專題十 恒定電流
考情解讀
課標(biāo)要求1.觀察并能識(shí)別常見的電路元器件,了解它們?cè)陔娐分械淖饔?會(huì)使用多用電表.2.通過實(shí)驗(yàn),探究并了解金屬導(dǎo)體的電阻與材料、長(zhǎng)度和橫截面積的定量關(guān)系.會(huì)測(cè)量金屬絲的電阻率.3.了解串、并聯(lián)電路電阻的特點(diǎn).4.理解閉合電路歐姆定律.會(huì)測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻.5.理解電功、電功率及焦耳定律,能用焦耳定律解釋生產(chǎn)生活中的電熱現(xiàn)象.6.能分析和解決家庭電路中的簡(jiǎn)單問題,能將安全用電和節(jié)約用電的知識(shí)應(yīng)用于生活實(shí)際.
考情解讀
命題探究1.命題分析:高考對(duì)本專題的考查,主要圍繞電路展開,涉及電路的計(jì)算、故障判斷和動(dòng)態(tài)變化分析.特別是電路的測(cè)量問題,要求學(xué)生能根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求選擇器材、設(shè)計(jì)電路、讀取數(shù)據(jù)、分析誤差等.2.趨勢(shì)分析:試題考法靈活多變,對(duì)實(shí)驗(yàn)綜合能力要求較高,學(xué)生應(yīng)予以高度重視,尤其是對(duì)歐姆表的應(yīng)用.
考情解讀
核心素養(yǎng)聚焦物理觀念:1.認(rèn)識(shí)電路及其特點(diǎn),理解電源電動(dòng)勢(shì)等重要概念;2.掌握焦耳定律、閉合電路歐姆定律的應(yīng)用.科學(xué)思維:1.分析電路結(jié)構(gòu),判斷電路有關(guān)問題;2.用閉合電路歐姆定律計(jì)算電路有關(guān)問題.科學(xué)探究:1.善于發(fā)現(xiàn)問題,提出合理猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析論證、反思評(píng)估;2.通過創(chuàng)設(shè)問題情境,激發(fā)探究欲望,提高實(shí)驗(yàn)探究能力.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任:1.樹立安全用電、節(jié)約用電的思想意識(shí);2.通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是和持之以恒的科學(xué)態(tài)度.
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考點(diǎn)幫·必備知識(shí)通關(guān)
考點(diǎn)1 電路的分析與計(jì)算
考法幫·解題能力提升
考法1 “柱體微元”模型的應(yīng)用
考法2 電功、電熱及電功率的求解
高分幫·“雙一流”名校沖刺
重難突破 閉合電路動(dòng)態(tài)變化問題
考法3 閉合電路問題的分析與計(jì)算
考法4 含電容器電路問題的分析與計(jì)算
考法5 U-I圖像問題的分析與計(jì)算
考法6 電路故障問題的分析
考點(diǎn)幫·必備知識(shí)通關(guān)
考點(diǎn)2 實(shí)驗(yàn):測(cè)定金屬的電阻率
考法幫·解題能力提升
考法1 實(shí)驗(yàn)器材的使用與讀數(shù)
考法2 伏安法測(cè)電阻的原理和方法
考法3 實(shí)驗(yàn)器材的選擇和實(shí)物連線
考法4 利用圖像分析求解實(shí)驗(yàn)問題
高分幫·“雙一流”名校沖刺
重難突破1 電表的改裝及校對(duì)
考法5 電流表和電壓表的非常規(guī)用法
重難突破2 電表內(nèi)阻的測(cè)量
考點(diǎn)幫·必備知識(shí)通關(guān)
考點(diǎn)3 實(shí)驗(yàn):描繪小電珠的伏安特性曲線
考法幫·解題能力提升
考法1 實(shí)驗(yàn)原理與方法
考法2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與誤差分析
考法3 伏安特性曲線的遷移與應(yīng)用
考點(diǎn)幫·必備知識(shí)通關(guān)
考點(diǎn)4　實(shí)驗(yàn):測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻
考法幫·解題能力提升
考法1 利用“伏安法”測(cè)E、r
考法2 利用“伏阻法”測(cè)E、r
高分幫·“雙一流”名校沖刺
科學(xué)創(chuàng)新 實(shí)驗(yàn)原理的遷移與方法創(chuàng)新
考法3 利用“安阻法”測(cè)E、r
考點(diǎn)幫·必備知識(shí)通關(guān)
考點(diǎn)5 實(shí)驗(yàn):練習(xí)使用多用電表
考法幫·解題能力提升
考法1 多用電表的原理及電路結(jié)構(gòu)分析
考法2 多用電表的使用與讀數(shù)
考法3 歐姆表測(cè)量原理及誤差分析
考法4 利用多用電表檢測(cè)電路故障
高分幫·“雙一流”名校沖刺
重難突破 對(duì)多用電表問題的綜合考查
考法5 利用多用電表探索黑箱中的電學(xué)元件
考點(diǎn)1 電路的分析與計(jì)算
考點(diǎn)幫 必備知識(shí)通關(guān)
1.串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)
考點(diǎn)幫 必備知識(shí)通關(guān)
2.公式R= 與R= 的比較
考點(diǎn)幫 必備知識(shí)通關(guān)
3.公式I= 、I= 及I=neSv的比較
考點(diǎn)幫 必備知識(shí)通關(guān)
4.電源電動(dòng)勢(shì)與電勢(shì)差的區(qū)別和聯(lián)系
考點(diǎn)幫 必備知識(shí)通關(guān)
5.電功和電熱、電功率和熱功率的區(qū)別
考點(diǎn)幫 必備知識(shí)通關(guān)
應(yīng)用·實(shí)踐(1)純電阻電路相關(guān)實(shí)例:電飯鍋、電爐、轉(zhuǎn)子被卡住時(shí)的電動(dòng)機(jī)等;(2)非純電阻電路相關(guān)實(shí)例:電動(dòng)機(jī)、電解槽、日光燈等.
6.閉合電路歐姆定律的三種表達(dá)(1)電流表達(dá):I= (只適用于純電阻電路)(2)電壓表達(dá):E=U外+U內(nèi)(適用于任何電路)(3)功率表達(dá):IE=IU+I2r(適用于任何電路)
考點(diǎn)幫 必備知識(shí)通關(guān)
7.閉合電路歐姆定律的功率問題
考點(diǎn)幫 必備知識(shí)通關(guān)
考法幫 解題能力提升
考法1 “柱體微元”模型的應(yīng)用
示例1 [2015安徽,17,6分]一根長(zhǎng)為L(zhǎng)、橫截面積為S的金屬棒,其材料的電阻率為ρ,棒內(nèi)單位體積自由電子數(shù)為n,電子的質(zhì)量為m,電荷量為e.在棒兩端加上恒定的電壓時(shí),棒內(nèi)產(chǎn)生電流,自由電子定向運(yùn)動(dòng)的平均速率為v,則金屬棒內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為
A. B. C.ρnev D.
考法幫 解題能力提升
解析：由電流的微觀表達(dá)式I=neSv和電阻定律R=ρ ,知棒兩端電壓U=IR=ρnevL,棒內(nèi)電場(chǎng)視為勻強(qiáng)電場(chǎng),則E= =ρnev,C正確.
歸納總結(jié)：利用“柱體微元”模型求解電流的微觀問題時(shí),注意以下基本思路:設(shè)“柱體微元”的長(zhǎng)度為L(zhǎng),橫截面積為S,單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n,每個(gè)自由電荷的電荷量為q,電荷定向移動(dòng)的速率為v,則1.柱體微元中的總電荷量為Q=nLSq;2.自由電荷通過橫截面的時(shí)間t= ;3.電流的微觀表達(dá)式I= =nqvS.
考法幫 解題能力提升
考法2 電功、電熱及電功率的求解
示例2 一臺(tái)小型電動(dòng)機(jī)在3 V電壓下工作,用此電動(dòng)機(jī)提升重力為4 N的物體時(shí),通過電動(dòng)機(jī)的電流是0.2 A.在30 s內(nèi)電動(dòng)機(jī)可將該物體勻速提升3 m.若不計(jì)除電動(dòng)機(jī)線圈生熱之外的能量損失,求:(1)電動(dòng)機(jī)的輸入功率;(2)在開始提升物體后的30 s內(nèi),電動(dòng)機(jī)線圈所產(chǎn)生的熱量;(3)電動(dòng)機(jī)線圈的電阻.
考法幫 解題能力提升
思維導(dǎo)引：根據(jù)題目中所給條件,物體重力為4 N,在30 s內(nèi)勻速提升3 m,可求出電動(dòng)機(jī)對(duì)外做功的功率P機(jī)=mgv,再根據(jù)非純電阻電路能量關(guān)系及焦耳定律,即可求出線圈所產(chǎn)生的熱量和電動(dòng)機(jī)線圈電阻.
解析：
(1)電動(dòng)機(jī)的輸入功率P入=UI=3×0.2 W=0.6 W.(2)電動(dòng)機(jī)提升物體的機(jī)械功率P機(jī)=Fv=mg· =0.4 W由能量守恒定律分析可得P入=P機(jī)+P熱故P熱=P入-P機(jī)=(0.6-0.4) W=0.2 W所以電動(dòng)機(jī)線圈產(chǎn)生的熱量Q=P熱t(yī)=0.2×30 J=6 J.(3)根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt可得線圈電阻R= = Ω=5 Ω.
考法幫 解題能力提升
歸納總結(jié)1.在非純電阻電路中,歐姆定律不再適用,不能用歐姆定律求電流,要用P=UI求電流.2.在非純電阻電路中,電功大于電熱,即W>Q,這時(shí)電功只能用W=UIt計(jì)算,電熱只能用Q=I2Rt計(jì)算,兩式不能通用.
考法幫 解題能力提升
考法3 閉合電路問題的分析與計(jì)算
示例3 [2016江蘇,8,4分,多選]如圖所示的電路中,電源電動(dòng)勢(shì)為12 V,內(nèi)阻為2 Ω,四個(gè)電阻的阻值已在圖中標(biāo)出.閉合開關(guān)S,下列說法正確的有 A.路端電壓為10 VB.電源的總功率為10 WC.a、b間電壓的大小為5 VD.a、b間用導(dǎo)線連接后,電路的總電流為1 A
考法幫 解題能力提升
解析：外電路的總電阻R=10 Ω,由閉合電路歐姆定律可得電路中的總電流I= =1 A,因此路端電壓U=E-Ir=12 V-1×2 V=10 V,選項(xiàng)A正確;電源的總功率P=EI=12 W,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;由圖(a)可知Uab=UaO-UbO=-15×0.5 V+5×0.5 V=-5 V,選項(xiàng)C正確;當(dāng)a、b間用導(dǎo)線連接后,外電路的等效電路如圖(b)所示,外電路中的總電阻R'=7.5 Ω,電路中的總電流I'= = A≠1 A,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.
考法幫 解題能力提升
歸納總結(jié) 解電路問題時(shí)必須要對(duì)電路進(jìn)行認(rèn)真分析,弄清電路結(jié)構(gòu),明確各用電器的串、并聯(lián)關(guān)系,明確電流表、電壓表所測(cè)量的是哪部分電路的電流、電壓等.注意： 1.凡接在相同等勢(shì)點(diǎn)上的兩個(gè)用電器為并聯(lián)關(guān)系,凡通過同一電流的用電器為串聯(lián)關(guān)系;2.凡用導(dǎo)線直接連接的各點(diǎn)的電勢(shì)必相等(包括用不計(jì)內(nèi)阻的電流表連接的點(diǎn));3.在沒有特別說明的情況下,不考慮電表對(duì)電路的影響,電流表視為短路,電壓表、電容器視為斷路.
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感悟反思　 電路功能問題求解1.對(duì)電路的分析,看是純電阻電路還是非純電阻電路.若是純電阻電路,考慮利用P總=I2(R+r)= ;若是非純電阻電路,考慮利用P總=EI=U外I+U內(nèi)I=P出+P內(nèi).2.審題的核心是分析清楚題目中電能的輸入與輸出途徑及所涉及的功率的來(lái)龍去脈,善于從能量角度出發(fā),圍繞能量守恒定律,利用“電功=電熱+其他能量”尋找等量關(guān)系求解.
考法幫 解題能力提升
3.純電阻電路中可以利用電源的輸出功率P出隨外電阻R變化的曲線進(jìn)行分析.由圖像可知:(1)當(dāng)R=r時(shí),電源的輸出功率最大,為Pmax= ;(2)當(dāng)R>r時(shí),隨著R的增大,輸出功率越來(lái)越小;(3)當(dāng)RE2,可得r1>r2.電源輸出電壓U與電路中電流I的關(guān)系為U=E-Ir,由題意知外電路電阻為R時(shí),兩電路中的電流大小相等,故此時(shí)兩個(gè)電源的輸出電壓隨電流變化關(guān)系圖像
應(yīng)為圖示中兩條相交的直線a、b,且交點(diǎn)處電流為I0,輸出電壓為U0=RI0,同時(shí)過原點(diǎn)O與該交點(diǎn)的直線即電阻為R時(shí)的U-I圖線.若將R減小為R',如圖所示,外電路電阻為R'時(shí)的圖線與兩個(gè)電源的輸出電壓的U-I圖線分別交于兩個(gè)不同的點(diǎn).與電源1圖線的交點(diǎn)處的電流值和電壓值均小于與電源2圖線的交點(diǎn)處的電流值和電壓值,根據(jù)輸出功率的定義P=UI可知,外電阻降為R'時(shí),電源1的輸出功率小于電源2的輸出功率,即P1R真.分析如下:電阻調(diào)零時(shí),Ig= ;測(cè)量電阻時(shí),I= .故I= = .電池用久后,E減小,由公式可知I隨之減小,從而指針指示的電阻刻度值偏大,即R測(cè)>R真.
考法幫 解題能力提升
考法4 利用多用電表檢測(cè)電路故障
示例4 電磁式多用電表是實(shí)驗(yàn)室中常用的測(cè)量?jī)x器,通過轉(zhuǎn)換開關(guān)擋位的調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)不同的測(cè)量功能.(1)測(cè)量時(shí)多用電表指針在如圖1所示的位置,若選擇開關(guān)處于“10 mA”擋,其讀數(shù)為 mA;若選擇開關(guān)處于“×10 Ω”擋,指針指在“5”和“10”的正中間,指針附近的其他刻度模糊,則被測(cè)電阻的阻值 75 Ω(選填“大于”“等于”或“小于”).
圖1
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(2)多用電表處于歐姆擋時(shí),其電路原理如圖2所示,表內(nèi)電源電動(dòng)勢(shì)為E,測(cè)量電路中電流I與待測(cè)電阻阻值Rx的關(guān)系圖像如圖3所示.則①圖2中A為 (填“紅表筆”或“黑表筆”); ②圖3中圖線的函數(shù)表達(dá)式為I= (用題以及題圖中符號(hào)表示).
考法幫 解題能力提升
(3)某同學(xué)連接了如圖4所示的電路,閉合開關(guān)S后,發(fā)現(xiàn)兩燈都不亮.他用多用電表的電壓擋對(duì)電路進(jìn)行檢測(cè),其結(jié)果如下表,由此可以斷定故障是 (假定只有一處故障,填字母).A.燈B短路 B.燈A斷路C.de段斷路 D.cd段斷路
考法幫 解題能力提升
破題關(guān)鍵：(1)電表讀數(shù)時(shí)要注意估讀.(2)多用電表中紅黑表筆電流關(guān)系為“紅進(jìn)黑出”.(3)分析I-Rx關(guān)系時(shí),要從閉合電路歐姆定律進(jìn)行推導(dǎo).(4)用電壓表檢查電路時(shí),電壓表有示數(shù),說明與電壓表串聯(lián)部分是通路且與電壓表并聯(lián)部分可能斷路;而電壓表無(wú)示數(shù)時(shí),說明與電壓表串聯(lián)部分?jǐn)嗦?
考法幫 解題能力提升
解析：(1)根據(jù)電流表讀數(shù)規(guī)則可知,若選擇開關(guān)處于“10 mA”擋,其讀數(shù)為6.8 mA;由于歐姆擋刻度不均勻,越靠近最大電阻,單位刻度所代表的阻值越大,所以指針指在“5”與“10”正中間,所測(cè)電阻的阻值應(yīng)小于 75 Ω.(2)由歐姆表內(nèi)部電源正極連接黑表筆知,A為紅表筆;歐姆表的中值電阻等于歐姆擋的內(nèi)部電阻,根據(jù)題圖3知,歐姆擋的內(nèi)部電阻為R1,根據(jù)閉合電路歐姆定律得I= .因E=R1Ig,故又有I= 或I= .(3)由于d、e間有示數(shù),說明d與電源之間和e與電源之間線路均完好,c、d間無(wú)示數(shù),說明c與電源之間和d與電源之間有斷路部分,綜上可知de段斷路,故選C.
考法幫 解題能力提升
拓展延伸多用電表可通過將選擇開關(guān)置于不同的擋位,實(shí)現(xiàn)電壓表、電流表及歐姆表的功能,檢查電路故障時(shí)可以靈活選用不同的方法.1.電壓表檢測(cè)法(1)電路斷路檢測(cè):電壓表與電源并聯(lián),其中一端不動(dòng),另一端與電路各部分依次接觸,有示數(shù)說明電壓表所測(cè)兩點(diǎn)間有斷路,無(wú)示數(shù)說明是通路,從有示數(shù)到無(wú)示數(shù)的部分為電路斷路發(fā)生點(diǎn).(2)電路短路檢測(cè):先將電壓表與電源并聯(lián),若電壓表無(wú)示數(shù),說明電源短路;若電壓表有示數(shù),再將電壓表依次與電路中各部分并聯(lián),有示數(shù)說明該部分沒有短路,無(wú)示數(shù)說明該部分為短路發(fā)生點(diǎn).
考法幫 解題能力提升
2.歐姆表檢測(cè)法利用多用電表的歐姆擋也可以對(duì)電路故障進(jìn)行檢測(cè).通常選擇小倍率歐姆擋位,將表筆與被測(cè)各部分依次并聯(lián),通過測(cè)量被測(cè)部分的電阻來(lái)判定電路故障.若歐姆表示數(shù)較大,說明被測(cè)兩點(diǎn)間有斷路;若歐姆表示數(shù)非常小,說明被測(cè)兩點(diǎn)間是通路.歐姆表檢測(cè)法使用時(shí)需要注意三點(diǎn):(1)為了提高測(cè)試靈敏度,應(yīng)選擇小倍率歐姆擋位;(2)被檢測(cè)電路必須與電路中的電源斷開;(3)歐姆表檢測(cè)法主要用于斷路檢測(cè).
考法幫 解題能力提升
3.電流表檢測(cè)法當(dāng)電路中發(fā)生斷路時(shí),也可以在原電路中引入一個(gè)電流表,通過電流表示數(shù)的變化來(lái)判定斷路發(fā)生點(diǎn).為了保護(hù)電流表不被燒毀,通常把電流表與一個(gè)定值電阻串聯(lián)后,一端與電源相連,另一端與電路各部分測(cè)試點(diǎn)依次試觸,若有示數(shù)說明觸點(diǎn)外側(cè)是通路,若無(wú)示數(shù)說明觸點(diǎn)外側(cè)有斷路,從有示數(shù)到無(wú)示數(shù)的部分為電路斷路發(fā)生點(diǎn).此種方法主要用于斷路故障的檢測(cè).
考法幫 解題能力提升
考法5 利用多用電表探索黑箱中的電學(xué)元件
示例5 如圖甲所示的黑箱中有三個(gè)完全相同的電學(xué)元件,小明使用多用電表對(duì)其進(jìn)行探測(cè).(1)在使用多用電表前,發(fā)現(xiàn)指針不在左邊“0”刻度線處,應(yīng)先調(diào)整圖乙中多用電表的 (填“A”“B”或“C”). (2)在用多用電表的直流電壓擋探測(cè)黑箱a、b接點(diǎn)間是否存在電源時(shí),一表筆接a,另一表筆應(yīng) (填 “短暫”或“持續(xù)”)接b,同時(shí)觀察指針偏轉(zhuǎn)情況.
考法幫 解題能力提升
(3)在判定黑箱中無(wú)電源后,將選擇開關(guān)旋至“×1”擋,調(diào)節(jié)好多用電表,測(cè)量各接點(diǎn)間的阻值.測(cè)量中發(fā)現(xiàn),每對(duì)接點(diǎn)間正反向阻值均相等,測(cè)量記錄如表所示.兩表筆分別接a、b時(shí),多用電表的示數(shù)如圖乙所示.請(qǐng)將記錄表補(bǔ)充完整,并畫出黑箱中一種可能的電路.
考法幫 解題能力提升
解析：(1)根據(jù)多用電表使用前的調(diào)整順序可知,先要機(jī)械調(diào)零,再歐姆調(diào)零,故選A.(2)要使表筆跟黑箱短暫接觸,否則,若a、b兩點(diǎn)間電壓過大容易損壞電表.(3)多用電表選擇開關(guān)旋至“×1”擋時(shí),讀數(shù)為5.0 Ω.黑箱中有三個(gè)完全相同的電學(xué)元件,接b、c時(shí)Rbc=15.0 Ω最大,接a、b時(shí),Rab=5.0 Ω最小,可能每個(gè)元件電阻均為5.0 Ω,即b、c間三個(gè)元件串聯(lián),a、b間只有一個(gè)元件,a、c間有兩個(gè)電學(xué)元件串聯(lián),如圖1所示.若每個(gè)電學(xué)元件電阻均為10 Ω,則Rbc=15.0 Ω最大,說明b、c間有兩個(gè)元件并聯(lián)后與第三個(gè)元件串聯(lián);Rab=5.0 Ω最小,說明a、b間有兩個(gè)元件并聯(lián);Rac=10.0 Ω,說明a、c間只有一個(gè)元件,如圖2所示.
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歸納總結(jié)
探測(cè)黑箱內(nèi)元件的操作程序:作出初步判斷后,再根據(jù)各接點(diǎn)間的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯推理,判斷黑箱內(nèi)有哪些電學(xué)元件(電阻、電源、二極管等),并最終確定各元件的位置和連接方式.
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重難突破 對(duì)多用電表問題的綜合考查
縱觀對(duì)多用電表的原理和應(yīng)用的考查,可以發(fā)現(xiàn)近年試題不再局限于簡(jiǎn)單的測(cè)電阻或讀數(shù)上,往往在多用電表的原理、改裝、一表多用等方面綜合考查,還有測(cè)多用電表歐姆擋內(nèi)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻等方面的延展性考查,給人的感覺是三年一小步、五年一大步,?？汲Ｐ?
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示例6 [多用電表的多種使用方式]在練習(xí)使用多用電表的實(shí)驗(yàn)中.請(qǐng)完成下列問題.(1)用多用電表測(cè)量某元件的電阻,選用“×100”倍率的電阻擋測(cè)量,發(fā)現(xiàn)多用電表指針偏轉(zhuǎn)角度過小,因此需選擇倍率為 (填“×10”或“×1 k”)的電阻擋,并需 (填操作過程)后,再次進(jìn)行測(cè)量,多用電表的指針如圖甲所示,測(cè)量結(jié)果為 Ω.
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(2)某同學(xué)設(shè)計(jì)出一個(gè)歐姆表,用來(lái)測(cè)量電阻,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖乙所示,其中電源內(nèi)阻r=1.0 Ω,電流表G的量程為Ig,故能通過讀取流過電流表G的電流值而得到被測(cè)電阻的阻值.該同學(xué)想用一個(gè)電阻箱來(lái)測(cè)出電路中電源的電動(dòng)勢(shì)E和表頭的量程Ig,進(jìn)行如下操作步驟:a.兩表筆間先不接入任何電阻,閉合開關(guān)S,調(diào)滑動(dòng)變阻器使表頭滿偏;b.將歐姆表與電阻箱連成閉合回路,改變電阻箱阻值;記下電阻箱示數(shù)Rx和與之對(duì)應(yīng)的電流表G的示數(shù)I;c.根據(jù)記錄的各組Rx,I的數(shù)據(jù)得到 - 圖線如圖丙所示;d.根據(jù)圖丙求出電源的電動(dòng)勢(shì)E和表頭的量程Ig.由圖丙可知電源的電動(dòng)勢(shì)為 V,歐姆表總內(nèi)阻為 Ω,電流表G的量程為 .
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解析：(1)多用電表指針偏轉(zhuǎn)角度過小說明指針靠近無(wú)窮處,所以要換高擋位,因此需選擇×1 k擋,同時(shí)注意歐姆調(diào)零;多用電表的測(cè)量結(jié)果為6 000 Ω.(2)d.設(shè)電流表G所在回路中(除電源內(nèi)阻外)電阻之和為R,由閉合電路歐姆定律解得I= 由分流原理得Ig= I聯(lián)立兩式整理得 = + ×
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結(jié)合題圖可知 =4 A-1 = 解得E=1.5 V,R=5 Ω,所以歐姆表總內(nèi)阻為R+r=6 Ω電流表G的滿偏值Ig= =0.25 A故其量程為0~0.25 A.
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示例7 [多用電表的改裝和校準(zhǔn)] [2019全國(guó)Ⅲ,23,10分]某同學(xué)欲將內(nèi)阻為98.5 Ω、量程為100 μA的電流表改裝成歐姆表并進(jìn)行刻度和校準(zhǔn),要求改裝后歐姆表的15 kΩ刻度正好對(duì)應(yīng)電流表表盤的50 μA刻度.可選用的器材還有:定值電阻R0(阻值14 kΩ),滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值1 500 Ω),滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值500 Ω),電阻箱(0~99 999.9 Ω),干電池(E=1.5 V,r=1.5 Ω),紅、黑表筆和導(dǎo)線若干.(1)歐姆表設(shè)計(jì)將圖(a)中的實(shí)物連線組成歐姆表.歐姆表改裝好后,滑動(dòng)變阻器R接入電路的電阻應(yīng)為 Ω;滑動(dòng)變阻器選 (填“R1”或“R2”).
圖(a)
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(2)刻度歐姆表表盤通過計(jì)算,對(duì)整個(gè)表盤進(jìn)行電阻刻度,如圖(b)所示.表盤上a、b處的電流刻度分別為25和75,則a、b處的電阻刻度分別為 、 . (3)校準(zhǔn)紅、黑表筆短接,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,使歐姆表指針指向 kΩ處;將紅、黑表筆與電阻箱連接,記錄多組電阻箱接入電路的電阻值及歐姆表上對(duì)應(yīng)的測(cè)量值,完成校準(zhǔn)數(shù)據(jù)測(cè)量.若校準(zhǔn)某刻度時(shí),電阻箱旋鈕位置如圖(c)所示,則電阻箱接入的阻值為 Ω.
圖(b)
圖(c)
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解析：(1)實(shí)物連線如圖所示.由題知當(dāng)兩表筆間接入15 kΩ的電阻時(shí),電流表示數(shù)為50 μA,由閉合電路歐姆定律有 = ,代入數(shù)據(jù)解得R=900 Ω,所以滑動(dòng)變阻器選擇R1.(2)歐姆表的內(nèi)阻R'g=Rg+r+R0+R=15 kΩ,當(dāng)電流為25 μA時(shí),有 = ? R'x=3R'g=45 kΩ; 當(dāng)電流為75 μA時(shí)有 = ?R″x= R'g=5 kΩ.(3)紅、黑表筆短接,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,使歐姆表指針指向0 kΩ處.題圖(c)中電阻箱讀數(shù)為35 000.0 Ω.
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名師點(diǎn)評(píng)通常復(fù)習(xí)備考或往年高考中,都是電流表或電壓表的改裝和校準(zhǔn)問題.而2019年高考是將電流表改裝成歐姆表并進(jìn)行刻度和校準(zhǔn).可見實(shí)驗(yàn)原理和方法的遷移、試題內(nèi)容的綜合,將是未來(lái)新高考命題的新方向.
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