内容正文:
14.3 欧姆定律的应用
xix
快速定位题型
题 型 目 录
【题型1】欧姆定律在串联电路中的应用 1
【题型2】欧姆定律在并联电路中的应用 3
【题型3】动态电路分析 5
xix
夯实必备知识
新 知 梳 理
【题型1】欧姆定律在串联电路中的应用
【典型例题】如图所示,电源电压为5V,闭合开关S,电压表的示数为2V,则( )
A.灯泡L1两端的电压是2V
B.灯泡L1和L2的电阻之比是3∶2
C.若灯泡L2的灯丝烧断,电压表示数为零
D.通过灯泡L1的电流远大于通过灯泡L2的电流
【举一反三1】将阻值为30Ω的定值电阻R1与最大阻值为20Ω的滑动变阻器R2按图示电路图连接,闭合开关,调节滑动变阻器的滑片到某一位置,下列一定成立的是( )
A.
B.
C.
D.
【举一反三2】如图所示电路中,R1=10Ω,R2=20Ω,闭合开关S,电压表V1与V2的示数之比是( )
A.1︰2
B.1︰3
C.2︰1
D.3︰1
【举一反三3】如图所示,定值电阻R=10Ω,R2=10Ω,电源电压为6V。当开关S接位置1时,电流表的示数为0.2A,则R1= Ω。当开关S接位置2时,电阻R两端的电压 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
【举一反三4】小明用电阻箱替代滑动变阻器,对伏安法测电阻实验进行了改进,按照图所示电路图连接实验电路。当电阻箱Rp阻值调节为10Ω时,电流表示数为0.2A;当电阻箱Rp阻值调节为30Ω时,电压表示数为1V。请根据以上数据计算:
(1)R0的阻值;
(2)电源电压U。
【题型2】欧姆定律在并联电路中的应用
【典型例题】两电阻R1、R2并联后的总电阻R是( )
A.
B.
C.
D.
【举一反三1】如图所示电路,当开关闭合时,电流表A1、A2、A3的读数分别为I1,I2,I3,且,则三个电阻的阻值大小关系是( )
A.R1=2R2=3R3
B.R3=2R2=3R1
C.R1=R2=R3
D.
【举一反三2】在图(甲)所示电路中,电源电压保持不变,、为定值电阻,各元件均完好,所用电表的表盘如图(乙)所示。闭合开关,电路正常工作。
(1)再闭合开关,电压表示数将 ,电流表示数将 ;(均选填“变大”“不变”或“变小”)
(2)若闭合开关后两电流表指针偏离零刻度线角度相同,则电阻、的阻值之比为 。
【举一反三3】如图所示,电源电压不变,S断开时,A示数为I1,S闭合时,A的示数为I2,I1∶I2=2∶5,则R1和R2的比为 。
【举一反三4】如图所示电路,电源电压保持不变,定值电阻R1=20Ω,R2=30Ω,只闭合开关S,电流表示数为0.3A。试求:
(1)电源电压;
(2)两开关都闭合时电流表示数。
【举一反三5】如图所示,R1=25Ω,小灯泡L的规格为“2.5V0.3A”,电源电压保持不变。(不考虑灯丝电阻变化)
(1)S1、S2都断开时,小灯泡L正常发光,求电源电压;
(2)S1闭合,S2断开时,求电流表的示数;
(3)S1、S2都闭合时,电流表示数变为0.6A,求R2的阻值。
【题型3】动态电路分析
【典型例题】脐橙口感出众、营养丰富,名扬海内外。果农用石墨烯制成的甜敏电阻检测脐橙含的糖量,甜敏电阻的阻值随含糖量的升高而增大。如图所示是检测脐橙含糖量的电路,电源电压不变。将甜敏电阻R附着在切开的脐橙上,当脐橙含糖量升高时( )
A.电流表示数增大,甜敏电阻R值增大
B.电压表示数减小,甜敏电阻R值减小
C.电流表和电压表的示数都减小
D.电流表示数减小,电压表示数增大
【举一反三1】如图所示,图甲是某导体材料的电阻R随温度变化的关系图像。根据这种导体材料电阻的特性,小明同学设计了如图乙所示的电路,用来测量某环境的温度。已知电流表所选量程为0~0.6A,电压表所选量程为0~15V,定值电阻,已知环境温度为32℃时,电流表的示数为0.5A,电源电压未知且保持不变。在保证电路安全的情况下,下列说法正确的是( )
A.电源电压为16V
B.环境温度越高,电路中电流越大
C.电路可以测量环境的最低温度是0℃
D.电路可以测量环境的最高温度是80℃
【举一反三2】某测温棚内的自动测温装置除测量体温外还能记录通过的人数,其原理图如题图所示,R为定值电阻,是光敏电阻,电源电压为3V。闭合开关S,无人通过时,电压表示数为2.5V。有人通过时,挡住入射到光敏电阻上的光,光敏电阻阻值变为10Ω,电压表示数变为2V,装置计数一次。则有人通过时,电路中的电流为 A,定值电阻R的阻值为 Ω。无人通过时,光敏电阻的阻值为 Ω。
【举一反三3】图甲为一种抗压检测器电路。某次检测时将所需要检测的材料样品(不计质量)水平放在压力传感器上,闭合开关S,将一重物从样品正上方由静止释放,1s后重物撞击样品并最终静止在样品上。此过程电流表示数I随时间t变化情况如图乙所示,压力传感器的电阻R随压力F变化情况如图丙所示。已知电源电压保持不变,定值电阻,求:
(1)重物撞击样品前,压力传感器的电阻;
(2)电源电压;
(3)重物撞击样品时,样品受到的最大压力。
【举一反三4】图甲所示电路中,电源两端电压保持不变,R为定值电阻。闭合开关S,滑动变阻器的滑片P从b端移到a端的过程中,电流表示数I与电压表示数U的关系如图乙所示。求:
(1)电源两端电压U源;
(2)定值电阻R的阻值;
(3)滑动变阻器RP的最大阻值。
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14.3 欧姆定律的应用
xix
快速定位题型
题 型 目 录
【题型1】欧姆定律在串联电路中的应用 1
【题型2】欧姆定律在并联电路中的应用 5
【题型3】动态电路分析 9
xix
夯实必备知识
新 知 梳 理
【题型1】欧姆定律在串联电路中的应用
【典型例题】如图所示,电源电压为5V,闭合开关S,电压表的示数为2V,则( )
A.灯泡L1两端的电压是2V
B.灯泡L1和L2的电阻之比是3∶2
C.若灯泡L2的灯丝烧断,电压表示数为零
D.通过灯泡L1的电流远大于通过灯泡L2的电流
【答案】B
【解析】由电路图可知,闭合开关S,L1与L2串联,电压表测L2两端的电压,电压表测L2两端的电压,所以电压表的示数即为L2两端的电压,即L2两端的电压为2V,根据串联电路的电压特点可知L1两端的电压
故A不符合题意;
在串联电路中,由于电流相等,所以根据欧姆定律可得电阻之比等于电压之比,即
故B符合题意;
若灯泡L2灯丝烧断,电压表测量电源电压,示数为5V,故C不符合题意;
因串联电路中各处的电流相等,所以通过灯泡L1的电流和L2的电流相等,故D不符合题意。
故选B。
【举一反三1】将阻值为30Ω的定值电阻R1与最大阻值为20Ω的滑动变阻器R2按图示电路图连接,闭合开关,调节滑动变阻器的滑片到某一位置,下列一定成立的是( )
A.
B.
C.
D.
【答案】C
【解析】阻值为30Ω的定值电阻R1与最大阻值为20Ω的滑动变阻器串联在电路中,由于定值电阻一定大于滑动变阻器接入电路的电阻,根据串联分压特点可知,定值电阻分得的电压一定大于滑动变阻器的电压,故A错误,C正确;
闭合开关,两电阻串联,串联电路中电流处处相等,故B、D错误。
故选C。
【举一反三2】如图所示电路中,R1=10Ω,R2=20Ω,闭合开关S,电压表V1与V2的示数之比是( )
A.1︰2
B.1︰3
C.2︰1
D.3︰1
【答案】B
【解析】当开关闭合时,两电阻串联,电压表V1测量电阻R1两端的电压,电压表V2测量电源电压,串联电路电流相等,由欧姆定律及串联电路规律可得,电压表V2的示数
电压表V1的示数
电压表V1与V2示数之比为
故选B。
【举一反三3】如图所示,定值电阻R=10Ω,R2=10Ω,电源电压为6V。当开关S接位置1时,电流表的示数为0.2A,则R1= Ω。当开关S接位置2时,电阻R两端的电压 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
【答案】20 变大
【解析】当开关S接位置1时,电路为R1、R串联,电路中的电流为0.2A,则R两端的电压为
R1的阻值
当开关S接位置2时,电路为R2、R串联,因为R2较R1电阻变小,根据串联分压原理可知,R2分得的电压小于R1分得的电压,由串联电压规律可得,R两端电压变大。
【举一反三4】小明用电阻箱替代滑动变阻器,对伏安法测电阻实验进行了改进,按照图所示电路图连接实验电路。当电阻箱Rp阻值调节为10Ω时,电流表示数为0.2A;当电阻箱Rp阻值调节为30Ω时,电压表示数为1V。请根据以上数据计算:
(1)R0的阻值;
(2)电源电压U。
【答案】(1)10 (2)4V
【解析】(1)由电路图知,电阻R0与电阻箱RP串联在电路中,电流表测电路中的电流,电压表测R0两端的电压。当电阻箱接入电路的阻值为10欧,电流表示数为0.2A,则有
当电阻箱接入电路的阻值为30欧,则有
解以上两式得,电源电压U=4V,R0的阻值为10欧。
(2)由第(1)小题的分析知,电源电压为4V。
【题型2】欧姆定律在并联电路中的应用
【典型例题】两电阻R1、R2并联后的总电阻R是( )
A.
B.
C.
D.
【答案】D
【解析】根据并联电阻的特点得
则总电阻为
故ABC不符合题意,D符合题意。
故选D。
【举一反三1】如图所示电路,当开关闭合时,电流表A1、A2、A3的读数分别为I1,I2,I3,且,则三个电阻的阻值大小关系是( )
A.R1=2R2=3R3
B.R3=2R2=3R1
C.R1=R2=R3
D.
【答案】C
【解析】由图知三个电阻并联,A1测的是通过R1的电流,A2测的是通过R1和R2的总电流,A3测的是通过R1、R2和R3的总电流。因
所以IR1=IR2=IR3
又因并联电路各支路电压相等,即UR1=UR2=UR3
根据可得 R1=R2=R3
故C符合题意,ABD不符合题意。
故选C。
【举一反三2】在图(甲)所示电路中,电源电压保持不变,、为定值电阻,各元件均完好,所用电表的表盘如图(乙)所示。闭合开关,电路正常工作。
(1)再闭合开关,电压表示数将 ,电流表示数将 ;(均选填“变大”“不变”或“变小”)
(2)若闭合开关后两电流表指针偏离零刻度线角度相同,则电阻、的阻值之比为 。
【答案】(1)不变 变大(2)1∶4
【解析】(1)由图可知,两电阻并联,电压表测量电源电压,电流表A1测量干路电流,电流表A2测量R2的电流。电源电压不变,电压表示数将不变;S2没有闭合前,电流表A1测量R1的电流,再闭合开关,电流表测量R1、R2的电流之和,所以电流表示数将变大。
(2)若闭合开关后两电流表指针偏离零刻度线角度相同,是因为选用了不同的量程,A1用的大量程,A2用的小量程,则A1与A2的示数之比为5∶1,那么R1电流与R2的电流之比为4∶1,并联电路电流与电阻成反比,则电阻、的阻值之比为1∶4。
【举一反三3】如图所示,电源电压不变,S断开时,A示数为I1,S闭合时,A的示数为I2,I1∶I2=2∶5,则R1和R2的比为 。
【答案】3∶2
【解析】由电路图可知,S断开时,电路为只有R1的简单电路,电流表测通过R1的电流,示数为I1,S闭合时,电路变为R1和R2并联,根据并联电压规律可知,R1两端电压仍等于电源电压,R1的电阻不变,通过R1的电流不变,仍为I1,此时电流表测量干路电流,即总电流为I2,通过R2的电流为
根据欧姆定律的变形式可得
则R1和R2的比为3∶2。
【举一反三4】如图所示电路,电源电压保持不变,定值电阻R1=20Ω,R2=30Ω,只闭合开关S,电流表示数为0.3A。试求:
(1)电源电压;
(2)两开关都闭合时电流表示数。
【答案】(1)9V (2)0.75A
【解析】解:(1)只闭合开关S,电流表示数为0.3A,即
I2=0.3A
此时是R2的简单电路,已知
R2=30Ω
根据欧姆定律可知:电源电压为
U=I2R2=0.3A×30Ω=9V
(2)闭合开关S、S1,电阻R1、R2并联,电流表测量干路电流。通过R1的电流为
因并联电路各个支路互不影响,所以通过R2的电流不变,则电流表示数为
I=I1+I2=0.3A+0.45A=0.75A
答:(1)电源电压为9V;
(2)两开关都闭合时电流表示数为0.75A。
【举一反三5】如图所示,R1=25Ω,小灯泡L的规格为“2.5V0.3A”,电源电压保持不变。(不考虑灯丝电阻变化)
(1)S1、S2都断开时,小灯泡L正常发光,求电源电压;
(2)S1闭合,S2断开时,求电流表的示数;
(3)S1、S2都闭合时,电流表示数变为0.6A,求R2的阻值。
【答案】(1)10V (2)0.4A (3)50Ω
【解析】解:(1)由电路图可知,S1、S2都断开时,R1与L串联,小灯泡L正常发光,所以,灯泡两端的电压UL=2.5V,电路电流为灯泡的额定电流IL=0.3A,由欧姆定律可得,R1两端电压为
U1=ILR1=0.3A×25Ω=7.5V
因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以,电源的电压为
U=UL+U1=2.5V+7.5V=10V
(2)S1闭合,S2断开时,电路为R1的简单电路,电流表测通过电路的电流,由欧姆定律可得电流表的示数为
(3)由电路图知,S1、S2都闭合时,R1与R2并联,电流表测干路电流,因并联电路中各支路两端的电压相等,所以通过R1的电流不变,因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,所以,通过R2的电流为I2=I-I1=0.6A-0.4A=0.2A
则R2的阻值为
答:(1)电源电压为10V;
(2)S1闭合,S2断开时,电流表的示数为0.4A;
(3)R2的阻值为50Ω。
【题型3】动态电路分析
【典型例题】脐橙口感出众、营养丰富,名扬海内外。果农用石墨烯制成的甜敏电阻检测脐橙含的糖量,甜敏电阻的阻值随含糖量的升高而增大。如图所示是检测脐橙含糖量的电路,电源电压不变。将甜敏电阻R附着在切开的脐橙上,当脐橙含糖量升高时( )
A.电流表示数增大,甜敏电阻R值增大
B.电压表示数减小,甜敏电阻R值减小
C.电流表和电压表的示数都减小
D.电流表示数减小,电压表示数增大
【答案】C
【解析】如图,定值电阻和甜敏电阻串联,电压表测定值电阻两端电压,电流表测电路中电流。将甜敏电阻R附着在切开的脐橙上,当脐橙含糖量升高时,甜敏电阻的阻值随含糖量的升高而增大,电路总电阻增大,电源电压不变,电路中电流变小,电流表示数变小;根据U=IR可知,定值电阻两端电压变小,电压表示数变小,故C符合题意,ABD不符合题意。
故选C。
【举一反三1】如图所示,图甲是某导体材料的电阻R随温度变化的关系图像。根据这种导体材料电阻的特性,小明同学设计了如图乙所示的电路,用来测量某环境的温度。已知电流表所选量程为0~0.6A,电压表所选量程为0~15V,定值电阻,已知环境温度为32℃时,电流表的示数为0.5A,电源电压未知且保持不变。在保证电路安全的情况下,下列说法正确的是( )
A.电源电压为16V
B.环境温度越高,电路中电流越大
C.电路可以测量环境的最低温度是0℃
D.电路可以测量环境的最高温度是80℃
【答案】D
【解析】由图甲可知,电阻和温度的关系为R=kt+b
当温度是0℃,电阻是10Ω,得到b =10Ω,当温度是20℃,电阻是20Ω,得到20Ω=k×20℃+10Ω
得到,环境温度为32℃,电阻为
由图乙可知,R和R0串联,电压表测R两端电压,电流表测量电路中的电流,电源电压U=I(R+R0)=0.5A×(26Ω+10Ω)=18V
故A错误;
由图甲可知,温度升高,电阻R的阻值越大,电路的总电阻越大,由可知,电路中电流越小,故B错误;
因为电流表量程0~0.6A,当电路中的电流最大时,电阻R最小,电路的最小阻值
电阻R的最小阻值R小=R总小-R0=30Ω-10Ω=20Ω
代入得到最低温度t小=20℃,电压表所选量程为0~15V,当电压表的示数最大时,电阻R最大,R0两端的电压U0==U-UR=18V-15V=3V
由串联分压可知
即
解得R大=50Ω,电阻取值20Ω~50Ω,代入得到最高温度t大=80℃,故C错误,D正确。
故选D。
【举一反三2】某测温棚内的自动测温装置除测量体温外还能记录通过的人数,其原理图如题图所示,R为定值电阻,是光敏电阻,电源电压为3V。闭合开关S,无人通过时,电压表示数为2.5V。有人通过时,挡住入射到光敏电阻上的光,光敏电阻阻值变为10Ω,电压表示数变为2V,装置计数一次。则有人通过时,电路中的电流为 A,定值电阻R的阻值为 Ω。无人通过时,光敏电阻的阻值为 Ω。
【答案】0.1 20 4
【解析】由电路图可知,闭合开关S,光敏电阻R0和定值电阻R串联,电压表测量定值电阻R两端的电压。有人通过时,电压表的示数为2V,即R两端的电压为UR=2V,电源电压U=3V,根据串联电路的电压规律可知,R0两端的电压为U0=U-UR=3V-2V=1V
由串联电路的电流特点和欧姆定律可得,此时电路中的电流为
定值电阻R的阻值为
无人通过时,电压表示数为2.5V,即R两端的电压为UR′=2.5V,此时电路中的电流为
此时R0两端的电压为U0′=U-UR′=3V-2.5V=0.5V
此时R0的阻值为
【举一反三3】图甲为一种抗压检测器电路。某次检测时将所需要检测的材料样品(不计质量)水平放在压力传感器上,闭合开关S,将一重物从样品正上方由静止释放,1s后重物撞击样品并最终静止在样品上。此过程电流表示数I随时间t变化情况如图乙所示,压力传感器的电阻R随压力F变化情况如图丙所示。已知电源电压保持不变,定值电阻,求:
(1)重物撞击样品前,压力传感器的电阻;
(2)电源电压;
(3)重物撞击样品时,样品受到的最大压力。
【答案】(1)50Ω (2)6V (3)2250N
【解析】(1)重物撞击样品前,未接触压力传感器,传感器受到的压力为0N,由图丙可知,此时压力传感器的电阻为50Ω。
(2)由图乙可知在0~1s时间内,电路中的电流为I=0.1A,电源电压U=I(R+R0)=0.1A×(50Ω+10Ω)=6V
(3)当电路中的电流为I'=0.4A时,样品受到的压力最大,电路的总电阻
压力传感器的电阻R'=R总-R0=15Ω-10Ω=5Ω
由图丙可知,压力传感器的电阻与所受压力是一次函数关系,设关系式为
根据图像可得
由以上两式可得:k=-0.02Ω/N,b=50Ω。则压力传感器的电阻R与压力F的关系为
则样品受到的最大压力为
【举一反三4】图甲所示电路中,电源两端电压保持不变,R为定值电阻。闭合开关S,滑动变阻器的滑片P从b端移到a端的过程中,电流表示数I与电压表示数U的关系如图乙所示。求:
(1)电源两端电压U源;
(2)定值电阻R的阻值;
(3)滑动变阻器RP的最大阻值。
【答案】(1)4.5V (2)5Ω (3)10Ω
【解析】(1)滑片P在a端时电压表的示数等于电源两端电压U源=4.5V
(2)定值电阻R的阻值为
(3)滑片P在b端时滑动变阻器接入电路中的阻值最大,滑片P在b端时滑动变阻器两端电压
由图像可知,此时电流为I1=0.3A,滑动变阻器最大阻值
学科网(北京)股份有限公司
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