2019-2020年高二物理恒定电流复习教案 人教版.doc
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2019-2020年高二物理恒定电流复习教案 人教版按照考纲的要求,本章内容可以分成三部分,即:基本概念和定律;串并联电路、电表的改装;闭合电路欧姆定律。其中重点是对基本概念和定律的理解、熟练运用欧姆定律和其他知识分析解决电路问题。难点是电路的分析和计算。1 部分电路的欧姆定律电阻定律一、基本概念和定律1电流(1)电流的定义式:,适用于任何电荷的定向移动形成的电流。对于金属导体有I=nqvS(n为单位体积内的自由电子个数,S为导线的横截面积,v为自由电子的定向移动速率,约10 -5m/s,远小于电子热运动的平均速率105m/s,更小于电场的传播速率3108m/s),这个公式只适用于金属导体,千万不要到处套用。注意:在电解液导电时,是正负离子向相反方向定向移动形成电流,在用公式Iqt计算电流强度时应引起注意。例、设氢原子中电子在半径为r的轨道上做圆周运动,电子的电量为e,质量为m,静电力常量为k,试求等效电流的电流强度(提示:电子绕核运动的向心力由库仑引力提供)例、某电解槽中,如果在1s内共有51018个二价正离子和11019个一价负离子通过面积为0.1m2的某横截面,则通过该横截面的电流为多大?例、有一横截面为S的铜导线,流经其中的电流为I设每单位体积的导线有n个自由电子,电子电量为e,此时电子的定向移动平均速率为v在t时间内,通过导体横截面的自由电子数目可表示为( )(A)nvSt (B)nvt (C)It/e (D)It/SeL4L质子源v1 v2例、来自质子源的质子(初速度为零),经一加速电压为800kV的直线加速器加速,形成电流强度为1mA的细柱形质子流。已知质子电荷e=1.6010-19C。这束质子流每秒打到靶上的质子数为_。假定分布在质子源到靶之间的加速电场是均匀的,在质子束中与质子源相距L和4L的两处,各取一段极短的相等长度的质子流,其中的质子数分别为n1和n2,则n1n2=_。解:按定义,由于各处电流相同,设这段长度为l,其中的质子数为n个,则由。而(2)电流的分类:直流电:电流方向不随时间变化而改变的电流叫直流电.交流电:大小、方向随时间作周期变化的电流叫交流电.2电阻定律、半导体、超导体电阻定律:导体的电阻R跟它的成正比,跟它的成反比。R。(1)是反映材料导电性能的物理量,叫材料的(反映该材料的性质,不是每根具体的导线的性质)。单位是m。(2)纯金属的电阻率小,合金的电阻率大。材料的电阻率与温度有关系:金属的电阻率随温度的升高而。铂较明显,可用于做温度计;锰铜、镍铜的电阻率几乎不随温度而变,可用于做。半导体的电阻率随温度的升高而。利用这一特性可以制成电阻。半导体受到光照时电阻率大大,利用这一特性可以制成电阻。在纯净的半导体中掺入微量杂质,其电阻率也会明显,导体性能大大。有些物质当温度接近0 K时,电阻率突然减小到零这种现象叫现象。能够发生超导现象的物体叫。材料由正常状态转变为超导状态的温度叫TC。注意:公式R是电阻的定义式,而R=是电阻的决定式R与U成正比或R与I成反比的说法是错误的,导体的电阻大小由长度、截面积及材料决定,一旦导体给定,即使它两端的电压U0,它的电阻仍然照旧存在。IO U O IU1 2 1 2R1R23欧姆定律(适用于和,不适用于气体导电)。电阻的伏安特性曲线:注意I-U曲线和U-I曲线的区别。还要注意:当考虑到电阻率随温度的变化时,电阻的伏安特性曲线不再是过原点的直线。【例1】 实验室用的小灯泡灯丝的I-U特性曲线可用以下哪个图象来表示:(答案:A)A B C DI I I Io U o U o U o U 【例2】下图所列的4个图象中,最能正确地表示家庭常用的白炽电灯在不同电压下消耗的电功率P与电压平方U 2之间的函数关系的是以下哪个图象(答案:C)PU2oPU2oPU2oP U2o A B C D2 串并联电路 电功与电功率一、串、并联与混联电路1应用欧姆定律须注意对应性。选定研究对象电阻R后,I必须是通过这只电阻R的电流,U必须是这只电阻R两端的电压。该公式只能直接用于纯电阻电路,不能直接用于含有电动机、电解槽等用电器的电路。2公式选取的灵活性。(1)计算电流,除了用外,还经常用并联电路总电流和分电流的关系:I=I1+I2(2)计算电压,除了用U=IR外,还经常用串联电路总电压和分电压的关系:U=U1+U2(3)计算电功率,无论串联、并联还是混联,总功率都等于各电阻功率之和:P=P1+P2对纯电阻,电功率的计算有多种方法:P=UI=I 2R=R1R2R3以上公式I=I1+I2、U=U1+U2和P=P1+P2既可用于纯电阻电路,也可用于非纯电阻电路。既可以用于恒定电流,也可以用于交变电流。【例1】 已知如图,R1=6,R2=3,R3=4,则接入电路后这三只电阻的实际功率之比为2:6。解:本题解法很多,注意灵活、巧妙。经过观察发现三只电阻的电流关系最简单:电流之比是I1I2I3=123;还可以发现左面两只电阻并联后总阻值为2,因此电压之比是U1U2U3=112;在此基础上利用P=UI,得P1P2P3=126【例2】 已知如图,两只灯泡L1、L2分别标有“110V,60W”和“110V,100W”,另外有一只滑动变阻器R,将它们连接后接入220V的电路中,要求两灯泡都正常发光,并使整个电路消耗的总功率最小,应使用下面哪个电路?L1 L2 L1 L2 L1 L2 L1R R R L2RA B C D 解:A、C两图中灯泡不能正常发光。B、D中两灯泡都能正常发光,它们的特点是左右两部分的电流、电压都相同,因此消耗的电功率一定相等。可以直接看出:B图总功率为200W,D图总功率为320W,所以选B。【例3】 实验表明通过某种金属氧化物制成的均匀棒中电流I跟电压U之间遵循I =kU 3的规律,其中U表示棒两端的电势差,k=0.02A/V3。现将该棒与一个可变电阻器R串联在一起后,接在一个内阻可以忽略不计,电动势为6.0V的电源上。求:(1)当串联的可变电阻器阻值R多大时,电路中的电流为0.16A?(2)当串联的可变电阻器阻值R多大时,棒上消耗的电功率是电阻R上消耗电功率的1/5?6VU1 U2解:画出示意图如右。(1)由I =kU 3和I=0.16A,可求得棒两端电压为2V,因此变阻器两端电压为4V,由欧姆定律得阻值为25。(2)由于棒和变阻器是串联关系,电流相等,电压跟功率成正比,棒两端电压为1V,由I =kU3得电流为0.02A,变阻器两端电压为5V,因此电阻为250。二、电功和电功率:电功就是电场力做的功,因此是W=UIt;由焦耳定律,电热Q=I2Rt。其微观解释是:电流通过金属导体时,自由电子在加速运动过程中频繁与正离子相碰,使离子的热运动加剧,而电子速率减小,可以认为自由电子只以某一速率定向移动,电能没有转化为电子的动能,只转化为内能。(1)对纯电阻而言,电功等于电热:W=Q=UIt=I 2R t=(2)对非纯电阻电路(如电动机和电解槽),由于电能除了转化为电热以外还同时转化为机械能或化学能等其它能,所以电功必然大于电热:WQ,这时电功只能用W=UIt计算,电热只能用Q=I 2Rt计算,两式不能通用。注意:1电功和电热的区别:(1)纯电阻用电器:电流通过用电器以发热为目的,例如电炉、电熨斗、电饭锅、电烙铁、 白炽灯泡等。(2)非纯电阻用电器:电流通过用电器是以转化为热能以外的形式的能为目的,发热不是目的,而是不可避免的热能损失,例如电动机、电解槽、给蓄电池充电、日光灯等。在纯电阻电路中,电能全部转化为热能,电功等于电热,即W=UIt=I2Rt=t是通用的,没有区别,同理P=UI=I2R=也无区别,在非纯电阻电路中,电路消耗的电能,即W=UIt分为两部分,一大部分转化为其它形式的能;另一小部分不可避免地转化为电热Q=I2Rt,这里W=UIt不再等于Q=I2Rt,应该是W=E其它+Q,电 功就只能用W=UIt计算,电热就只能用Q=I2Rt计算。2关于用电器的额定值问题额定电压是指用电器在正常工作的条件下应加的电压,在这个条件下它消耗的功率就是额定功率,流经它的电流就是它的额定电流。如果用电器在实际使用时,加在其上的实际电压不等于额定电压,它消耗的功率也不再是额定功率,在这种情况下,一般可以认为用电器的电阻与额定状态下的值是相同的,并据此来进行计算。【例3】 某一电动机,当电压U1=10V时带不动负载,因此不转动,这时电流为I1=2A。当电压为U2=36V时能带动负载正常运转,这时电流为I2=1A。求这时电动机的内阻和机械功率是多大?解:电动机不转时可视为为纯电阻,由欧姆定律得,这个电阻可认为是不变的。电动机正常转动时,输入的电功率为P电=U2I2=36W,内部消耗的热功率P热=5W,所以机械功率P=31W【例4】某一直流电动机提升重物的装置,如图所示,重物的质量m=50kg,电源提供给电动机的电压为U=110V,不计各种摩擦,当电动机以v=0.9m/s的恒定速率向上提升重物时,电路中的电流强度I=5.0A,求电动机的线圈电阻大小(取g=10m/s2).解析:电动机的输入功率PUI,电动机的输出功率P1=mgv,电动机发热功率P2=I2r而P2=P - P1,即I2r= UImgv代入数据解得电动机的线圈电阻大小为r=43 闭合电路欧姆定律一、闭合电路欧姆定律1主要物理量。研究闭合电路,主要物理量有E、r、R、I、U,前两个是常量,后三个是变量。+ + RE rIRV1V2+探针闭合电路欧姆定律的表达形式有:E=U外+U内 (I、R间关系)U=E-Ir(U、I间关系)(U、R间关系)从式看出:当外电路断开时(I = 0),路端电压等于电动势。而这时用电压表去测量时,读数却应该略小于电动势(有微弱电流)。当外电路短路时(R = 0,因而U = 0)电流最大为Im=E/r(一般不允许出现这种情况,会把电源烧坏)。2电源的功率和效率。功率:电源的功率(电源的总功率)PE=EI 电源的输出功率P出=UI 电源内部消耗的功率Pr=I 2r电源的效率:(最后一个等号只适用于纯电阻电路)o RP出Pmr电源的输出功率,可见电源输出功率随外电阻变化的图线如图所示,而当内外电阻相等时,电源的输出功率最大,为。E rR2R1【例】已知如图,E =6V,r =4,R1=2,R2的变化范围是010。求:电源的最大输出功率;R1上消耗的最大功率;R2上消耗的最大功率。解:R2=2时,外电阻等于内电阻,电源输出功率最大为2.25W;R1是定植电阻,电流越大功率越大,所以R2=0时R1上消耗的功率最大为2W;把R1也看成电源的一部分,等效电源的内阻为6,所以,当R2=6时,R2上消耗的功率最大为1.5W。3.变化电路的讨论。闭合电路中只要有一只电阻的阻值发生变化,就会影响整个电路,使总电路和每一部分的电流、电压都发生变化。讨论依据是:闭合电路欧姆定律、部分电路欧姆定律、串联电路的电压关系、并联电路的电流关系。以右图电路为例:设R1增大,总电阻一定增大;由,I一定减小;由U=E-Ir,U一定增大;因此U4、I4一定增大;由I3= I-I4,I3、U3一定减小;由U2=U-U3,U2、I2一定增大;由I1=I3 -I2,I1一定减小。总结规律如下:R1R2R3R4E r总电路上R增大时总电流I减小,路端电压U增大;变化电阻本身和总电路变化规律相同;和变化电阻有串联关系(通过变化电阻的电流也通过该电阻)的看电流(即总电流减小时,该电阻的电流、电压都减小);和变化电阻有并联关系的(通过变化电阻的电流不通过该电阻)看电压(即路端电压增大时,该电阻的电流、电压都增大)。例、如图,电源的内阻不可忽略已知定值电阻R1=10,R2=8当电键S接位置1时,电流表的示数为0.20A那么当电键S接位置2时,电流表的示数可能是下列的哪些值( )2AR1R21SA0.28A B0.25AC0.22A D0.19A解:电键接2后,电路的总电阻减小,总电流一定增大,所以不可能是0.19A电源的路端电压一定减小,原来路端电压为2V,所以电键接2后路端电压低于2V,因此电流一定小于0.25A所以只能选C。【例】 如图所示,电源电动势为E,内电阻为r当滑动变阻器的触片P从右端滑到左端时,发现电压表V1、V2示数变化的绝对值分别为U1和U2,下列说法中正确的是( )V2V1L1L2L3PA小灯泡L1、L3变暗,L2变亮 B小灯泡L3变暗,L1、L2变亮CU1U2解:滑动变阻器的触片P从右端滑到左端,总电阻减小,总电流增大,路端电压减小。与电阻蝉联串联的灯泡L1、L2电流增大,变亮,与电阻并联的灯泡L3电压降低,变暗。U1减小,U2增大,而路端电压U= U1+ U2减小,所以U1的变化量大于 U2的变化量,选BD。U/VI/Ao2015105ab4.闭合电路的U-I图象。Uo IEU0 M(I0,U0)b aNI0 Im右图中a为电源的U-I图象;b为外电阻的U-I图象;两者的交点坐标表示该电阻接入电路时电路的总电流和路端电压;该点和原点之间的矩形的面积表示输出功率;a的斜率的绝对值表示内阻大小; b的斜率的绝对值表示外电阻的大小;当两个斜率相等时(即内、外电阻相等时图中矩形面积最大,即输出功率最大(可以看出当时路端电压是电动势的一半,电流是最大电流的一半)。【例】 如图所示,图线a是某一蓄电池组的伏安特性曲线,图线b是一只某种型号的定值电阻的伏安特性曲线若已知该蓄电池组的内阻为2.0,则这只定值电阻的阻值为_。现有4只这种规格的定值电阻,可任意选取其中的若干只进行组合,作为该蓄电池组的外电路,则所组成的这些外电路中,输出功率最大时是_W。5黑盒问题。a cb d如果黑盒内只有电阻,分析时,从阻值最小的两点间开始。【例】 如图所示,黑盒有四个接线柱,内有4只阻值均为6的电阻,每只电阻都直接与接线柱相连。测得Rab=6,Rac=Rad=10。Rbc=Rbd=Rcd=4,试画出黑盒内的电路。解:由图象可知蓄电池的电动势为20V,由斜率关系知外电阻阻值为6。用3只这种电阻并联作为外电阻,外电阻等于2,因此输出功率最大为50W。二、电路故障问题的分类解析1常见的故障现象断路:是指电路两点间(或用电器两端)的电阻无穷大,此时无电流通过,若电源正常时,即用电压表两端并联在这段电路(或用电器)上,指针发生偏转,则该段电路断路,如电路中只有该一处断路,整个电路的电势差全部降落在该处,其它各处均无电压降落(即电压表不偏转)。短路:是指电路两点间(或用电器两端)的电阻趋于零,此时电路两点间无电压降落,用电器实际功率为零(即用电器不工作或灯不亮,但电源易被烧坏)2检查电路故障的常用方法电压表检查法:当电路中接有电源时,可以用电压表测量各部分电路上的电压,通过对测量电压值的分析,就可以确定故障。在用电压表检查时,一定要注意电压表的极性正确和量程符合要求。电流表检查法:当电路中接有电源时,可以用电流表测量各部分电路上的电流,通过对测量电流值的分析,就可以确定故障。在用电流表检查时,一定要注意电流表的极性正确和量程符合要求。欧姆表检查法:当电路中断开电源后,可以利用欧姆表测量各部分电路的电阻,通过对测量电阻值的分析,就可以确定故障。在用欧姆表检查时,一定要注意切断电源。试电笔检查法:对于家庭用电线路,当出现故障时,可以利用试电笔进行检查。在用试电笔检查电路时,一定要用手接触试电笔的上金属体。【例】(97年高考试题)在如图所示电路的三根导线中,有一根是断的,电源、电阻器R1、R2及另外两根导线都是好的,为了查出断导线,某学生想先将万用表的红表笔连接在电源的正极a,再将黑表笔分别连电阻器R1的b端和R2的c端,并观察万用表指针的示数,在下列选档中,符合操作规程的是( )A直流10V挡; B直流0.5A挡;C直流2.5V挡; D欧姆挡。解析:根据题给条件,首先判定不能选用欧姆挡,因为使用欧姆挡时,被测元件必须与外电路断开。先考虑电压挡,将黑表笔接在b端,如果指针偏转,说明R1与电源连接的导线断了,此时所测的数据应是电源的电动势6V。基于这一点,C不能选,否则会烧毁万用表;如果指针不偏转,说明R1与电源连接的导线是好的,而R1与R2之间导线和R2与电源间导线其中之一是坏的,再把黑表笔接c点,如果指针偏转,说明R1与R2之间导线是断的,否则说明R2与电源间导线是断的,A项正确。再考虑电流表,如果黑表笔接在b端,指针偏转有示数则说明R1与电源连接的导线是断的,此时指示数I=E/(R1+R2)=0.4A,没有超过量程;如果指针不偏转,说明R1与电源间连接的导线是好的,而R1与R2之间导线和R2与电源间导线其中之一是坏的,再把黑表笔接c点,如果指针偏转,说明R1与R2之间导线是断的,此时示数I=E/R2=1.2A,超过电流表量程,故B不能选。【例】(xx年全国高考试题)如图所示为一电路板的示意图,a、b、c、d为接线柱,a、b与220V的交流电源连接,ab间、bc间、cd间分别连接一个电阻。现发现电路中没有电流,为检查电路故障,用一交流电压表分别测得b、d两点间以及a、c两点间的电压均为220V。由此可知( )Aab间电路通,cd间电路不通Bab间电路不通,bc间电路通Cab间电路通,bc间电路不通Dbc间电路不通,cd间电路通解析:由于用交流电压表测得b、d两点间为220V,这说明ab间电路是通的,bc间电路不通或cd间电路不通;由于用交流电压表测得a、c两点间为220V,这说明cd间电路是通的,ab间电路不通或bc间电路不通;综合分析可知bc间电路不通,ab间电路通和cd间电路通,即选项C、D正确。ABR3R2R1U【例12】如图所示,灯泡A和B都正常发光,R2忽然断路,已知U不变,试分析A、B两灯的亮度如何变化?解析:当R2忽然断路时,电路的总电阻变大,A灯两端的电压增大,B灯两端的电压降低,所以将看到灯B比原来变暗了些,而灯泡A比原来亮了些。4电学实验总复习一、实验仪器的读数高考要求会正确使用的电学仪器有:电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等等。除了滑动变阻器以外,其它仪器都要求会正确读出数据。读数的基本原则是:凡仪器最小刻度是10分度的,要求读到最小刻度后再往下估读一位(估读的这位是不可靠数字);凡仪器最小刻度不是10分度的,只要求读到最小刻度所在的这一位,不再往下估读。电阻箱是按照各个数量级上指针的对应数值读数的,指针必须指向某一个确定的数值,不能在两个数值之间,因此电阻箱测量结果的各位读数都是从电阻箱上指针所指位置直接读出的,不再向下估读。0123V051015例1. 右图是电压表的刻度盘。若当时使用的是该表的0-3V量程,那么电压表读数为多少?若当时使用的是该表的0-15V量程,那么电压表度数又为多少?0.11011K10K100176543289017654389017543289176543289017654328901765432890解:0-3V量程最小刻度是0.1V,是10分度的,因此要向下估读一位,读1.15V(由于最后一位是估读的,有偶然误差,读成1.14V-1.17V之间都算正确)。0-15V量程最小刻度为0.5V,不是10分度的,因此只要求读到0.1V这一位,所以读5.7V(5.6V-5.8V之间都算正确)。例2. 右图是电阻箱示意图,试读出当时电阻箱的阻值。解:电阻箱面板上有6个旋钮,每个旋钮上方都标有倍率。将每个旋钮的指针所指的数值(都为整数)乘以各自的倍率,从最高位到低位依次读出来,就得到这时电阻箱的实际阻值。注意图中最左边的两个黑点是表示的是接线柱。若指针位置如图所示,则阻值为84580.2。二、电表的改装1、电压表和电流表(1)电流表原理和主要参数电流表G是根据通电线圈在磁场中受磁力矩作用发生偏转的原理制成的,且指什偏角与电流强度I成正比,即kI,故表的刻度是均匀的。电流表的主要参数有,表头内阻Rg:即电流表线圈的电阻;满偏电流Ig:即电流表允许通过的最大电流值,此时指针达到满偏;满偏电压U:即指针满偏时,加在表头两端的电压,故UgIgRg(2)电流表改装成电压表:串联一个分压电阻R,若量程为U需串联的电阻值,故量程越高,串联的阻值越。(3)电流表改装成电流表:并联一个分流电阻R,若量程为I,需并联的电阻值,故量程越高,并联的阻值越。【例9】如图所示,四个相同的电流表分别改装成两个安培表和两个伏特表。安培表A1的量程大于A2的量程,伏特表V1的量程大于V2的量程,把它们按图接入电路,则安培表A1的读数 安培表A2的读数;安培表A1的偏转角 安培表A2的偏转角;伏特表V1的读数 伏特表V2的读数;伏特表V1的偏转角 伏特表V2的偏转角;(填“大于”,“小于”或“等于”)三、电阻的测量电阻的测量有多种方法,主要有伏安法、欧姆表法,除此以外,还有半偏法测电阻、等效法测电阻等等.下面主要介绍伏安法测电阻的电路选择1伏安法测电阻的两种电路形式(如图所示)2实验电路(电流表内外接法)的选择(1)若 ,一般选电流表内接法。该电路测量电阻时实际测量的是表和待测电阻联的总阻值,因此测量值比真实值。(2)若,一般选电流表外接法。该电路测量电阻时实际测量的是表和待测电阻联的总阻值,因此测量值比真实值。【例10】某电流表的内阻在0.10.2之间,现要测量其内阻,可选用的器材如下:A待测电流表A1(量程0.6A);B电压表V1(量程3V,内阻约2k)C电压表V2(量程15V,内阻约10k);D滑动变阻器R1(最大电阻10)E.定值电阻R2(阻值5) F电源E(电动势4V)G电键S及导线若干(1)电压表应选用_;(2)在右力方框中画出实验电路图;(3)如测得电压表的读数为V,电流表的读数为I,则电流表A1内阻的表达式为:RA = _。解:本题利用电压表指电压,电流表指电流的功能,根据欧姆定律R=计算电流表的内阻。由于电源电动势为4V, 在量程为15V的电压表中有的刻度没有利用,测量误差较大,因而不能选;量程为3V的电压表其量程虽然小于电源电动势,但可在电路中接入滑动变阻器进行保护,故选用电压表V1。由于电流表的内阻在0.10.2之间,量程为0.6A ,电流表上允许通过的最大电压为0.12V,因而伏特表不能并联在电流表的两端,必须将一个阻值为5的定值电阻R2与电流表串联再接到伏特表上,才满足要求。滑动变阻器在本实验中分压与限流的连接方式均符合要求,但考虑限流的连接方式节能些,因而滑动变阻器采用限流的连接方式 。故本题电压表选用V1;设计电路图如图1所示;电流表A1内阻的表达式为: RA =R2。四、滑动变阻器的使用1滑动变阻器的限流接法与分压接法的特点2滑动变阻器的限流接法与分压接法的选择方法滑动变阻器以何种接法接入电路,应遵循安全性、精确性、节能性、方便性原则综合考虑,灵活择取.(1)下列三种情况必须选用分压式接法要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节时。当用电器的电阻RL远大于滑动变阻器的最大值R0,且实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组数据)时,必须采用分压接法.若采用限流接法,电路中实际电压(或电流)的最小值仍超过RL的额定值时,只能采用分压接法.(2)下列情况可选用限流式接法测量时电路电流或电压没有要求从零开始连续调节,只是小范围内测量,且RL与R0接近或RL略小于R0,采用限流式接法.电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小,不能满足分压式接法的要求时,采用限流式接法.没有很高的要求,仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时,可考虑安装简便和节能因素采用限流式接法.【例11】用伏安法测量某一电阻Rx阻值,现有实验器材如下:待测电阻Rx(阻值约5 ,额定功率为1 W);电流表A1(量程00.6 A,内阻0.2 );电流表A2(量程03 A,内阻0.05 );电压表V1(量程03 V,内阻3 k);电压表V2(量程015 V,内阻15 k);滑动变阻器R0(050 ),蓄电池(电动势为6 V)、开关、导线.为了较准确测量Rx阻值,电压表、电流表应选_,并画出实验电路图.错解分析:没能据安全性、准确性原则选择A1和V1,忽视了节能、方便的原则,采用了变阻器的分压接法.解题方法与技巧:由待测电阻Rx额定功率和阻值的大约值,可以计算待测电阻Rx的额定电压、额定电流的值约为U=2.2 V,I=0.45 A则电流表应选A1,电压表应选V1.又因=24.5 Rx,则电流表必须外接.因为滑动变阻器的全阻值大于被测电阻Rx,故首先考虑滑动变阻器的限流接法,若用限流接法,则被测电阻Rx上的最小电流为Imin=0.11 AI额,故可用限流电路.电路如图所示. 五、实物连线注意:A滑动变阻器的连接,B电表的极性,忌正负极接反C双量程电表应注意量程的选择,D导线连接美观,清晰,尽量避免一开始就用钢笔、圆珠笔直接作答【例】下图为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实验所需的器材实物图,器材规格如下:(1)待测电阻Rx(约100欧);(2)直流毫安表(量程010毫安,内阻50欧);(3)直流电压表(量程03伏,内阻5千欧);(4)直流电源(输出电压4伏,内阻可不计);(5)滑动变阻器(阻值范围015欧,允许最大电流1安);(6)电健一个,导线若干条.根据器材的规格和实验要求,在本题的实物图上连线。三、考试大纲规定的学生实验1.用描迹法画出电场中平面上的等势线GGaaRrab实验所用的电流表是零刻度在中央的灵敏电流表,在实验前应先查明电流方向与指针偏转方向的关系。方法是:将电流表、电池、电阻、导线按图a或图b 连接,若R是阻值很大的电阻,就按图a连接;若r是阻值很小的电阻,就按图b连接。然后用导线的a端试触电流表的另一端,观察电流表指针的偏转方向,就可判定电流方向和指针偏转方向的关系。GAB探针+本实验是用恒定电流的电流场来模拟静电场。与电池正极相连的A电极相当于正点电荷,与电池负极相连的B相当于负点电荷。白纸应放在最下面,导电纸应放在最上面(涂有导电物质的一面必须向上),复写纸则放在中间。只要电流表示数是零,就表示两根探针针尖对应的点电势相等。把所有与同一个基准点电势相等的点连起来,就是等势线。例3. 用恒定电流的电流场模拟静电场描绘等势线时,下列哪些模拟实验的设计是合理的M NMNM NM A.如图所示圆柱形电极M、N都接电源的正极,模拟等量正点电荷周围的静电场 B.如图所示圆柱形电极M接电源正极,圆环形电极N接电源负极,模拟正点电荷周围附近的静电场 C.如图所示两个平行的长条形电极M、N分别接电源正、负极,模拟平行板电容器间的静电场 D.如图所示圆柱形电极M接电源负极,模拟负点电荷周围的静电场解:用电流场模拟静电场,在导电纸上必须形成电流。由于、两个方案在导电纸上不会形成电流,因此设计不合理。、两个设计是合理的。选BC。2.测定金属的电阻率由于该实验中选用的被测电阻丝的电阻较小,所以测量电路应该选用伏安法中的电流表外接法。本实验对电压的调节范围没有特殊要求,被测电阻又较小,因此供电电路可以选用限流电路。本实验通过的由于金属的电阻率随温度的升高而变大,因此实验中通电时间不能太长,电流也不宜太大,以免电阻丝发热后电阻率发生较明显的变化。由于选用限流电路,为保护电表和电源,闭合电键开始实验前应该注意滑动触头的位置,使滑动变阻器接入电路部分的电阻值最大。例4. 在测定金属的电阻率的实验中,待测金属导线的长约0.8m,直径小于1mm,电阻在5左右。实验主要步骤如下:用_测量金属导线的长度l,测3次,求出平均值;在金属导线的3个不同位置上用_测量直径d,求出平均值;用伏安法测量该金属导线的电阻R。在下边方框中画出实验电路图,并把右图中所给的器材连接成测量电路。安培计要求用0-0.6A量程,内阻约1;伏特计要求用0-3V量程,内阻约几k;电源电动势为6V;滑动变阻器最大阻值20。在闭合电键前,滑动变阻器的滑动触点应处于正确位置。 根据以上测量值,得到该种金属电阻率的表达式为=_。解:米尺;螺旋测微器;测量部分用安培表外接法,电源部分用限流电路或分压电路都可以,电阻率 。 VARS 3.用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻实验电路如右。根据闭合电路欧姆定律:E=U+Ir,本实验电路中电压表的示数是准确的,而电流表的示数比通过电源的实际电流小,所以本实验的系统误差是由电压表的分流引起的。为了减小这个系统误差, 滑动变阻器R的阻值应该小一些,所选用的电压表的内阻应该大一些。I/AU/Vo0.2 0.4 0.63.02.01.0为了减小偶然误差,要多做几次实验,多取几组数据,然后利用U-I图象处理实验数据。将点描好后,用直尺画一条直线,使尽可能多的点落在这条直线上,而且在直线两侧的点数大致相等。这条直线代表的U-I关系的偶然误差比每一组实验数据的偶然误差都小。这条直线在U轴上的截距就是被测电源电动势E(对应的I=0),斜率的绝对值就是被测电源的内阻r。(特别要注意:有时纵坐标的起始点不是0,求内阻的一般式应该是r=|U/I |)。变阻器安培表伏特表电 池电 键例5. 在用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻的实验中,所用的电流表和电压表的内阻分别约为0.1和1k。右边为实验原理图,下边为所需器材的实物图。试按原理图在实物图中画线连接成实验电路。VA I(A)0.120.200.310.320.500.57U(V)1.371.321.241.181.101.05U/VI/A0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.701.001.101.201.301.401.50位同学在实验中记录的6组数据如上表所示,试根据这些数据在右图中画出U-I图线。根据图线可读出被测电池的电动势E=_V,内电阻r=_。解:1.46,0.7194.练习用多用电表测电阻使用前应看一下指针是否指在刻度盘左端的零刻线处。如果不在,就应该进行机械调零:用小螺丝刀轻旋表头正下方中央处的调零螺丝,使指针指左端零刻线。根据被测物理量及其数量级将选择开关旋到相应的位置。读数时还要注意选用刻度盘上对应的量程刻度。1k 100 10 1OFF2.5 10 50 250 500 2.550mA10010150010250V+V使用欧姆挡时,在选好倍率后,还必须进行欧姆调零。方法是:将红、黑表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使指针指右端零刻线处。因此用多用电表的欧姆挡测电阻的操作步骤是:选挡。一般比被测电阻的估计值低一个数量级,如估计值为200就应该选10的倍率。进行欧姆调零。将红黑表笔接被测电阻两端进行测量。将指针示数乘以倍率,得测量值。将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡。用欧姆挡测电阻,如果指针偏转角度太小(即指针所指的刻度值太大),应该增大倍率重新调零后再测;如果指针偏转角度太大(即指针所指的刻度值太小),应该减小倍率重新调零后再测。使用多用电表时,两只手只能握住表笔的绝缘棒部分,不能接触表笔上的金属部分。1k 100 10 1OFF2.5 10 50 250 500 2.550mA10010150010250V+V例6. 多用电表表头的示意图如右。在正确操作的情况下: 若选择开关的位置如灰箭头所示,则测量的物理量是_,测量结果为_。若选择开关的位置如白箭头所示,则测量的物理量是_,测量结果为_。若选择开关的位置如黑箭头所示,则测量的物理量是_,测量结果为_。若选择开关的位置如黑箭头所示,正确操作后发现指针的偏转角很小,那么接下来的正确操作步骤应该依次为:_,_,_。全部测量结束后,应将选择开关拨到_或者_。无论用多用电表进行何种测量(限于直流),电流都应该从色_表笔经_插孔流入电表。5、用多用电表探索黑箱内的电学元件。设定黑箱上有三个接点,两个接点间最多只能接一个元件;黑箱内所接的元件不超过两个。测量步骤和判定:用直流电压挡测量,A、B、C三点间均无电压。用欧姆挡测量,A、C间正、反接阻值不变。用欧姆挡测量,黑表笔接A红表笔接B时测得的阻值较小,反接时测得的阻值较大。用欧姆挡测量,黑表笔接C红表笔接B测得阻值比黑表笔A红表笔接B时测得的阻值大。请根据上述现象判断黑箱内的电学元件及画出电路图。巩固练习选择题1、两根长度都为L的同种材料制成的导线a和b串联后接入电路,使电流从a的起端流入,从b的末端接地,若此导线上各点电势如图所示,则导线a和b的横截面积之比Sa:Sb为( A )A2 :1 B1 :2 C4 :1 D1 :42、如图所示,将一电动势 E=1.5V,内阻r=1.0的电源和粗细均匀的电阻丝相连,电阻线长度L=0.297m,电阻R=99,电容C=0.2F,当滑动触头P以4103m/s的速度向右滑动时,下列说法中正确的是( BC )A电容器C充电,流过电流计G的电流方向为aGbB电容器C放电,流过电流计G的电流方向为bGaC每秒钟电容器两极板的电压减少量的0.02VD流过电流计的电流是4103mA 3、如图所示的电路中,把R由2改变为6时,电流强度减小为原来的一半,则电源的内电阻应为( D )A4 B8 C6 D24、如图所示电路中A、B、C、D是四只相同的电灯,当滑动变阻器的滑键向下滑动时,下列说法正确的是( BD ) AA灯变亮 BB灯变亮 CC灯变亮 DD灯变亮5、如图所示的电路中,电阻R1=10,R2=20,R3=8,电容器电容C=2F,电源电动势()=12V,内阻不计,要使电容器带有4106C的电量,变阻器R的阻值应调为(AD )A8 B16 C20 D40二、实验填空6、某同学利用 “测定电池电动势和内阻” 实验所得的U、I数据,根据电池的输出功率P = IU,得出被测电池组的输出功率P随外电阻R变化的图线如右图所示。若外电路分别为2.5和10的电阻时,它们的实际功率分别为_W和_W。实际使用时,在这两个电阻中选择阻值为_的电阻较好,理由是:_。理论研究证明,当电路的外电阻等于电源电源内阻时,电源电源的输出功率最大,则由上题所得图线可知,被测电池组的内阻r= _,电动势E=_ V。20501030P (W)051015202535R (W)30407、某同学按如图所示的电路进行实验,实验时该同学将变阻器的触片P移到不同位置时测得各电表的示数如下表所示,将电压表内阻看作无限大,电流表内阻看作零。序号A1示数(A)A2示数(A)V1示数(V)V2示数(V)10.600.302.401.2020.440.322.560.48(1)电路中E、r分别为电源的电动势和内阻,R1、R2、R3为定值电阻,在这五个物理量中,可根据上表中的数据求得的物理量是(不要求具体计算) 。(2)由于电路发生故障,发现两电压表示数相同(但不为零),若这种情况的发生是由用电器引起的,则可能的故障原因是 。8、图中A、B、C是多用表在进行不同测量时转换开关分别指示的位置,D是多用表指针在测量时的偏转位置,由此可知:A是_档,若用此档测量,指针位置如D,则读数是_;B是_档,若用此档测量,指针位置如D,则读数是_;(A)(B)(C)OFF1001052.5 10 50 250 51k 100 10 1mAOFF1001051k 100 10 12.5 10 50 250 500mA2.51050250500OFF1001051k 100 10 1mA2.5 10 50 250 500 V(D)1520025304050100105000501021002041503062004082505010C是_档,若用此档测量,指针位置如D,则读数是_。三、计算题9、如图所示电路,变阻器R1最大阻值为4,此时它的有效阻值为2,定值电阻R2=6,电源内阻r=1。当开关闭合时,电源消耗的总功率为16W,输出功率为12W,此时电灯恰好正常发光,求:(1)电灯的电阻。(2)当开关S断开时,要使电灯仍正常发光,R1的滑动片应移至什么位置? 10、如右图所示D为直流电动机,其内阻R0=2,R是小灯泡,标有“3.5V、0.7W”,电源电动势E=4.5V,内阻r=2,闭合电键小灯泡恰好正常发光,电动机正常工作,试求电机的输出功率?11如图所示,电流表读数为0.75A,电压表读数为2V,R3= 4,若某一电阻发生断路,则两电表的读数分别变为0.8A和3.2V.(1)是哪个电阻发生断路?(2)电池的电动势和内电阻分别为多大?12、如右图所示,A、B两点间接一电动势为4V,内电阻为1的直流电源,电阻R1、R2、R3的阻值均为4,电容器的电容为30F,电流表的内阻不计,求:(1)电流表的读数(2)电容器所带的电量;(3)断开电源后,通过R2的电量。13、如图所示,电流表读数为0.75A,电压表读数为2V,R3= 4,若某一电阻发生断路,则两电表的读数分别变为0.8A和3.2V.(1)是哪个电阻发生断路?(2)电池的电动势和内电阻分别为多大?参考答案1、A 2、BC 3、D 4、BD 5、AD6、40,40,10,在功率相同时,10的效率高,5,307、E,R1,R2,R2发生断路或者RP短路8、欧姆,15000;直流电流,4.9mA;直流电压,24.5V9、2,410、0.87W11、R2发生断路,E=4V,r=112、0.8A,9.610-5C,4.810-5C13、0.1m/s,水平向左- 配套讲稿:
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