专题：闭合电路欧姆定律和力学知识的综合运用+专项练 高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

12.2专题闭合电路欧姆定律和力学知识的综合运用闭合电路欧姆定律是电路模块的重要内容，有很多典型问题，比如动态电路问题、含容电路问题等。各类问题都已经有了成熟的解题方法。其中一类问题是将闭合电路欧姆定律和力学知识结合进行考察，比如加速度计问题，或者和平行板电容器结合考察带电粒子在电场中的加速或者偏转问题。这类问题体现出综合性，需要运用力学和电学知识共同解决问题。解决这类问题的关键是找到联系力学知识和电学知识的桥梁，找到这个桥梁问题就可以顺利解决。这个桥梁可以是某个物理量，也可以是某个具体的研究对象。力学力学知识闭合电路欧姆定律连接量给出几个示例习题供参考使用。1.（多选）某同学看到医院里有一些病人的药液快要输完却没有发现，于是回家后设计了一种输液提示器，能在护士站观察到药液量的变化．当袋中药液量减少时，为使电表示数随之减小，符合要求的电路图有()2.如图所示，M、N是平行板电容器的两个极板，R0为定值电阻，R1、R2为可调电阻，用绝缘细线将质量为m、带正电的小球悬于电容器内部。闭合电键S，小球静止时受到悬线的拉力为F。调节R1、R2，关于F的大小判断正确的是（）A.保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变大B.保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变小C.保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变大D.保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变小3.如图所示，M、N是平行板电容器的两个极板，R0为定值电阻，R1、R2为可调电阻，闭合电键S，平行金属板内形成匀强电场．一个电荷量为q、质量为m的带电粒子（不计重力）以v0从A点水平射入电场，且刚好以速度v从B点射出，则（）A．只增大电容器两极板间的距离，该粒子仍能以速度v从B点射出B．只增大R1，该粒子仍能以速度v从B点射出C．只增大R2，该粒子仍能以速度v从B点射出D．保持其他条件不变，改用反粒子（-q，m）以-v从B点射入，它将刚好以速度-v0，从A点射出4.压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小,某同学利用压敏电阻设计了判断电梯运动状态的装置，如图甲所示，将压敏电阻平放在电梯内，受压面朝上在上面放一物体m，电梯静止时电压表示数为U。，电源内阻不能忽略.若在某个运动过程中，电压表的示数变化如图乙所示，则下列说法不正确的是()A.0~t1时间内电梯内的物体处于失重状态B.t2~t3时间内电梯内的物体处于失重状态c.t1~t2时间内电梯可能处于匀加速直线运动状态D.t2~t3时间内电梯可能处于匀减速直线运动状态5.某同学设计了一个加速度计，如图所示，较重的滑块2可以在光滑的框架1中平移，滑块两侧用弹簧3拉着，R为滑动变阻器，4是滑动片，它与变阻器任一端之间的电阻值都与它到这端的距离成正比。这个装置就是一个加速度传感器。两个电源E完全相同。按图连接电路后，电压表指针的零点位于表盘中央，当P端的电势高于Q端时，指针向零点右侧偏转。将框架固定在运动的物体上，下列说法正确的是()A这种传感器输入的物理量是位移，输出的物理量是电压B若观察到电压表的指针向右偏转，说明物体具有与图示方向相同的加速度C若观察到电压表指针在零点，说明物体处于静止状态D电压表指针的偏转角度与加速度大小成正比6.如图所示，M、N是平行板电容器的两个极板，板间距离为d。定值电阻阻值分别为R0、R1和R2.电源电动势为E，内阻为r。用绝缘细线将重量为G、带有正电的小球悬于电容器内部。闭合开关S，当小球静止时悬线与竖直方向的夹角为θ。求小球的带电量q。7.如图，轻质细绳上端固定，下端连接一个可视为质点的带电小球，小球静止在足够大的平行金属板电容器中，此时细绳与竖直方向的夹角θ＝37°.已知两极板相距d＝0.1m，小球的电荷量和质量分别为q＝0.15C、m＝0.4kg，电源的内阻为r＝2Ω，电阻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)R1两端的电压U；(2)电源的电动势E；(3)电源的效率．8.在如图所示的电路中，两平行正对金属板A、B水平放置，两板间的距离d＝4.5cm.电源电动势E＝400V，内阻r＝2Ω，电阻R1＝198Ω.闭合开关S，待电路稳定后，将一带正电的小球(可视为质点)从B板上的小孔以初速度v0＝1.0m/s竖直向上射入两板间，小球恰好能到达A板．若小球所带电荷量q＝1.0×10－7C，质量m＝2.0×10－4kg，不考虑空气阻力，忽略射入小球对电路的影响，取g＝10m/s2.(1)求滑动变阻器接入电路的阻值；(2)当没有小球射入时，改变P的位置，求滑动变阻器消耗的最大电功率P滑；(3)当滑动变阻器接入电路的阻值为多大时小球恰能到达距A板eq\f(1,5)d处参考答案1.AC解析灯泡与变阻器串联，电流表测电路中的电流．当药液减少时，滑片上移，由于变阻器接入电路的电阻在变大，则电流表的示数减小，故A项正确；灯泡与变阻器串联，电压表测变阻器的电压．当药液减少时，滑片上移，变阻器接入电路的电阻在变大，根据串联分压原理可知电压表的示数也变大，故B项错误；灯泡与变阻器串联，电压表测变阻器的电压．当药液减少时，滑片上移，变阻器接入电路的电阻在变小，根据串联分压原理可知电压表的示数变小，故C项正确；灯泡与变阻器并联，电压表测量电源电压，由于电源电压不变，当袋中药液量减少时，电压表的示数不变，故D项错误．故选A、C两项．2.B解析：R1不接入电路，保持R2不变，改变R1，电容器电压不变，电场力不变，拉力F不变，C、D错误。增大R2,R0电压减小，电场强度减小，电场力减小，重力不变，根据勾股定理，拉力减小。B正确。3.C解析：A、只增大电容器两极板间的距离，板间电压不变，则板间场强减小，粒子所受的电场力减小，加速度减小，该粒子不能以速度v从B点射出，而从B点上方飞出电场．故A错误．

B、只增大R1，电容器板间电压增大，场强增大，粒子所受的电场力增大，加速度增大，该粒子不能以速度v从B点射出，而打在N板上B点的左侧．故B错误．

C、R2对电容器的电压没有影响，只增大R2，电容器的电压不变，板间场强不变，该粒子仍能以速度v从B点射出．故C正确．

D、由题可判断该粒子带正电，其反粒子（-q，m）带负电，保持其他条件不变，改用反粒子（-q，m）以-v从B点射入，粒子所受的电场力向上，粒子将向上偏转打M板上．故D错误．4.D解析：解析压力增大，压敏电阻的阻值减小，总电流增大，则路端电压减小，故电压表示数减小时，压力增大，电压表示数增大时，压力减小.电梯静止时电压表示数为U0，0~t1时间内，电压表示数增大，压力减小，压力小于重力，则电梯内的物体处于失重状态，A正确;t2~t3时间内，电压表的示数大于U0，压力小于重力，电梯内的物体处于失重状态，B正确;t1~t2时间内，电压表的示数始终大于U0且恒定不变，表明压力始终小于重力，电梯可能向下做匀加速直线运动或向上做匀减速直线运动，C正确;t2~t3时间内，电压表的示数减小，表明压力增大，则压敏电阻对物体的支持力增大，物体的合力是变力，加速度也是变化的，电梯不可能处于匀减速直线运动状态，D错误.5.D解析：这是一个加速度传感器，这种传感器输入量是加速度，输出量是电压，故A错误；由图可知，当电压表指针右偏，表明P端的电势高于Q端，滑块处于电阻的左侧，滑块所受合力向左，加速度向左，故B错误；若观察到电压表指针在零点，表明P、Q电势相等，此时物体可能静止、也可能做匀速直线运动，故C错误；假如滑块右移动x，根据牛顿第二定律可得：2kx=ma，此时电压表的示数：，由以上两式得：，所以电压表指针的偏转角度与加速度大小成正比，故D正确。6.解析电流I=电容器电压U=IR0=板间电场强度为E电=对小球有：解得q=7.答案(1)2V(2)10V(3)80%解析(1)对小球进行受力分析，有eq\f(qE场,mg)＝tanθ解得E场＝20V/mR1两端的电压U＝E场d＝2V.(2)根据欧姆定律可得I＝eq\f(U,R1)＝eq\f(2,2)A＝1A由闭合电路欧姆定律有E＝I(R1＋R2＋r)＝10V.(3)根据欧姆定律可得路端电压为U1＝I(R1＋R2)＝8V电源的效率η＝eq\f(U1,E)×100%＝80%.8.解(1)小球在平行板间向上