸完卻沒有發(fā)現(xiàn)，于是回家后設(shè)計了一種輸液提示器，能在護士站觀察到藥液量的變化．當(dāng)袋中藥液量減少時，為使電表示數(shù)隨之減小，符合要求的電路圖有()2.如圖所示，M、N是平行板電容器的兩個極板，R0為定值電阻，R1、R2為可調(diào)電阻，用絕緣細線將質(zhì)量為m、帶正電的小球懸于電容器內(nèi)部。閉合電鍵S，小球靜止時受到懸線的拉力為F。調(diào)節(jié)R1、R2，關(guān)于F的大小判斷正確的是（）A.保持R1不變，緩慢增大R2時，F(xiàn)將變大B.保持R1不變，緩慢增大R2時，F(xiàn)將變小C.保持R2不變，緩慢增大R1時，F(xiàn)將變大D.保持R2不變，緩慢增大R1時，F(xiàn)將變小3.如圖所示，M、N是平行板電容器的兩個極板，R0為定值電阻，R1、R2為可調(diào)電阻，閉合電鍵S，平行金屬板內(nèi)形成勻強電場．一個電荷量為q、質(zhì)量為m的帶電粒子（不計重力）以v0從A點水平射入電場，且剛好以速度v從B點射出，則（）A．只增大電容器兩極板間的距離，該粒子仍能以速度v從B點射出B．只增大R1，該粒子仍能以速度v從B點射出C．只增大R2，該粒子仍能以速度v從B點射出D．保持其他條件不變，改用反粒子（-q，m）以-v從B點射入，它將剛好以速度-v0，從A點射出4.壓敏電阻的阻值會隨所受壓力的增大而減小,某同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計了判斷電梯運動狀態(tài)的裝置，如圖甲所示，將壓敏電阻平放在電梯內(nèi)，受壓面朝上在上面放一物體m，電梯靜止時電壓表示數(shù)為U。，電源內(nèi)阻不能忽略.若在某個運動過程中，電壓表的示數(shù)變化如圖乙所示，則下列說法不正確的是()A.0~t1時間內(nèi)電梯內(nèi)的物體處于失重狀態(tài)B.t2~t3時間內(nèi)電梯內(nèi)的物體處于失重狀態(tài)c.t1~t2時間內(nèi)電梯可能處于勻加速直線運動狀態(tài)D.t2~t3時間內(nèi)電梯可能處于勻減速直線運動狀態(tài)5.某同學(xué)設(shè)計了一個加速度計，如圖所示，較重的滑塊2可以在光滑的框架1中平移，滑塊兩側(cè)用彈簧3拉著，R為滑動變阻器，4是滑動片，它與變阻器任一端之間的電阻值都與它到這端的距離成正比。這個裝置就是一個加速度傳感器。兩個電源E完全相同。按圖連接電路后，電壓表指針的零點位于表盤中央，當(dāng)P端的電勢高于Q端時，指針向零點右側(cè)偏轉(zhuǎn)。將框架固定在運動的物體上，下列說法正確的是()A這種傳感器輸入的物理量是位移，輸出的物理量是電壓B若觀察到電壓表的指針向右偏轉(zhuǎn)，說明物體具有與圖示方向相同的加速度C若觀察到電壓表指針在零點，說明物體處于靜止?fàn)顟B(tài)D電壓表指針的偏轉(zhuǎn)角度與加速度大小成正比6.如圖所示，M、N是平行板電容器的兩個極板，板間距離為d。定值電阻阻值分別為R0、R1和R2.電源電動勢為E，內(nèi)阻為r。用絕緣細線將重量為G、帶有正電的小球懸于電容器內(nèi)部。閉合開關(guān)S，當(dāng)小球靜止時懸線與豎直方向的夾角為θ。求小球的帶電量q。7.如圖，輕質(zhì)細繩上端固定，下端連接一個可視為質(zhì)點的帶電小球，小球靜止在足夠大的平行金屬板電容器中，此時細繩與豎直方向的夾角θ＝37°.已知兩極板相距d＝0.1m，小球的電荷量和質(zhì)量分別為q＝0.15C、m＝0.4kg，電源的內(nèi)阻為r＝2Ω，電阻R1＝2Ω，R2＝6Ω，已知重力加速度大小取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.求：(1)R1兩端的電壓U；(2)電源的電動勢E；(3)電源的效率．8.在如圖所示的電路中，兩平行正對金屬板A、B水平放置，兩板間的距離d＝4.5cm.電源電動勢E＝400V，內(nèi)阻r＝2Ω，電阻R1＝198Ω.閉合開關(guān)S，待電路穩(wěn)定后，將一帶正電的小球(可視為質(zhì)點)從B板上的小孔以初速度v0＝1.0m/s豎直向上射入兩板間，小球恰好能到達A板．若小球所帶電荷量q＝1.0×10－7C，質(zhì)量m＝2.0×10－4kg，不考慮空氣阻力，忽略射入小球?qū)﹄娐返挠绊?，取g＝10m/s2.(1)求滑動變阻器接入電路的阻值；(2)當(dāng)沒有小球射入時，改變P的位置，求滑動變阻器消耗的最大電功率P滑；(3)當(dāng)滑動變阻器接入電路的阻值為多大時小球恰能到達距A板eq\f(1,5)d處參考答案1.AC解析燈泡與變阻器串聯(lián)，電流表測電路中的電流．當(dāng)藥液減少時，滑片上移，由于變阻器接入電路的電阻在變大，則電流表的示數(shù)減小，故A項正確；燈泡與變阻器串聯(lián)，電壓表測變阻器的電壓．當(dāng)藥液減少時，滑片上移，變阻器接入電路的電阻在變大，根據(jù)串聯(lián)分壓原理可知電壓表的示數(shù)也變大，故B項錯誤；燈泡與變阻器串聯(lián)，電壓表測變阻器的電壓．當(dāng)藥液減少時，滑片上移，變阻器接入電路的電阻在變小，根據(jù)串聯(lián)分壓原理可知電壓表的示數(shù)變小，故C項正確；燈泡與變阻器并聯(lián)，電壓表測量電源電壓，由于電源電壓不變，當(dāng)袋中藥液量減少時，電壓表的示數(shù)不變，故D項錯誤．故選A、C兩項．2.B解析：R1不接入電路，保持R2不變，改變R1，電容器電壓不變，電場力不變，拉力F不變，C、D錯誤。增大R2,R0電壓減小，電場強度減小，電場力減小，重力不變，根據(jù)勾股定理，拉力減小。B正確。3.C解析：A、只增大電容器兩極板間的距離，板間電壓不變，則板間場強減小，粒子所受的電場力減小，加速度減小，該粒子不能以速度v從B點射出，而從B點上方飛出電場．故A錯誤．

B、只增大R1，電容器板間電壓增大，場強增大，粒子所受的電場力增大，加速度增大，該粒子不能以速度v從B點射出，而打在N板上B點的左側(cè)．故B錯誤．

C、R2對電容器的電壓沒有影響，只增大R2，電容器的電壓不變，板間場強不變，該粒子仍能以速度v從B點射出．故C正確．

D、由題可判斷該粒子帶正電，其反粒子（-q，m）帶負電，保持其他條件不變，改用反粒子（-q，m）以-v從B點射入，粒子所受的電場力向上，粒子將向上偏轉(zhuǎn)打M板上．故D錯誤．4.D解析：解析壓力增大，壓敏電阻的阻值減小，總電流增大，則路端電壓減小，故電壓表示數(shù)減小時，壓力增大，電壓表示數(shù)增大時，壓力減小.電梯靜止時電壓表示數(shù)為U0，0~t1時間內(nèi)，電壓表示數(shù)增大，壓力減小，壓力小于重力，則電梯內(nèi)的物體處于失重狀態(tài)，A正確;t2~t3時間內(nèi)，電壓表的示數(shù)大于U0，壓力小于重力，電梯內(nèi)的物體處于失重狀態(tài)，B正確;t1~t2時間內(nèi)，電壓表的示數(shù)始終大于U0且恒定不變，表明壓力始終小于重力，電梯可能向下做勻加速直線運動或向上做勻減速直線運動，C正確;t2~t3時間內(nèi)，電壓表的示數(shù)減小，表明壓力增大，則壓敏電阻對物體的支持力增大，物體的合力是變力，加速度也是變化的，電梯不可能處于勻減速直線運動狀態(tài)，D錯誤.5.D解析：這是一個加速度傳感器，這種傳感器輸入量是加速度，輸出量是電壓，故A錯誤；由圖可知，當(dāng)電壓表指針右偏，表明P端的電勢高于Q端，滑塊處于電阻的左側(cè)，滑塊所受合力向左，加速度向左，故B錯誤；若觀察到電壓表指針在零點，表明P、Q電勢相等，此時物體可能靜止、也可能做勻速直線運動，故C錯誤；假如滑塊右移動x，根據(jù)牛頓第二定律可得：2kx=ma，此時電壓表的示數(shù)：，由以上兩式得：，所以電壓表指針的偏轉(zhuǎn)角度與加速度大小成正比，故D正確。6.解析電流I=電容器電壓U=IR0=板間電場強度為E電=對小球有：解得q=7.答案(1)2V(2)10V(3)80%解析(1)對小球進行受力分析，有eq\f(qE場,mg)＝tanθ解得E場＝20V/mR1兩端的電壓U＝E場d＝2V.(2)根據(jù)歐姆定律可得I＝eq\f(U,R1)＝eq\f(2,2)A＝1A由閉合電路歐姆定律有E＝I(R1＋R2＋r)＝10V.(3)根據(jù)歐姆定律可得路端電壓為U1＝I(R1＋R2)＝8V電源的效率η＝eq\f(U1,E)×100%＝80%.8.解(1)小球在平行板間向上