2021_2021学年新教材高中物理第十一章电路及其应用核心考点突破含解析新人教版必修.doc

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1、第十一章 电路及其应用电学实验的基本问题一、仪器的读数及改装【典例】小明在实验室测量某金属丝的电阻率时,经分析需要一个量程为6 V的电压表与一个量程为0.6 A的电流表,但实验室为其提供的器材有两个满偏电流为Ig=3 mA、内阻为Rg=120 的电流表,两个最大阻值为9 999.9 的电阻箱。现用以上器材改装成满足上述要求的电压表和电流表,要得到量程为6 V的电压表需将_联的电阻箱调到_,要得到量程为0.6 A的电流表需将_联的电阻箱调到_。【解析】要将提供的电流表改装成量程为6 V的电压表,应串联一个电阻,设应串联电阻的阻值为R1,则Ug=IgRg=310-3120 V=0.36 V,=U-

2、Ug=6 V-0.36 V=5.64 V,根据串联电路中的电压分配关系可得R1=Rg=120 =1 880 ,即应串联一个1 880 的电阻,故串联的电阻箱应调到1 880 。要将提供的电流表改装成量程为0.6 A的电流表,应并联一个电阻,设应并联电阻的阻值为R2,则=I-Ig=0.6 A-310-3 A=0.597 A,根据并联电路中的电流分配关系可得R2=Rg=120 =0.6 ,即应并联一个0.6 的电阻,故并联的电阻箱应调到0.6 。答案:串1 880并0.6【方法技巧】1.两种电表的读数方法:电流表电压表符号参数量程:00.6 A,03 A内阻:小于1 量程:03 V,015 V内阻

3、:3 k,15 k读数方法视线垂直于刻度盘表面,一般都需估读,3 A量程估读到最小分度的,0.6 A量程的估读到最小分度的视线垂直于刻度盘表面,一般都需估读,3 V量程估读到最小分度的,15 V量程的估读到最小分度的2.电表的改装:项目小量程电流表G改装成大量程电压表V小量程电流表G改装成大量程电流表A电路结构R的作用分压分流扩大量程的计算U=Ig(R+Rg)R=-RgIgRg=(I-Ig)RR=Rg电表的总内阻RV=Rg+RRA=使用并联在被测电路中,“+”接线柱接电势较高的一端串联在被测支路中,电流从“+”接线柱流入【素养训练】1.如图甲所示为某次测量时电压表的刻度盘的情形,若当时使用的是

4、该表的03 V量程,那么电压表读数为_V,若当时使用的是该表的015 V量程,那么电压表读数应为_V;如图乙所示的电阻箱的读数为_。【解析】03 V量程最小刻度是0.1 V,要向下估读一位,读1.15 V(由于最后一位是估读的,有偶然误差,读成1.141.16 V都算正确)。015 V量程最小刻度为0.5 V,只要求读到0.1 V这一位,所以读5.7 V(5.65.8 V都算正确)。图乙中的电阻箱有6个旋钮,每个旋钮上方都标有倍率,将每个旋钮上指针所指的数值(都为整数)乘以各自的倍率,从最高位依次往下读,即可得到电阻箱的读数为84 580.2 。答案:1.155.784 580.22.用螺旋测

5、微器测圆柱体的直径时,示数如图甲所示,此示数为_mm。用游标为50分度的卡尺(测量值可准确到0.02 mm)测定某圆柱的直径时,卡尺上的示数如图乙所示,可读出圆柱的直径为_mm。【解析】螺旋测微器读数时,首先要明确其精确度为0.01 mm,读取固定刻度上的数值时,要看半毫米刻度线是否露出;游标卡尺读数时应注意精确度、单位,读法为主尺读数加游标尺读数。螺旋测微器读数为(8+11.60.01) mm=8.116 mm。游标卡尺读数为(42+60.02) mm=42.12 mm。答案:8.11642.12二、测量电路与控制电路的选择与设计【典例】有一个电阻Rx,其阻值大约是10 ,请选择适当的器材,

6、以便测量其阻值。可供选择的电路如图。可供选择的器材是:A.电动势4.5 V、内阻不计的电源EB.量程为15 V、内阻10 k的电压表V1C.量程为3 V、内阻6 k的电压表V2D.量程为300 mA、内阻4 的电流表A1E.量程为5 A、内阻2 的电流表A2F.最大阻值20 、额定电流1.5 A的滑动变阻器R1G.最大阻值500 、额定电流0.5 A的滑动变阻器R2H.开关和若干根导线。则选用的电路是_(选填“甲”或“乙”),选用的器材是_(填器材的字母代号)。【解析】Rx的阻值大约为10 ,与电流表内阻接近,因此用电流表外接法,同时Rx的阻值小于滑动变阻器的总阻值,因而采用限流接法,故选用甲

7、电路;电源电动势E=4.5 V,E=Im(Rx+RA),Im= A=0.321 A=321 mA或Im= A=0.375 A=375 mA,电流表选D。U=ImRx=0.32110 V=3.21 V,因而电压表选C,变阻器R2最大值为500 ,与Rx偏差太大,因此变阻器选F。答案:甲A、C、D、F、H【方法技巧】1.测量电路:(1)电流表的内接法和外接法的比较。(2)两种电路的选择。阻值比较法:先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较,若Rx较小,宜采用电流表外接法;若Rx较大,宜采用电流表内接法。简单概括为“大内偏大、小外偏小”。临界值计算法:Rx时,用电流表内接法。实验试探法:按图

8、所示接好电路,让电压表一根接线柱P先后与a、b处接触一下,如果电压表的示数有较大的变化,而电流表的示数变化不大,则可采用电流表外接法;如果电流表的示数有较大的变化,而电压表的示数变化不大,则可采用电流表内接法。2.控制电路:(1)滑动变阻器的限流式接法和分压式接法。(2)必须选用分压式的“3种情况”。若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求,即若滑动变阻器阻值调到最大时,待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程,或超过待测电阻的额定电流(或电压),则必须选用分压式接法。若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多,以致在限流电路中,滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时,待测电阻上的电

9、流或电压变化不明显,此时,应改用分压式接法。若实验中要求电压从零开始调节,则必须采用分压式接法。【素养训练】为了测量某待测电阻Rx的阻值(约为30 ),有以下一些器材可供选择。电流表A1(量程050 mA,内阻约10 );电流表A2(量程03 A,内阻约0.12 );电压表V1(量程03 V,内阻很大);电压表V2(量程015 V,内阻很大);电源E(电动势约为3 V,内阻约为0.2 );定值电阻R(20 ,允许最大电流1.0 A);滑动变阻器R1(010 ,允许最大电流2.0 A);滑动变阻器R2(01 k,允许最大电流0.5 A);单刀单掷开关S一个,导线若干。(1)电流表应选_,电压表应

10、选_,滑动变阻器应选_。(填字母代号)(2)请在虚线框内画出测量电阻Rx的实验电路图。(要求所测量范围尽可能大)(3)某次测量中,电压表示数为U时,电流表示数为I,则计算待测电阻阻值的表达式为Rx=_。【解析】(1)首先选取唯一性器材:电源E(电动势约为3 V,内阻约为0.2 ),定值电阻R(20 ,允许最大电流1.0 A),单刀单掷开关S,导线。电源电动势约为3 V,所以电压表选择V1(量程03 V,内阻很大);待测电阻Rx的阻值约为30 ,流过Rx的最大电流为=0.1 A=100 mA,如果电流表选择A2(量程03 A,内阻约0.12 ),指针偏转很小,测量不准确,所以只能选择A1(量程0

11、50 mA,内阻约10 );滑动变阻器R2的全值电阻太大,操作不便,所以滑动变阻器应选R1(010 ,允许最大电流2.0 A)。(2)因为实验要求所测量范围尽可能大,所以滑动变阻器应采用分压接法;因为待测电阻Rx的阻值远小于电压表内阻,所以电流表采用外接法;为了使流过电流表的电流不超过其最大量程,即50 mA,应给待测电阻串联一个定值电阻R,起保护作用。实验原理图如图所示。(3)根据欧姆定律可得Rx=-R。答案:(1)A1V1R1(2)见解析图(3)-R三、多用电表检测电路故障的分析方法【典例】如图是某同学连接的实验实物图,合上开关S后,发现灯A、B都不亮。他采用下列两种方法检查故障:(1)用

12、多用电表的直流电压挡进行检查:那么选择开关应置于下列量程的_挡。(用字母序号表示)A.2.5 VB.10 VC.50 VD.250 V在测试a、b间直流电压时,红表笔应接触_(选填“a”或“b”)。该同学测试结果如表所示,根据测试结果,可以判定故障是_(假设只有下列中的某一项有故障)。测试点电压表示数a、b有示数c、b有示数c、d无示数d、f有示数A.灯A断路B.灯B短路C.c、d段断路D.d、f段断路(2)用欧姆挡检查:测试前,应将开关S_(选填“断开”或“闭合”)。测量结果如表所示,由此可以断定故障是()测试点表头指针示数c、d有示数e、f有示数d、e无穷大A.灯A断路B.灯B断路C.灯A

13、、B都断路D.d、e间导线断路【解析】(1)用多用电表的直流电压挡进行测量时,实质上是用电压表测量,而电压表内阻很大,若并联在断路处(设有一处发生断路)时,电路接通,电压表示数应为电源的电动势,并联在未断路处,示数为零。因此,用多用电表的直流电压挡进行检查电路时,电压表的量程必须大于电源的电动势,为了使示数明显,选择量程不宜过大,而电源的电动势约为6 V,故选10 V量程即可。测试时红表笔应接电势高的a点。因合上开关S后,A、B灯都不亮,又只有某一项有故障,所以只发生断路的故障。根据测试结果,a、b间有示数,说明a电源b完好;c、b间有示数,说明ca电源b完好;c、d间无示数,说明c灯Ad间完

14、好;d、f有示数,说明dca电源bf完好。综上分析应是d、f段断路。(2)用欧姆挡检查时,测试前应首先将开关S断开。根据测试结果,接c、d时有示数,说明不是灯A断路;接e、f时有示数,说明也不是灯B断路;接d、e间时电阻无穷大,可以断定是d、e间导线断路。答案:(1)BaD(2)断开D【方法技巧】1.用电压表检查故障:(1)断路故障判断:用电压表与电源并联,若有示数,再逐段与电路并联,若电压表指针偏转,则说明该段电路中有断点。(2)短路故障判断:用电压表与电源并联,若有示数,再逐段与电路并联,若电压表示数为零,则说明该段电路被短路。2.用欧姆表检查故障:用欧姆表检查故障,一定要注意将待测部分与

15、电路断开。若测得某段电路的电阻为零,说明该部分短路;若测得某段电路的电阻无穷大,说明该部分断路。【素养训练】在如图甲所示的电路中,四节干电池串联,小灯泡A、B的规格均为“3.8 V,0.3 A”,合上开关S后,无论怎样移动滑动片,A、B灯都不亮。(1)用多用电表的直流电压挡检查故障。选择开关置于下列量程的_挡较为合适(用字母序号表示);A.2.5 VB.10 VC.50 VD.250 V测得c、d间电压约为5.8 V,e、f间电压为0,则故障是_。A.A灯丝断开B.B灯丝断开C.d、e间连线断开D.B灯被短路(2)接着换用欧姆表的“1”挡测电阻,欧姆表经过欧姆调零。测试前,一定要将电路中的开关

16、S_。测c、d间和e、f间电阻时,某次测试结果如图乙所示,读数为_,此时测量的是_间电阻。根据小灯泡的规格计算出的电阻为_,它不等于测量值,原因是:_。【解析】(1)因电源为四节干电池,故电动势E=6 V,则应选电压表10 V量程挡较合适;因c、d间电压为5.8 V,而e、f间电压为零,故应为A灯丝断开,B灯丝良好。(2)用欧姆表测电路中电阻的阻值时,一定要将电路断开测量;由乙图读数知电阻阻值为6 ,应为灯泡B的阻值,即测量的为e、f间电阻;由R=得R=12.7 ,与欧姆表测得阻值相差较大,是因为欧姆表测得的电阻是未通电工作时的电阻,温度较低,电阻率偏小,阻值偏小。答案:(1)BA(2)断开6e、f12.7欧姆表测量时灯泡未工作,灯泡温度低,电阻小- 9 -