第二节 闭合电路欧姆定律以及电动机功率-2024-2025学年高二上学期物理专项训练

第二节 闭合电路欧姆定律以及电动机功率 需要掌握的内容 1.焦耳定律。 焦耳定律可以算出电流将电能转化为热能的定律。公式为Q=I2Rt，其中Q焦耳热单位为（J），I电流单位为（A），R电阻单位为（Ω），t时间单位为（s）。所生成的热为焦耳热，也属于电流做功。 2.闭合的电路欧姆定律。 闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内外电路的电阻之和成反比。公式为I=，其中I电流单位为（A），E为电动势单位为（V），R表示外电路总电阻单位为（Ω），r表示电池内阻。公式可以变为E=U+Ir，U为外电路电压就叫做路端电压。 3.电动机功率计算方法。 由于部分电路欧姆定律I=只适用于纯电阻电路，所以电动机并不适用，对于电动机来说有三种功率： （1）输入功率或总功率P总=UI,其中U为电机两端电压，I通过电机的电流。 （2）输出功率或有用功率P有=Fv，其中F为电机牵引力，v受力物体移动速度。 （3）额外功率或损耗功率P损==I2r，其中I通过电机的电流，r为电机线圈内阻。 经典习题 单选题1．下列有关电动势的说法正确的是（　　） A．电源的电动势跟电源内非静电力做的功成正比，跟通过的电量成反比 B．电动势的单位跟电压的单位一致，所以电动势就是两极间的电压 C．干电池电动势为1.5V，表明将1C的正电荷从电源负极移到正极，通过非静电力做功，将其他性质的能量1.5J转化为电能 D．电动势越大，表明电源储存的电能越多 单选题2．物理学的发展历程中有很多科学家作出了伟大的贡献，下列说法中正确的是（　　） A．伽利略通过斜面实验提出了机械能守恒定律 B．卡文迪什巧妙地利用扭秤装置测出了引力常量G的值 C．法拉第指出导体内部的电场线由负电荷指向正电荷 D．欧姆通过实验得到电流通过导体产生的热量的关系式 多选题3．将阻值为非线性变化的滑动变阻器R2接入图甲的电路中，移动滑动变阻器滑动触头改变接入电路中的电阻丝长度x（x为图中a与触头之间的距离），定值电阻R1两端的电压U1与x间的关系如图乙，a、b、c为滑动变阻器上等间距的三个点，在触头从a移到b和从b移到c的这两过程中，下列说法正确的是（  ） A．电流表A示数变化量相等 B．电压表V2的示数变化量不相等 C．从a点到b点电阻R1的功率变化量较大 D．电源的输出功率均不断增大 多选题4．如图所示，图甲中M表示电动机，当滑动变阻器R的滑片从一端滑到另一端的过程中，两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙所示。已知电流表读数在0.2A以下时，电动机没有发生转动，不考虑电表对电路的影响，以下判断正确的是（　　） A．电路中电源电动势为3.6V B．滑动变阻器的滑片向右滑动时，电压表V2的读数逐渐减小 C．电动机的线圈电阻为4 D．滑动变阻器的最大阻值为30 单选题5．小红在路上看到一个现象：当电动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，内阻为。车灯接通电动机未起动时（即开关断开，闭合），电流表示数为；电动机启动的瞬间（即开关、均闭合），电流表示数达到。若电流表内阻不计，车灯电阻恒定，电动机启动时（　　） A．车灯两端的电压为 B．通过车灯的电流为 C．车灯的功率为 D．车灯的功率约为 单选题6．如图所示，电源电动势为12V，电源内阻为1.0Ω，电路中的电阻R0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，理想电流表的示数为2.0A，则以下判断中正确的是（　　） A．电动机的输出功率为14W B．电源输出的功率为24W C．电动机产生的热功率为4.0W D．电动机两端的电压为7.0V 单选题7．某扫地机器人电池容量2000 mA·h，额定工作电压15 V，额定功率30 W，则下列说法正确的是（　　） A．扫地机器人的电阻是7.5 Ω B．题中mA·h是能量的单位 C．扫地机器人正常工作时的电流是2 A D．扫地机器人充满电后一次工作时间约为4 h 单选题8．加在某台电动机上的电压是U，电动机消耗的电功率为P，电动机线圈的电阻为r，则电动机线圈上消耗的热功率为（　　） A．P B． C． D． 单选题9．如图所示，一直流电动机与阻值R＝9 Ω的电阻串联在电源上，电源的电动势E＝30 V，内阻r＝1 Ω，闭合开关，用理想电压表测出电动机两端电压U＝10 V，已知电动机线圈的电阻RM＝1 Ω，则下列说法正确的是（　　） A．通过电动机的电流为10 A B．电动机线圈电阻上的发热功率为2 W C．电源的输出功率为60 W D．电动机的输出功率为16 W 单选题10．如图所示，为某一电吹风的电路结构图和铭牌，通过改变选择开关金属挡片的位置可以实现电吹风功能的转换。下列说法中正确的是（　　） A．挡片连接B、C时，电吹风处于吹热风状态 B．电动机的电阻为2420Ω C．吹热风时，电热丝的电阻为 D．吹热风时，通过电热丝的电流为2A 单选题11．一直流电动机竖直向上匀速提升质量的重物时的电路图如图所示，已知电动机的内阻，定值电阻，直流电压，理想电压表的示数，取重力加速度大小，则重物被提升时的速度大小是（    ） A． B． C． D． 单选题12．如图所示为一玩具起重机的电路示意图。电源电动势为6V，内阻为0.5Ω，电阻R=2.5Ω，当电动机以0.5m/s的速度匀速向上提升一质量为320g的物体时(不计一切摩擦阻力，g=10m/s2)，标有“3V 0.6W”的灯泡恰好正常发光，则电动机的内阻为(　　) A．1.25Ω B．3.75Ω C．5.625Ω D．1Ω 单选题13．下列有关电动势的说法正确的是（　　） A．电源的电动势跟电源内非静电力做的功成正比，跟通过的电荷量成反比 B．只是电动势的定义式而非决定式，电动势的大小由电源内非静电力的特性决定 C．非静电力做的功越多，电动势越大 D．电源的电动势等于电源没有接入电路时电源两极间的电压，当电源接入电路时，电动势将发生改变 14．如图所示，电解槽A和电炉B并联后接到电源上，电源内阻，电炉电阻，电解槽电阻。当Sl闭合、S2断开时，电炉消耗功率为304W；S1、S2都闭合时，电炉消耗功率为171W（电炉电阻可看作不变）。试求： （1）电源的电动势； （2）Sl、S2闭合时，流过电解槽的电流大小； （3）Sl、S2闭合时，电解槽中电能转化成化学能的功率。 15．如图所示，内壁光滑、内径很小的圆弧管固定在竖直平面内，圆弧的半径r为0.2m，在圆心O处固定一个电荷量为﹣1.0×10﹣9C的点电荷。质量为0.06kg、略小于圆管截面的带电小球，从与O点等高的A点沿圆管内由静止运动到最低点B，到达B点小球刚好与圆弧没有作用力，然后从B点进入板距d=0.08m的两平行板电容器后刚好能在水平方向上做匀速直线运动，且此时电路中的电动机刚好能正常工作。已知电源的电动势为12V，内阻为1Ω，定值电阻R的阻值为6Ω，电动机的内阻为0.5Ω。求（取g=10m/s2，静电力常量） （1）小球到达B点时的速度； （2）小球所带的电荷量； （3）电动机的电功率。 16．如图所示，电源电动势E=20V，电源的内阻不计，三个定值电阻R1=R2=8Ω，R3=2Ω，C为平行板电容器，其电容C=3.0pF，虚线到两极板距离相等，极板长L=0.20m，两极板的间距d=1.0×10-2m，开关S断开时，有一带电微粒沿虚线方向以v0=2.0m/s的初速度射入C的电场中，微粒恰能落到下板的正中央，已知该微粒的质量为m=4×10-5kg，g取10m/s2，试求： (1)开关断开时两极板间的电压； (2)微粒所带电荷的电性和电荷量q； (3)当开关S闭合后，此带电微粒以相同初速度v0=2.0m/s沿虚线方向射入C的电场中，带电微粒在极板中运动的竖直偏移量为多少？ 17．如图所示电路中，E是电动势为36V的理想电源，R1＝R2＝20Ω，R3＝10Ω，R4＝24Ω，C＝20μF，电表为理想电表。闭合开关S，待电路稳定后，求： ⑴电流表、电压表的示数； ⑵电容器极板所带的电荷量。    18．如图，电源的内阻r=1.0Ω，定值电阻R=5.0Ω，竖直放置的平行金属板A、B与电阻R相连，金属板间距d=10cm，一个质量m=2×10-2kg，电量q=3×10-2C的带电小球用绝缘细线悬挂于O点，当接通开关S，小球静止时与竖直方向的夹角θ=37°（sin37°=0.6，cos37°=0.8，g=10m/s2），求： （1）A、B间的匀强电场的大小； （2）电源的电动势大小。 19．如图所示为一种环保“重力灯”，让重物缓慢下落，拉动绳子，从而带动发电机转动，使小灯泡发光。大连市第八中学物理小组成员在某次实验中测量“重力灯”中的重物的质量为18kg，它在30min内缓慢下落了2m使规格为“1.5V，0.12W”的小灯泡正常发光，不计绳子重力，则可以推断出这次实验中： （1）重物重力做功为 J； （2）30min内产生的电能为 J； （3）重物重力势能转化为灯泡电能的效率为 %。 20．一玩具起重机的电路示意图如图所示，电源的电动势、内阻，电阻，电容，当起重机以的恒定速度竖直向上提升一质量的物体时，标有“”的灯泡恰好正常发光，不计一切摩擦阻力，取重力加速度大小，求： （1）电容器极板所带电荷量Q； （2）电动机的内阻。 21．小型直流电动机（其线圈内阻为）与规格为“”的小灯泡并联，再与阻值为的电阻串联，然后接至的电源上，如图所示，小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作，求： （1）流过电阻R的电流； （2）电动机的发热功率； （3）如果在正常工作时，转子突然被卡住，求此时电动机中的电流。（不考虑温度对各电阻的影响，保留两位有效数字） 22．在如图所示的电路中，R3=4，A的示数为0.75A，V的示数为2V．突然有一个电阻被烧断，使得A的示数变为0.80A，V的示数变为3.2V（不考虑电表内阻的影响）． （1）哪一个电阻被烧断？ （2）求电阻R1和R2的阻值． （3）求电源的电动势和内电阻． 答案 第二节 1．C 【详解】A．电源的电动势等于电源内非静电力做的功与通过电源的电荷量的比值．跟电源内非静电力做的功无关，跟通过电源的电荷量无关，A错误； B．电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压，B错误； C．根据电动势的物理意义可知，电动势为1.5V，表明将1C的正电荷从电源负极移到正极，通过非静电力做功，将其它形式的能量1.5J转化为电能，C正确； D．电源的电动势是表示电源把其他形式的能转化为电能本领强弱，电动势越大，表明电源转化电能的本领越强，D错误。 故选C。 2．B 【详解】A．伽利略通过斜面实验提出了力不是维持物体运动的原因，A错误； B．卡文迪什巧妙地利用扭秤装置测出了引力常量G的值，从而成为第一个秤得地球质量的人，B正确； C．法拉第指出导体内部的电场线由正电荷指向负电荷的，C错误； D．焦耳通过实验得到电流通过导体产生的热量的关系式，即焦耳定律，D错误。 故选B。 3．AC 【详解】根据欧姆定律得到电阻R1两端的电压U1=IR1，由图看出，电压U1变化相等，R1一定，则知电流的变化相等，即得电流表示数变化相等，故A正确；电压表V2的示数U2=E-Ir，电流I的变化相等，E、r一定，则△U2相等，故B错误；电阻R1的功率P1=I2R1，其功率的变化量为△P1=2IR1•△I，由上知△I相等，而I减小，可知从a移到b功率变化量较大，故C正确；由图乙知，U1减小，电路中电流减小，总电阻增大，由于外电路总与电源内阻的关系未知，无法确定电源的输出功率如何变化，故D错误．所以AC正确，BD错误． 4．ACD 【详解】A．由电路图甲知，电压表V2测量路端电压，电路中电流增大时，内电压增大，路端电压减小，所以图乙中最上面的图线表示V2的电压与电流的关系。此图线的斜率大小等于电源的内阻，为 当电流 I=0.1A时，U=3.4V，则电源的电动势 A正确； B．变阻器向右滑动时，R阻值变大，总电流减小，内电压减小，路端电压增大，则V2读数逐渐增大， B错误； C．已知电流表读数在0.2A以下时，电动机没有发生转动，此时电压表V1的示数即电动机内阻两端的电压，根据欧姆定律可知，电动机的电阻 C正确； D．当I=0.1A时，电路中电流最小，变阻器的电阻为最大值，所以 D正确。 故选ACD。 5．D 【详解】A．电动机启动时，车灯两端的电压为 故A错误； B．车灯电阻为 电动机启动时，通过车灯的电流为 故B错误； CD．电动机启动时，车灯的功率为 故C错误，D正确。 故选D。 6．D 【详解】ACD．电动机两端的电压 则电动机的输入功率 电动机的热功率 则电动机的输出功率 故D正确，AC错误； B．电源的输出功率 故B错误。 故选D。 7．C 【详解】A．根据题意扫地机器人是非纯电阻用电器，无法计算扫地机器人的电阻。故A错误； B．题中题中mA⋅h是电荷量的单位。故B错误； C．扫地机器人正常工作时的电流为 故C正确； D．根据题意，2000mA⋅h=2A⋅h扫地机器人充满电后一次工作时间约为 工作时间约为1h，故D错误。 故选C。 8．C 【详解】电动机线圈上消耗的热功率为 故选C。 9．D 【详解】A．根据闭合电路欧姆定律有 解得 A错误； B．电热机的热功率 B错误； CD．电动机的输入功率 电动机的输出功率 C错误D正确。 故选D。 10．D 【详解】A．挡片连接B、C时，只把电动机接通了，则电吹风处于吹冷风状态，选项A错误； B．根据题中条件不能求解电动机的电阻，选项B错误； CD．吹热风时，电热丝的功率为440W，则电热丝的电阻为 此时电热丝的电流为 选项C错误，D正确； 故选D。 11．C 【详解】通过R的电流为 电动机的输入功率为 电动机内电阻的发热功率为 输出的机械功率为 解得 故选C。 12．A 【详解】由电路图可知，灯泡与电动机并联，灯泡正常发光，电压为3V，电流为： 故电动机两端的电压为3V；R及r两端的电压为3V，由欧姆定律可得，总电流为 电动机的电流为： ； 电动机的输出功率为： 代入数据解得 故选A。 13．B 【详解】A．公式是比值定义式，即电源的电动势与非静电力做功、电荷量无本质的决定关系，因此不能认为电源的电动势跟电源内非静电力做的功成正比，跟通过的电荷量成反比，故A错误； B．公式是比值定义式，即该公式只是电动势的定义式而非决定式，电动势的大小由电源内非静电力的特性决定，故B正确； C．根据上述可知，非静电力移动单位电荷做的功越多，电动势越大，故C错误； D．电源的电动势的大小由电源内非静电力的特性决定，电源的电动势等于电源没有接入电路时电源两极间的电压，当电源接入电路时，电动势不会发生改变，故D错误。 故选B。 14．（1）；（2）；（3） 【详解】（1）当S1闭合S2断开时，电炉功率为，电炉中电流为 根据闭合电路欧姆定律可知，电源电动势为 （2）当S1、S2都闭合时电炉功率为，电炉中电流为 电炉路端电压为 通过电源的电流为 通过电解槽的电流为 （3）电解槽消耗的电功率为 电解槽电阻消耗的热功率为 电解槽中电能转化成化学能的功率为 15．（1） 2m/s；（2）8×10﹣3C；（3）5W 【详解】（1）由机械能守恒得 解得 =2m/s （2）到达B点恰好作用力为0，由牛顿第二定律得 解得 q=8×10-3C （3）设电容器两端电压为U，由二力平衡得 由欧姆定律得 所以，电动机两端电压 电动机的电功率 解得 16．(1)16V；(2)1.5×10-7C；(3) 【详解】(1)电容器两极板间的电压等于R2两端电压，开关S断开时，电路中的总电流 电容器的极板电压 (2)粒子进入匀强电场中受到重力和电场力作用，做抛体运动，则有 水平方向 竖直方向 解得 电场力的方向一定竖直向上故微粒一定带负电 由牛顿第二定律得 解得 (3)开关闭合后，两极板的电压变小，那么粒子运动的加速度变大，微粒仍打在极板上，竖直偏移量 17．(1) 0.6A，28V；(2)2.4×10-4C 【详解】(1)等效电路图如图所示    当电表为理想电表时，可以看出：R2、R3串联后与R1并联，然后与R4串联，于是电路的总电阻为 R总=+R4=36Ω 由欧姆定律，可得通过电源的电流为    电流表的示数即是流过R1的电流，由串并联知识可得 IA=I1==0.6A 从等效电路图可看出，电压表的示数是R3两端的电压与R4两端的电压之和。由于流过R3的电流为 I3=I－I1=0.4A 且流过R4的电流I4就是电路的总电流I，因此电压表的示数为 UV= I3 R3+ I4 R4= I3 R3+ I R4=28V (2)电容器两极板之间的电压即是R1两端的电压 UC= I1R1=12V 因此电容器极板所带的电荷量 Q=CUC=2.4×10-4C 18．（1）5N/C；（2）0.5V 【详解】（1）设场强为E0， 对小球由平衡有 qE0=mgtan37° 得到 E0=5N/C （2）设电源的电动势为E，R两端的电压为U 由电路特点有 解得 U=0.5V，E=0.6V 19． 360 216 60 【详解】（1）[1]重物重力做功为 （2）[2]30min内产生的电能 （3）[3]重物重力势能转化为灯泡电能的效率为 20．（1）；（2） 【详解】（1）电阻R与电容器并联，灯泡与电动机并联，设灯泡的额定电压为、额定电流为，通过电源的电流为I，电阻R两端的电压为，则有 联立解得 （2）设通过电动机的电流为，则有 又因为 联立代入数据解得 21．（1）；（2）；（3） 【详解】（1）加在电阻R两端的电压为 因此流过电阻R的电流为 （2）根据 可知流过灯泡的电流为 因此流过电机的电流为 电动机的发热功率为 （3）灯泡的电阻为 转子突然被卡住后，整个回路为纯电阻电路，总电阻为 解得 整个回路的总电流为 因此流过电动机的电流为 22．(1)必定是R2发生断路，(2)电阻R1和R2的阻值分别是4Ω和8Ω；(3)电源的电动势和内电阻分别是4V，1Ω． 【详解】（1）R2断路；因为当R2断路时，电路总电阻变大，总电流减小，路端电压变大，电压表测量的是电源路端电压，则读数变大，因R1两端电压变大，则电流表读数变大； （2）由题意可知，电阻R2被烧断后，V的示数就是电源的路端电压，也就是电阻R1两端的电压； 电阻R2烧断前，通过R2的电流为: 电阻R2的阻值为: （3）由闭合电路欧姆定律得 E=I1R1+（I1+I2）r E=U +Ir 联立上面两式解得 E=4V，r=1Ω． 学科网（北京）股份有限公司 $$