《全品高考复习方案》2020届高考物理一轮复习文档：第8单元 恒定电流 听课答案

第八单元恒定电流
第22讲部分电路及其规律
【教材知识梳理】
一、1.定向正电荷2.(1)I=(2)I=nqSv
二、1.电流R=2.(1)材料(2)R=ρ
三、2.气态导体半导体3.I=
四、1.qU=IUt2.=IU3.I2Rt I2R
辨别明理
(1)(×)(2)(√)(3)(×)(4)(×)(5)(×)
(6)(√)
【考点互动探究】
考点一
例1D[解析]电荷的定向移动形成电流,规定正电荷定向移动的方向为电流方向,负电荷定向移动的方向为电流的反方向,由图可知,电流方向是A→B,带电离子在溶液中定向移动形成电流,电流不为零,电流I==,故选项D正确,A、B、C错误.
例2C[解析]由电流定义可知I===neSv,由欧姆定律可得U=IR=neSv·ρ=ρneLv,又E=,故E=ρnev,选项C正确.
例3C[解析]电子做圆周运动的周期T=,由I=得I=,电流的方向与电子运动方向相反,故为逆时针.
考点二
例4C[解析]对于第一根导线,均匀拉长到原来的2倍,则其横截面积变为原来的
,由电阻定律可得其电阻变为原来的4倍,第二根导线对折后,长度变为原来的
,横截面积变为原来的2倍,故其电阻变为原来的.给上述变化后的裸导线加
上相同的电压,由欧姆定律得I1=,I2==,由I=可知,在相同时间内,电荷量之比q1∶q2=I1∶I2=1∶16,C正确.
考点三
例5ABD[解析]I-U图线上的点与原点连线的斜率逐渐减小,说明电阻逐渐增大,A正
确;对应P点,小灯泡的电阻为R=≠,B正确,C错误;对应P点,小灯泡的功率为P=I2U1,此值恰为图中矩形PQOM的面积,D正确.
[点评]伏安特性曲线上每一点的电压坐标与电流坐标的比值对应该状态下的电阻,因此图线上某点切线的斜率不是电阻的倒数.
变式题B[解析]根据I-U图像可知R b<R a,而根据电阻定律R=ρ可知S b>S a,选项B 正确.
考点四
例6BC[解析]含有电动机的电路不是纯电阻电路,欧姆定律不再适用,A错误;由能
量守恒定律可得EI=I2r+mgv+I2R,解得r=--R,B正确;如果电动机转轴被卡住,则
E=I'(R+r),电流增大,较短时间内,电源消耗的功率变大,较长时间的话,会出现烧坏电源的现象,C正确,D错误.
变式题BD[解析]当开关S断开时,由欧姆定律得U=I1R1=10V,当开关闭合后,通过R1的电流仍为0.5A,通过电动机的电流I2<=1A,故电流表示数I<0.5A+1A=1.5A,B正确;电路消耗的电功率P=UI<15W,D正确.
1.[2018·许昌模拟]一个电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220V的电源上(其内阻可忽略不计),均正常工作.用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0A,通过洗衣机电动机的电流是0.50A,则下列说法中正确的是()
A.电饭煲的电阻为44Ω,洗衣机电动机线圈的电阻为440Ω
B.电饭煲消耗的电功率为1555W,洗衣机电动机消耗的电功率为155.5W
C.1min内电饭煲消耗的电能为6.6×104J,洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103J
D.电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍
[解析]C由于电饭煲是纯电阻元件,所以R1==44Ω,P1=UI1=1100W,其在1min内消耗的电能W1=UI1t=6.6×104J,洗衣机为非纯电阻元件,所以R2≠,P2=UI2=110W,其在1min 内消耗的电能W2=UI2t=6.6×103J,其热功率P热≠P2,所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的10倍.
2.(多选)[2018·益阳模拟]有一根粗细均匀的金属导线,在其两端加上电压U0时,通过导线的电流为I0,导线中自由电子定向移动的速率为v.若将导线均匀拉长,使它的横截面
半径变为原来的,再给它两端加上电压2U0,则()
A.通过导线的电流为
B.通过导线的电流为
C.导线中自由电子定向移动的速率为
D.导线中自由电子定向移动的速率为
[解析]AD将金属导线均匀拉长,因半径变为原来的一半,则横截面积变为原来的
,其长度变为原来的4倍,根据电阻定律R=ρ可知,电阻变为原来的16倍,又电压
变为2U0,根据欧姆定律I=可知,电流变为,A正确,B错误;根据电流的微观表达式
I=nevS,其中n、e不变,电流变为原来的,横截面积变为原来的,则自由电子定向移动的速率变为,C错误,D正确.
3.一台国产封闭型贮水式电热水器的铭牌上所列的主要技术参数如下表所示.根据表中所提供的数据,此电热水器在额定电压下处于加热状态时,通过电热水器的电流约为()
A.6.8A
B.0.15A
C.4.4A
D.0.23A
[解析]A由P=UI可知,该电热水器在额定电压下处于加热状态时的电流为I==A ≈6.8A,故选项A正确.
4.如图22-1所示,有一电阻为4.4Ω的电解槽和一盏标有“110V60W”的灯泡串联后接在电压为220V的直流电源两端,灯泡正常发光,则()
图22-1
A.电解槽消耗的电功率为120W
B.电解槽的发热功率为60W
C.电解槽消耗的电功率为60W
D.电路消耗的总功率为60W
[解析]C灯泡能正常发光,说明电解槽和灯泡均分得110V电压,且干路电流I=I灯
==A,则电解槽消耗的电功率P=P灯=60W,选项A错误,选项C正确;电解槽的发热功率P热=I2R电≈1.3W,选项B错误;整个电路消耗的总功率P总=U总I=220×
W=120W,选项D错误.
5.[2018·福州质检]如图22-2甲所示为一测量电解液电阻率的玻璃容器,P、Q为电极,
已知a=1m,b=0.2m,c=0.1m,在里面注满某电解液,且P、Q间加上电压后,其U-I图像如图乙所示.当U=10V时,电解液的电阻率ρ是多少?
图22-2
[答案]40Ω·m
[解析]由图像可得,当U=10V时,电解液的电阻
R==Ω=2000Ω
电解液容器长l=a=1m
截面积S=bc=0.02m2
由电阻定律得R=ρ
解得ρ==Ω·m=40Ω·m.
第23讲电动势闭合电路的欧姆定律
【教材知识梳理】
一、1.(1)非静电力对电荷做的功W电荷量q(2)E=V(3)电能2.电源内阻
二、1.电源的电动势内、外电路中的电阻之和2.I=
辨别明理
(1)(×)(2)(×)(3)(×)(4)(√)(5)(×)
【考点互动探究】
考点一
例1AC[解析]根据I-U图像知,图线的斜率表示电阻的倒数,所以R1∶R2=1∶3,A正
确;把A拉长为原来的3倍后,横截面积减小为原来的,根据公式R=ρ可得,电阻变为原来的9倍,B错误;串联电路中电流相等,将A与B串联后接在电源上,根据公式P=I2R可得,消耗的功率之比P1∶P2=1∶3,C正确;并联电路两端的电压相等,电流与电阻成反比,所以将A与B并联后接在电源上,通过二者的电流之比I1∶I2=3∶1,D错误.
例2A[解析]等效电路如图所示.若R1断路,则总电阻变大,总电流减小,路端电压变大,L1两端电压变大,L1变亮,ab部分电路结构没变,电流仍按原比例分配,总电流减小,通过L2、R4的电流都减小,故A正确;若R2断路,则总电阻变大,总电流减小,ac部分电路结构没变,电流仍按原比例分配,R1、L1中电流都减小,与题意相矛盾,故B错误;若R3短路或R4短路,则总电阻减小,总电流增大,ab部分电路两端电压减小,L2中的电流减小,则电流表A中的电流变大,与题意相矛盾,故C、D错误.
例3C[解析]电流表和电阻R1并联,R1的阻值为电流表内阻的,则由并联电路
特点可知,通过电流表的电流I A是通过R1的电流的,则I A=I总,其中I总为干路
电流,所以可以用电流表上表示0.02A的一个小格表示总电流0.06A,选项C正确.
考点二
例4BD[解析]基础解法(程序法):将P由a端向b端滑动,R3接入电路的阻值减小,则总电阻减小,总电流增大,电阻R1两端电压增大,电压表示数变大,A错误;电阻R2两端的电压U2=E-I总(R1+r),I总增大,则U2减小,I2=减小,电流表的示数I A=I总-I2增大,B正确;由P2=R2知P2减小,C错误;U ab=φa-φb=φa=U2,故φa降低,D正确.
能力解法一(结论法):由于R3减小,R2与R3并联,则U2、I2均减小,由P2=R2知P2减小,C 错误;φa=φa-φb=U ab=U2减小,D正确;因为R1间接与R3串联,故I1、U1均增大,电压表示数增大,A错误;根据I A=I1-I2知I A增大,B正确.
能力解法二(极限法):将滑片P滑至b点,则R3=0,φa=φb=0,D正确;R2上电压为零,则功率也为零,C错误;当R3=0时,总电阻最小,总电流最大,R1上电压最大,故A错误;由于I A=I1-I2,此时I1最大,I2=0最小,故I A最大,B正确.
例5ACD[解析]将滑片向下滑动,滑动变阻器连入电路中的电阻R变减小,由
I=,知电流表A的示数增大,A正确;电流表V2测量的是路端电压,U2=E-Ir减小,B错误;U3=E-Ir-IR,则有ΔU3=ΔI(R+r),ΔU3与ΔI的比值等于R+r,即大于r,C正确;ΔU2=ΔIr,ΔU1=ΔIR,又知R>r,故ΔU1大于ΔU2,D正确.
[点评]分析ΔU时,根据电路中所有电阻两端的电压之和是不变的,一部分电路两端的
电压减小多少,其余部分电路两端的电压就增大多少,分析时一定要根据电路的特点找电阻不变的部分进行分析.
例6C[解析]由已知条件及电容定义式C=可得,Q1=U1C,Q2=U2C,则=.S断开时
等效电路如图甲所示,有U1=·E×=E;S闭合时等效电路如图乙所示,有U2=·E=E,则==,故C正确.
甲
乙
考点三
例7AC[解析]在讨论R2的电功率时,可将R1视为电源内阻的一部分,即将原电路等效为外电阻R2与电动势为E、内阻为(R1+r)的电源连成的闭合电路(如图甲所示),R2的电功率是等效电源的输出功率.显然当R2=R1+r时,R2获得的电功率最大,A正确;讨论R1的电功率时,由于R1为定值电阻,根据P=I2R知,电路中电流越大,R1上的电功率就越大(P1=I2R1),所以,当R2=0时,等效电源内阻最小(等于r,如图乙所示),R1获得的电功率最大,故B错误,C正确;讨论电源的输出功率时,(R1+R2)为外电阻,电源内阻r恒定,由于题目没有给出R1和r的具体数值,所以当R2=0时,电源输出功率不一定最大,故D错误.
变式题BC[解析]当滑片位于中央时,并联电阻最大,并联电阻两端的电压最大,故并
联电阻为==Ω=10Ω,解得R2=20Ω,B正确;当滑片位于中央时,电压表的示数最大,外电阻也最大,电源的效率η==最高,即当电压表示数为5.0V时,电源的效率最高,C正确;当电压表的示数为4V时,电流表的示数为0.25A,此时Pa部分电
阻R aP=Ω=16Ω,Pb部分电阻R bP=R2-R aP=4Ω,通过Pb部分支路的电流为
A=1.00A,干路电流为0.25A+1.00A=1.25A,根据闭合电路欧姆定律得E=4V+1.25A ×(R1+r),E=5V+1A×(R1+r),联立解得R1+r=4Ω,E=9V,A错误;当R2两部分的并联电阻等于R1+r=4Ω时,R2消耗的功率最大,此时电压表的示数不是5.0V,D错误.
[点评](1)解决最大功率问题时,要弄清是定值电阻还是可变电阻的最大功率,定值电阻
的最大功率用P=I2R=分析,可变电阻的最大功率用等效电源法求解.
(2)电源输出功率最大时,效率不是最大,而是只有50%.
考点四
例8B[解析]根据图像可知,E1=E2=10V,r1=Ω,r2=Ω,所以r1∶r2=3∶2,E1∶E2=1∶1,选项A错误,选项B正确;曲线Ⅲ与其他两条直线的交点坐标表示该小灯泡在这两种连接状态下的工作电压和工作电流,根据坐标值可求出,此时小灯泡消耗的功率
分别为P1=18.2W和P2=30W,小灯泡的电阻分别为R1=Ω,R2=Ω,选项C、D错误.
变式题BC[解析]P1=U1I1=4×2W=8W,P2=U2I2=2×4W=8W,A错误,B正确;η1=,η2=,可得η1>η2,C正确,D错误.
图23-1
1.(多选)一个T形电路如图23-1所示,电路中的电阻R1=10Ω,R2=120Ω,R3=40Ω.另有一测试电源,电动势为100V,内阻忽略不计,则()
A.当c、d端短路时,a、b之间的等效电阻是40Ω
B.当a、b端短路时,c、d之间的等效电阻是40Ω
C.当a、b两端接通测试电源时,c、d两端的电压为80V
D.当c、d两端接通测试电源时,a、b两端的电压为80V
[解析]AC当c、d端短路时,等效电阻R=R1+=40Ω,A正确;当a、b端短路时,
等效电阻R'=R2+=128Ω,B错误;当a、b两端接通测试电源时,根据欧姆定律得
I==A=2A,所以U cd=IR3=80V,C正确;当c、d两端接测试电源
时,I'==A=A,U ab=I'R3=25V,D错误.
2.如图23-2所示,电源为“9V1Ω”的电池组,要将“4V4W”的灯泡接入虚线框中,在正常发光的条件下,最多能接()
图23-2
A.2个
B.3个
C.4个
D.5个
[解析]D要使灯泡正常发光,灯泡两端电压为4V,每个灯泡的工作电流为1A.当滑动变阻器接入电路的电阻为零时,所接灯泡最多,此时电源内电压为5V,电路中的总电流为5A,所以最多能接5个灯泡.
3.(多选)[2018·黑龙江大庆质检]如图23-3所示,R1、R2、R3、R4均为可变电阻,C1、C2均为电容器,电源的电动势为E,内阻r≠0.若改变四个电阻中的一个阻值,则下列说法正确的是()
图23-3
A.减小R1时,C1、C2所带的电荷量都增大
B.增大R2时,C1、C2所带的电荷量都增大
C.增大R3时,C1、C2所带的电荷量都增大
D.减小R4时,C1、C2所带的电荷量都增大
[解析]BD R1上没有电流流过,R1是等势体,故减小R1时,C1两端电压不变,C2两端电压不变,C1、C2所带的电荷量都不变,选项A错误;增大R2时,C1、C2两端电压都增大,C1、C2所带的电荷量都增大,选项B正确;增大R3时,C1两端电压减小,C2两端电压增大,C1所带的电荷量减小,C2所带的电荷量增大,选项C错误;减小R4时,C1、C2两端电压都增大,C1、C2所带的电荷量都增大,选项D正确.
图23-4
4.(多选)如图23-4所示,电源电动势为E,内阻为r,闭合开关S,当滑动变阻器R的滑片缓慢地从最左端向右移动一段距离的过程中,电压表示数的变化量为ΔU,电流表示数的变化量为ΔI,电流表的示数为I,电容器带的电荷量为Q.在这个过程中,如图23-5所示的图像正确的是()
图23-5
[解析]BD表示电源内阻和R1之和,是不变的,A错误,B正确;电容器带的电荷量Q=CU R1=CIR1,C错误,D正确.
图23-6
5.(多选)[2016·江苏卷]如图23-6所示的电路中,电源电动势为12V,内阻为2Ω,四个电阻的阻值已在图中标出.闭合开关S,下列说法正确的有()
A.路端电压为10V
B.电源的总功率为10W
C.a、b间电压的大小为5V
D.a、b间用导线连接后,电路的总电流为1A
[解析]AC设四个电阻的等效电阻为R路,由=+得R路=10Ω,由闭合电路欧姆定律知,I===1A,设路端电压为U,则U=IR路=1A×10Ω=10V,选项A正确;电源的总功率P=EI=12W,选项B错误;设电源负极电势为0,则a点电势φa=0.5A×5Ω-0=2.5V,b点电势φb=0.5A×15Ω-0=7.5V,则a、b两点的电势差U ab=φa-φb=2.5V-7.5V=-5V,所以a、b间电压的大小为5V,选项C正确;当将a、b两点用导线
连接后,由于导线没有电阻,此时a、b两点电势相等,电路总电阻为9.5Ω,电流I'==A,故选项D错误.
6.(多选)[2016·上海卷]如图23-7所示电路中,电源内阻忽略不计.闭合开关,电压表示数为U,电流表示数为I;在滑动变阻器R1的滑片P由a端滑到b端的过程中()
图23-7
A.U先变大后变小
B.I先变小后变大
C.U与I比值先变大后变小
D.U变化量与I变化量比值等于R 3
[解析]BC因电源内阻不计,故路端电压不变,电压表示数不变;当滑片位于中点时,滑动变阻器接入电路的电阻有最大值,电流表所在电路的电流有最小值,所以B、C正确. 7.[2018·安徽江南十校联考]如图23-9所示的电路中,电源电动势为E,内阻为R,L1和L2为相同的灯泡,每个灯泡的电阻和定值电阻的阻值均为R,电压表为理想电表,S为单刀双掷开关.当开关由1位置打到2位置时,下列说法中正确的是()
图23-9
A.电压表读数将变小
B.L1亮度不变,L2将变暗
C.L1将变亮,L2将变暗
D.电源内阻的发热功率将变小
[解析]A开关在位置1时,外电路总电阻R总=R,电压表示数U=E=E,每个灯
泡两端的电压U1=U2=U=E,电源内阻的发热功率为P热==.
开关在位置2时,外电路总电阻R总'=R,电压表示数U'=E=E,灯泡L1的电压
U1'=E,L2的电压U2'=E,电源内阻的发热功率为P热'==.综上所述,电压表读数变小,故A正确.L1亮度不变,L2将变亮,故B、C错误.电源内阻的发热功率将变大,故D错误.
8.如图23-10所示电路中,灯L标有“6V3W”,定值电阻R1=4Ω,R2=10Ω,电源内阻r=2Ω,当滑片P滑到最下端时,电流表读数为1A,此时灯L恰好正常发光.
图23-10
(1)求滑动变阻器最大值R;
(2)当滑片P滑到最上端时,求电流表的读数;
(3)当滑片P位于滑动变阻器的中点时,求滑动变阻器消耗的功率.
[答案](1)12Ω(2)2A
(3)3.84W
[解析](1)灯L的电阻R L==Ω=12Ω
当P滑到下端时,R2被短路,灯L与整个滑动变阻器R并联,此时灯正常发光,通过灯L的电流为
I L==A=0.5A
通过滑动变阻器R的电流为I R=I-I L=1A-0.5A=0.5A
即滑动变阻器最大值R=R L=12Ω.
(2)电源电动势
E=I=1×(4+2+6)V=12V
当P滑到上端时,灯L、滑动变阻器R及电阻R2都被短路,此时电流表的读数为
I'==A=2A.
(3)P位于滑动变阻器的中点时,灯L与滑动变阻器的上半部分并联后再与R1串联,则此时
R并==Ω=4Ω
I总==A=1.2A
并联部分的电压为U并=I总R并=1.2×4V=4.8V
滑动变阻器上消耗的功率为P R==W=3.84W.
专题六电学实验专题
【热点题型探究】
热点一
一、1.(1)0.01(2)固定刻度可动刻度
2.
例1(1)17.723.8510.46(2)2.150(3)①0.020.440.12.20②0.11.70 0.58.5
(4)1987将“×1k”旋钮调到2,再将“×100”旋钮调到00~19998Ω
[解析](1)最上面图读数:整毫米数是17mm,不足1毫米数是7×0.1mm=0.7mm,最后结果是17mm+0.7mm=17.7mm.
中间图读数:整毫米数是23mm,不足1毫米数是17×0.05mm=0.85mm,最后结果是23mm+0.85mm=23.85mm.
最下面图读数:整毫米数是10mm,不足1毫米数是23×0.02mm=0.46mm,最后结果是10mm+0.46mm=10.46mm.
(2)固定刻度示数为2.0mm,不足半毫米的从可动刻度上读,其示数为15.0×0.01mm,最后的读数是2.0mm+15.0×0.01mm=2.150mm.
(3)①使用0~0.6A量程时,刻度盘上的每一小格为0.02A,表针示数为0.44A;当使用0~3A 量程时,每一小格为0.1A,表针示数为2.20A.
②电压表使用0~3V量程时,每小格表示0.1V,表针示数为1.70V;使用0~15V量程时,每小格表示0.5V,表针示数为8.5V.
(4)电阻为1987Ω.最简单的操作方法是先将“×1k”旋钮调到2,再将“×100”旋钮调到0.每个电阻箱的最大阻值是9999Ω,用这样的两个电阻箱串联可得到的最大电阻
是2×9999Ω=19998Ω,故用两个这样的电阻箱,可得到的电阻值范围为0~19998Ω.
变式题1.2206.860
[解析]20分度游标卡尺的精度为0.05mm,主尺读数为12mm,游标尺读数为4×0.05mm=0.20mm,游标卡尺的读数为12.20mm=1.220cm.
螺旋测微器读数:固定刻度读数+可动刻度读数=6.5mm+36.0×0.01mm=6.860mm.
热点二
例2(1)A(2)0~0.6A
[解析](1)C与D电路图不符合电压从零开始调节.小灯泡的电阻R L==Ω=28.8Ω,=144,=520.8,由于<,故电流表应采用外接法,A正确,B错误.
(2)小灯泡的额定电流I==A≈0.4A,故电流表量程选0~0.6A.
变式题R x1大于小于
[解析]==10,==20,故<,应该采用电流表内接法,即图甲接法.由“大内偏大,小外偏小”的结论可知,电流表内接时测量值R x1大于真实值,外接时测量值R x2小于真实值.
热点三
例3(1)乙如图所示(2)R1(3)
[解析](1)甲图中,因为电压表V2的内阻准确值不知,所以电压表V2与R0并联后的电阻准
确值不知,根据=可知,无法求出R V1,而乙图中,根据=可知,可以求出
R V1=,故用乙电路较合理,电路连接如图所示.
(2)实验中滑动变阻器要用分压接法,故应选取阻值较小的R1.
(3)根据欧姆定律可知R V1==.
变式题(1)如图所示(2)(3)等于
[解析](1)实物连线图如图所示.
(2)第一次测量,由欧姆定律知,电压表与电流表的示数之比为电压表和R P的并联电阻,
;第二次测量,电压表与电流表的示数之比为电压表、R x和R P的并联电即=R
并
阻,=,联立解得R x=.
(3)由于电流表、电压表内阻不影响被测电阻的测量,所以被测电阻的测量值等于真实
值.
【高考模拟演练】
1.(1)如图所示
(4)R0(6)48.2
[解析](4)开关S2掷于1端,由欧姆定律可得通过R x的电流I=,将开关S2掷于2端,R0和R x串联电路电压为U2,R x两端电压为U=U2-U1,由欧姆定律可得待测电阻阻值
R x==R0=R0.
(6)5次测量所得的平均值为×(3.44+3.43+3.39+3.40+3.39)=3.41,则
R x=R0=(3.41-1)×20.0Ω=48.2Ω.
2.(1)A D F(2)a d c g f h(3)-或U-或-R(横纵坐标互换亦可)
[解析](1)若选用0~1000Ω的滑动变阻器,则电路中的电流太小,且移动滑动变阻器滑片时,电压表和电流表的示数要么变化得特别慢,要么变化得特别快,所以滑动变阻器选
用F ;电源的电动势为4.5V ,所以电压表选用D ;若电流表选用B ,则移动滑动变阻器的滑片时,电流表的指针要么偏转得特别小,要么突然偏转得比较大,所以电流表选用A . (2)电压表测量路端电压,滑动变阻器接成限流式,电键要控制整个电路.
(3)由闭合电路欧姆定律得(R+r )=E ,变形得=·+,或U=-r ·+E ,
或=·R+,则可以为纵坐标,为横坐标,或以U 为纵坐标,为横
坐标,或以为纵坐标,R 为横坐标. 3.(1)如图甲所示 (2)如图乙所示
(3)电压表V 1的读数U 1、电压表V 2的读数U 2 (4)
R
[解析](1)要测出待测电压表V 1的内阻,可以将V 1与阻值大致相当的定值电阻串联,通过测出串联电路的总电压和V 1对应的电压,利用串联电路中电压之比等于电阻之比即可求出V 1的内阻,所以测量电路部分是待测电压表V 1与定值电阻R 串联,然后再将其与电压表V 2并联;由于滑动变阻器的总电阻远小于待测电压表内阻,所以滑动变阻器应采用分压式接法,电路图如图甲所示. (2)实物连接如图乙所示.
(3)、(4)根据串联电路规律有=,解得R V1=,需要测得电压表V1的读数U1、电压表V2的读数U2.
1.某同学为了测量电流表A1内阻的精确值,有如下器材可供选择:
电流表A1(量程0~300mA,内阻约为5Ω);
电流表A2(量程0~600mA,内阻约为1Ω);
电压表V(量程0~15V,内阻约为3kΩ);
滑动变阻器R1(0~5Ω,额定电流为1A);
滑动变阻器R2(0~50Ω,额定电流为0.01A);
电源E(电动势为3V,内阻较小);
定值电阻R0(5Ω);
单刀单掷开关S一个、导线若干.
实验要求待测电流表A1的示数从零开始变化,且多测几组数据,尽可能地减小误差.
(1)以上给定的器材中滑动变阻器应选.
(2)在虚线框内画出测量A1内阻的电路原理图,并在图中标出所用仪器的代号.
(3)若选测量数据中的一组来计算电流表A1的内阻r1,则r1的表达式为r1=;式中各符号的物理意义是.
[答案](1)R1(2)如图Z6-1所示(3)R0I1、I2分别为某次实验时电流表A1、A2的示数,R0是定值电阻的阻值
图Z6-1
[解析](1)滑动变阻器要用分压式接法,选最大阻值较小的滑动变阻器R1.
(2)要测出待测电流表A1的内阻,可将A1与阻值大致相当的定值电阻并联,通过测出并联电路的总电流和A1对应的电流,利用并联电路中电流与电阻成反比即可求出A1的内阻,电路图如图Z6-1所示.
(3)通过定值电阻R0的电流为I2-I1,A1两端的电压等于R0两端的电压,所以r1=R0,I1、I2分别为某次实验时电流表A1、A2的示数,R0是定值电阻的阻值.
2.某同学对有故障的电热毯进行探究,图Z6-2甲是电热毯的电路示意图,其中电热丝和导线通过金属接线片连接,图乙为测试电路实物图,A、B为测试表笔,电压表和电流表均可视为理想电表.
图Z6-2
(1)断开S1,用测试电路在1和1'之间检测得知电热丝无故障,然后测得电热丝的U-I图
线如图丙所示.可求得此电热丝的电阻为 Ω. (2)在虚线框内画出与图乙对应的电路原理图.
(3)为了进一步检查故障,该同学闭合开关S 1和S 2,用表笔A 和B 分别对图甲中的各点进行测试,部分测试结果如下表所示.由此测试结果可判断出电路有断路,位置在 (选填“1和2”“1'和2'”“2和3”或“2'和3'”)间.
测试点 3和3'
1和1'
1和3
1和2'
2'和3'
电表指针
有无偏转
电压
表
有 有 无 有 无
电流
表
无 有 有 无 有
[答案](1)580(570~590均可) (2)如图Z6-3所示 (3)1'和2'
图Z6-3
[解析](1)由图线得电热丝的电阻R=580Ω.
(2)如图Z6-3所示.
(3)3和3'接入A、B之间时,根据两电表指针偏转情况,确认3和3'间存在断路;1和1'接入A、B之间时,根据两电表指针偏转情况,确认1和1'之间为通路;1和3接入A、B 之间时,根据两电表指针偏转情况,确认1和3之间为通路;再结合1和2'及2'和3'接入
A、B之间时,两电表指针偏转情况,可知断路故障在1'和2'之间.
3.为了测量一个阻值较大的未知电阻的阻值,某同学使用了干电池(1.5V)、毫安表(1mA)、电阻箱(0~9999Ω)、开关、导线等器材.
(1)该同学设计的实验电路如图Z6-4甲所示,实验时,将电阻箱阻值调至最大,断开S2,闭合S1,减小电阻箱的阻值,使毫安表的示数为I1=1.00mA;然后保持电阻箱阻值不变,断开S1,闭合S2,此时毫安表示数为I2=0.8mA.由此可得被测电阻的阻值为Ω.
图Z6-4
(2)经分析,该同学认为上述方案中电源电动势的值可能与标称值不一致,因此会造成误差.为避免电源对实验结果的影响,又设计了如图乙所示的实验电路,实验过程如下:断开S1,闭合S2,此时毫安表指针处于某一位置,记录相应的电流值,其大小为I;断开S2,闭合S1,调节电阻箱的阻值,使电流表的示数为,记录此时电阻箱的阻值大小为R0.由此可测出R x=.
[答案](1)375(2)I R0
[解析](1)设毫安表内阻为R mA,电流为I1时电阻箱的阻值为R,S2断开、S1闭合时,根据闭合电路的欧姆定律有E=I1(R+R mA+r),S1断开、S2闭合时,E=I2(R x+R+R mA+r),联立解得
R x=·E=375Ω.
(2)根据图乙所示电路测电阻,毫安表起指示作用,用以检测电阻箱代替待测电阻后的电路等效性,根据等效替代法的测量原理,毫安表示数仍为I,所以R x=R0.
4.研究小组利用下表中的实验器材测量电流表A1的内阻r1.
(1)两位同学分别设计了如图Z6-5甲和乙所示电路,小组讨论后发现两电路均存在问题,请指出两电路存在的问题:
图Z6-5
.
(2)另一位同学对电路乙优化后进行实验,得到若干组数据,如下表所示.请你根据数据在图Z6-6中画出I1-I2的关系图线.
图Z6-6
(3)根据所描图线可知待测电流表的内阻为Ω.
(4)请你在虚线框中画出优化后的电路图.
[答案](1)甲图电压表量程过大,测量中示数太小,测量精度较低;乙图两电流表量程均较小,调节过程中滑动变阻器调节范围过小,不易操作
图Z6-7
(2)图略(3)40(38到42之间均可)
(4)如图Z6-7所示
[解析](1)甲电路中,当电流表示数接近满偏时,电压表两端电压约为U V=I g1r1=0.4V,该电压远小于电压表满偏电压,测量示数太小,测量精度较低;乙电路中,两电流表分别满偏时,其两端电压分别为U A1=I g1r1=0.4V、U A2=I g2r2=0.375V,测量过程中滑动变阻器调节范围过小,不易操作.
(3)由I1r1=I2r2得I1=·I2,由作出的I1-I2图线得斜率k=18.75,所以r1=40Ω.
(4)如图Z6-7所示.
5.某同学利用如图Z6-8所示的电路测量一微安表(量程为0~100μA,内阻大约为2500Ω)的内阻.可使用的器材有:两个滑动变阻器R1、R2(其中一个最大阻值为20Ω,另一个最大阻值为2000Ω);电阻箱R z(最大阻值为99999.9Ω);电源E(电动势约为1.5V);单刀开关S1和S2.C、D分别为两个滑动变阻器的滑片.
图Z6-8
图Z6-9
(1)按原理图将图Z6-9中的实物连线.。