物理部分電路歐姆定律題20套(帶答案)及解析

物理部分電路歐姆定律題20套(帶答案)及解析一、高考物理精講專題部分電路歐姆定律1．以下對直導線內(nèi)部做一些分析：設導線單位體積內(nèi)有n個自由電子,電子電荷量為e，自由電子定向移動的平均速率為v．現(xiàn)將導線中電流I與導線橫截面積S的比值定義為電流密度，其大小用j表示．(1)請建立微觀模型,利用電流的定義，推導：j=nev;(2)從宏觀角度看，導體兩端有電壓，導體中就形成電流；從微觀角度看，若導體內(nèi)沒有電場，自由電子就不會定向移動．設導體的電阻率為ρ，導體內(nèi)場強為E，試猜想j與E的關系并推導出j、ρ、E三者間滿足的關系式．【答案】（1）j=nev（2）【解析】【分析】【詳解】（1）在直導線內(nèi)任選一個橫截面S，在△t時間內(nèi)以S為底，v△t為高的柱體內(nèi)的自由電子都將從此截面通過，由電流及電流密度的定義知：

，其中△q=neSv△t，代入上式可得：j=nev（2）（猜想：j與E成正比）設橫截面積為S，長為l的導線兩端電壓為U，則；電流密度的定義為，將代入，得；導線的電阻，代入上式，可得j、ρ、E三者間滿足的關系式為：【點睛】本題一要掌握電路的基本規(guī)律：歐姆定律、電阻定律、電流的定義式，另一方面要讀懂題意，明確電流密度的含義．2．在如圖甲所示電路中，已知電源的電動勢E＝6V、內(nèi)阻r＝1Ω，A、B兩個定值電阻的阻值分別為RA＝2Ω和RB＝1Ω，小燈泡的U－I圖線如圖乙所示，求小燈泡的實際電功率和電源的總功率分別為多少？【答案】0.75W(0.70W～0.80W均算正確)；10.5W(10.1W～10.9W均算正確)【解析】【詳解】設小燈泡兩端電壓為U，電流為I，由閉合電路歐姆定律有E＝U＋（I+）(RA＋r)代入數(shù)據(jù)有U＝1.5－0.75I作電壓與電流的關系圖線，如圖所示：交點所對應的電壓U＝0.75V(0.73V～0.77V均算正確)電流I＝1A(0.96A～1.04A均算正確)則燈泡的實際功率P＝UI＝0.75W(0.70W～0.80W均算正確)電源的總功率P總＝E（I+）＝10.5W(10.1W～10.9W均算正確)3．兩根材料相同的均勻直導線a和b串聯(lián)在電路上，a長為，b長為。（1）若沿長度方向的電勢隨位置的變化規(guī)律如圖所示，求：①a、b兩導線內(nèi)電場強度大小之比；②a、b兩導線橫截面積之比。（2）以下對直導線內(nèi)部做進一步分析：設導線單位體積內(nèi)有n個自由電子，電子電荷量為e，自由電子定向移動的平均速率為v?，F(xiàn)將導線中電流I與導線橫截面積S的比值定義為電流密度，其大小用j表示。①請建立微觀模型，利用電流的定義推導：；②從宏觀角度看，導體兩端有電壓，導體中就形成電流；從微觀角度看，若導體內(nèi)沒有電場，自由電子就不會定向移動。設導體的電阻率為ρ，導體內(nèi)場強為E，試猜想j與E的關系并推導出j、ρ、E三者間滿足的關系式。（解題過程中需要用到的物理量要在解題時作必要的說明）【答案】（1）①②（2）①見解析②見解析【解析】（1）①根據(jù)，由圖像知：，代入可得，同理根據(jù)，由已知代入可得：②因為兩導線串聯(lián)，所以電流，由歐姆定律，電阻定律將，長度分別為和代入可得：（2）①在直導線內(nèi)任選一個橫截面S，在時間內(nèi)以S為底，為高的柱體內(nèi)的自由電子都將從此截面通過，由電流及電流密度的定義知：，其中代入可得：②（猜想：j與E成正比）設橫截面積為S，長為l的導線兩端電壓為U，則電流密度的定義為，將代入，得導線的電阻聯(lián)立可得j、ρ、E三者間滿足的關系式為：4．科技小組的同學們設計了如圖18甲所示的恒溫箱溫控電路（用于獲得高于室溫，控制在一定范圍內(nèi)的“室溫”）包括工作電路和控制電路兩部分，其中R＇為阻值可以調(diào)節(jié)的可變電阻，R為熱敏電阻（置于恒溫箱內(nèi)），其阻值隨溫度變化的關系如圖18乙所示，繼電器線圈電阻R0為50歐姆：（1）如圖18甲所示狀態(tài)，加熱器是否處于加熱狀態(tài)？（2）已知當控制電路的電流達到0.04A時繼電器的銜鐵被吸合；當控制電路的電流減小0.036A時，銜鐵被釋放。當調(diào)節(jié)R＇＝350歐姆時，恒溫箱內(nèi)可獲得最高溫度為100℃的“恒溫”。如果需要將恒溫箱內(nèi)的溫度控制在最低溫度為50℃的“恒溫”，則應該將R＇的阻值調(diào)為多大？（3）使用該恒溫箱，獲得最低溫度為50℃“恒溫”與獲得最高溫度為100℃的“恒溫”，相比較，哪一個溫度的波動范圍更小？為什么？【答案】(1)處于加熱狀態(tài)(2)(3)50℃附近【解析】(1)圖示加熱器回路閉合，處于加熱狀態(tài)。(2)設控制電路中電源兩端電壓為U由圖18乙，當溫度為100℃時，熱敏電阻R的阻值為500Ω故U=I1(R0+R+R＇)=0.04A×(50Ω+500Ω+350Ω)=36V由圖18乙所示，當溫度為50℃時，熱敏電阻R的阻值為900Ω因此(3)獲得最低溫度為50℃的“恒溫”溫度波動范圍更小，因為在50℃附近，熱敏電阻的阻值隨著溫度變化更顯著。5．在如圖所示的電路中，A、B兩端的電壓為，，，滑動變阻器R的最大阻值為，小燈泡的電阻為，電流表和電壓表均為理想電表，當滑動觸頭P在R上滑動時，電流表與電壓表的示數(shù)變化的范圍是多少？【答案】電流表示數(shù)變化范圍是0.6～0.72A，電壓表示數(shù)變化范圍是0～2.4V【解析】【詳解】當P在最上端時，電路的電阻最小，此時電壓表示數(shù)當P在最下端時，電路的電阻最大電壓表示數(shù)最小，所以電流表示數(shù)的變化范圍是0.6～0.72A，電壓表示數(shù)的變化范圍是0～2.4V6．如圖為實驗室常用的兩個量程的電流表原理圖．當使用O、A兩接線柱時，量程為0.6A；當使用O、B兩接線柱時，量程為3A．已知表頭的內(nèi)阻Rg＝200Ω，滿偏電流Ig＝100mA．求分流電阻R1和R2.【答案】8Ω32Ω【解析】【分析】【詳解】并聯(lián)分流電路的特點就是電壓相同．在改裝的電流表中，各量程達到滿偏電流時，通過“表頭”的電流仍為滿偏電流．接O、A時：IgRg＝(I1－Ig)(R1＋R2)接O、B時：Ig(Rg＋R2)＝(I2－Ig)R1聯(lián)立以上兩式，把Ig＝0.1A，Rg＝200Ω，I1＝0.6A，I2＝3A代入并解之得R1＝8Ω，R2＝32Ω即量程為0.6A時，(R1＋R2)為分流電阻；量程為3A時，R1為分流電阻，R2為分壓電阻．7．如圖所示，當為多大時，A、B間的總電阻與所加的電阻個數(shù)無關?此時總電阻為多大?（設每個電阻都是R）【答案】，【解析】【詳解】根據(jù)題意有：只要一個正方形的等效電阻等于RX，那么無論多少個網(wǎng)格，RAB都等于2R+RX，即兩個R與RX串聯(lián)后在和一個R并聯(lián)，根據(jù)并聯(lián)電路特點得：整理得：RX2+2RRX?2R2＝0解得：RX＝(?1)R或RX＝?(+1)R（舍去）即RAB＝2R+RX＝(+1)R8．如圖，是一個電熱毯示意電路圖．R0是電熱毯中的電阻絲，R是與電熱毯與電阻絲串聯(lián)的電阻．電熱毯上標有“220V100W”字樣，S是控制電熱毯處于加熱狀態(tài)或保溫狀態(tài)的開關．（1）用學過的公式推理說明開關S斷開時，電熱毯是處于加熱狀態(tài)還是保溫狀態(tài)？（2）若要求在保溫時電流通過電阻絲R0每分鐘有60J的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，電阻R的阻值是多大？【答案】（1）電熱毯處于保溫狀態(tài)（2）4356Ω【解析】【分析】【詳解】（1）根據(jù)公式：R0一定，t一定時，電熱毯功率大時，處于加熱狀態(tài)S閉合時，R0發(fā)熱功率：①S斷開時，R0發(fā)熱功率：②比較①②兩式得所以當S閉合，電熱毯處于加熱狀態(tài)．S斷開，電熱毯處于保溫狀態(tài)．（2）根據(jù)“220V

100W”可得Ω保溫時：電阻R0兩端電壓為U0已知：Q0=60J，t=1min=60s則有：V所以R上分到的電壓為220-22=198V根據(jù)解得：R=4356Ω9．如圖所示，如圖所示，電源內(nèi)阻，，L為一個標有“12V、12W”的燈泡，若改變滑動變阻器觸片的位置，使L正常發(fā)光時，安培計的示數(shù)為1.5安，伏特表的示數(shù)恰好為零，求電阻的阻值、電源輸出功率及電源電動勢分別是多少？【答案】24Ω，30W，23V【解析】【詳解】當L正常發(fā)光時，伏特表的示數(shù)為零，說明在伏特表中沒有電流通過，其等效電路為R1和R2串聯(lián)，R3和L串聯(lián)，然后兩條支路再并聯(lián)；由于L正常發(fā)光，所以通過R3的電流I3=IL==A=1.0A燈泡L的電阻RL==Ω=12Ω通過R1和R2的電流I1=I2=I-IL=1.5A-1.0A=0.5A其中=，則R3兩端的電壓U3==V=8VR3和L兩端的電壓UDC=U3+UL=8V+12V=20V因U1+U2=UDC=20V，則有：R1+R2==Ω=40Ω又因伏特表此時無讀數(shù)，說明A、B兩點電勢相等，則U1=U3=8V，U2=UL=12V；而==，所以R1+R2=R2=40ΩR2=24Ω電源的輸出功率P出=IUDC=1.520W=30W電源電動勢=Ir+UDC=1.52V+20V=23V答：電阻的阻值為24Ω，電源輸出功率為30W，電源電動勢為23V10．如圖所示，圖甲為一個電燈兩端電壓與通過它的電流的變化關系曲線．由圖可知，兩者不成線性關系，這是由于焦耳熱使燈絲的溫度發(fā)生了變化的緣故，參考這條曲線回答下列問題（不計電流表內(nèi)阻，線路提供電壓不變）：（1）若把三個這樣的電燈串聯(lián)后，接到電壓恒定為12V的電路上，求流過燈泡的電流和每個燈泡的電阻；（2）如圖乙所示，將兩個這樣的電燈并聯(lián)后再與10Ω的定值電阻R0串聯(lián)，接在電壓恒定為10V的電路上，求通過電流表的電流值以及每個燈的實際功率．【答案】（1）0.4A；10Ω（2）0.7A；10.5W【解析】【詳解】（1）由于三個電燈完全相同，所以每個電燈兩端的電壓為：UL＝V＝4V結(jié)合圖象可得當UL＝4V時，IL＝0.4A故每個電燈的電阻為：R＝＝Ω＝10Ω.（2）設此時電燈兩端的電壓為U′，流過每個電燈的電流為I，由閉合電路歐姆定律得E＝U′＋2IR0代入數(shù)據(jù)得U′＝10－20I可得到該直線與曲線的交點（3V，0.35A），即流過電燈的電流為0.3A，則流過電流表的電流為IA＝2I＝0.7A每個燈的功率為：P＝UI＝3×0.35W＝10.5W.11．如圖甲所示的電路中，小量程電流表的內(nèi)阻Rg＝100Ω，滿偏電流Ig＝1mA，R1＝1900Ω，R2＝Ω．則：（1）當S1和S2均斷開時，改裝成的是什么表？量程多大？（2）當S1和S2均閉合時，改裝成的是什么表？量程多大？（3）利用改裝后的電壓表對圖乙的電路進行故障分析．接通S后，將電壓表并聯(lián)在A、C兩點時，電壓表有讀數(shù)；當并聯(lián)在A、B兩點時，電壓表讀數(shù)為零，請寫出存在故障的可能情況．【答案】（1）改裝為電壓表，其量程為（2）改裝為電流表，其量程為（3）段斷路或段短路或兩種情況均存在?！窘馕觥俊驹斀狻浚?）當S1、S2均斷開時，Rg與R1串聯(lián)，改裝為電壓表，其量程為解得：（2）當S1、S2均閉合時，Rg與R2并聯(lián)，改裝為電流表。其量程為：解得：（3）接通S后，將電壓表并聯(lián)在A、C兩點時，電壓表有讀數(shù)；說明故障在AC之間；當并聯(lián)在A、B兩點時，電壓表讀數(shù)為零，說明故障的原因可能是BC段斷路或AB段短路或兩種情況均存在。12．如圖所示，電源電動勢E=3V，內(nèi)阻不計，R1、R2、R3為定值電阻，阻值分別為1Ω、0.5Ω、9Ω、R4、R5為電阻箱，最大阻值均為99.9Ω，右側(cè)豎直放置一個電容為1.5×10﹣3μF的理想平行板電容器，電容器板長0.2m，板間距為0.125m。一帶負電粒子以0.8m/s的速度沿平行板中線進入，恰好勻速通過，不計空氣阻力，此時R4、R5阻值分別為1.8Ω、1Ω．試求：(1)帶電粒子勻速穿過電容器時，求電容器的電荷量為多少？(2)欲使粒子向上偏轉(zhuǎn)但又不打到電容器的上板，R4阻值不得超過多少Ω？(3)欲使粒子向下偏轉(zhuǎn)但又不打到電容器的下板，R4阻值不得低于多少Ω？【答案】(1)3×10﹣9C(2)5.7Ω(3)0.69Ω【解析】【詳解】(1)電容器與R2、R3、R4這部分電路并聯(lián)，當粒子勻速穿過電容器時，R2、R3、R4這部分電路的總電阻為:，根據(jù)串聯(lián)電路分壓特點可得這部分的電壓，電容器的電荷量為。(2)當粒子勻速穿過電容器時，有，粒子在電容器中的運動時間；當粒子向上偏轉(zhuǎn)且剛好經(jīng)過上極板最右端時，在豎直方向上，有，解得：a=2m/s2．由牛頓第二定律得，可得，并可