高中物理 第3章 恒定電流學(xué)案 魯科版選修3-1

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1、 第3章 恒定電流 恒定電流 知識(shí)整合與階段檢測(cè) 專題一　伏安法測(cè)電阻 1．原理 伏安法測(cè)電阻的原理是部分電路的歐姆定律R＝。 2．兩種測(cè)量電路的比較 比較項(xiàng)目 電流表外接法 電流表內(nèi)接法 電路圖 誤差分析 由于電壓表的內(nèi)阻有分流作用，電阻的測(cè)量值R外＝＝＝＜Rx 由于電流表內(nèi)阻的分壓作用，電阻的測(cè)量值R內(nèi)＝＝＝Rx＋RA＞Rx 電路選擇方法 比較法 ①若＞，通常認(rèn)為待測(cè)電阻的阻值較大，電流表的分壓作用可忽略，應(yīng)采用電流表內(nèi)接電路；②若＜，通常認(rèn)為待測(cè)電阻的阻值較小，電壓表的分流作用可忽略，應(yīng)采用電流表外接電路 試觸法 如圖所示，將電壓表

2、的左端接a點(diǎn)，而將右端分別與b、c兩點(diǎn)試觸，觀察電流表和電壓表示數(shù)的變化：①若電流表示數(shù)變化大，說(shuō)明待測(cè)電阻是大電阻，應(yīng)該用電流表內(nèi)接法測(cè)量(接c點(diǎn))；②若電壓表示數(shù)變化大，說(shuō)明待測(cè)電阻是小電阻，應(yīng)該用電流表外接法測(cè)量(接b點(diǎn)) [例證1]　用伏安法測(cè)電阻時(shí)，由于實(shí)際電表內(nèi)阻的影響，會(huì)給測(cè)量帶來(lái)系統(tǒng)誤差，但合理地選擇電表的接法可以有效地減小這種誤差。如圖3－1所示的伏安法測(cè)電阻的電路中，如果不知道被測(cè)電阻的大概阻值時(shí)，為了選擇正確的電路以減小系統(tǒng)誤差，可將電壓表的一個(gè)接線頭 圖3－1 P分別在a、b兩點(diǎn)試觸一下。 (1)如果發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)沒(méi)有顯著變化，則P應(yīng)接在__

3、______處。 (2)如果發(fā)現(xiàn)電壓表讀數(shù)沒(méi)有顯著變化，則P應(yīng)接在________處。 [解析]　若P從a移到b時(shí)，電流表讀數(shù)沒(méi)有顯著變化，說(shuō)明電壓表的分流作用不明顯，P應(yīng)接在a處；此時(shí)電壓表測(cè)量的是電阻Rx兩端的電壓，電流表的測(cè)量值比較接近流過(guò)電阻Rx的電流值，可以有效減小系統(tǒng)誤差。同理分析，若P從a移到b時(shí)，電壓表讀數(shù)沒(méi)有顯著變化，說(shuō)明電流表的分壓作用不明顯，P應(yīng)接在b處，可以有效減小系統(tǒng)誤差。 [答案]　(1)a　(2)b 專題二　滑動(dòng)變阻器的接法 滑動(dòng)變阻器在電路中通常有兩種接法——限流式和分壓式。 1．滑動(dòng)變阻器的兩種接法對(duì)比 接法項(xiàng)目 限流式 分壓式 電路組成

4、 變阻器接入電路特點(diǎn) 連接變阻器的導(dǎo)線分別接金屬桿一端和電阻線圈一端的接線柱(圖中變阻器Pa部分被短路不起作用) 連接變阻器的導(dǎo)線分別接金屬桿一端和電阻線圈的兩端接線柱(圖中變阻器Pa、Pb都起作用，即從變阻器上分出一部分電壓加到待測(cè)電阻上) 調(diào)壓范圍 ～E(不計(jì)電源內(nèi)阻) 0～E(不計(jì)電源內(nèi)阻) 2．如何選用 由于限流式接法電路簡(jiǎn)單，耗能低，通常采用滑動(dòng)變阻器的限流式接法，但在以下三種情況中，必須選擇分壓式接法： (1)當(dāng)待測(cè)電阻遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的最大電阻，且實(shí)驗(yàn)要求的電壓變化范圍較大(或要求測(cè)量多組數(shù)據(jù))時(shí)，必須選用分壓電路。 (2)若采用限流接法，電路中實(shí)際

5、電壓(或電流)的最小值仍超過(guò)負(fù)載電阻或電表的額定值時(shí)，只能采用分壓接法。 (3)要求回路中某部分電路的電流或電壓實(shí)現(xiàn)從零開(kāi)始連續(xù)調(diào)節(jié)時(shí)(如測(cè)定導(dǎo)體的伏安特性，校對(duì)改裝后的電表等)，即大范圍內(nèi)測(cè)量時(shí)，必須采用分壓接法。 [例證2]　用伏安法測(cè)量一個(gè)定值電阻的阻值，所需器材及規(guī)格如下： (1)待測(cè)電阻Rx(約100 Ω)； (2)直流毫安表(量程0～10 mA，內(nèi)阻50 Ω)； (3)直流電壓表(量程0～3 V，內(nèi)阻5 kΩ)； (4)直流電源(輸出電壓4 V，內(nèi)阻不計(jì))； (5)滑動(dòng)變阻器(阻值范圍0～15 Ω，允許最大電流1 A)； (6)開(kāi)關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干。 試根據(jù)器材的規(guī)

6、格和實(shí)驗(yàn)要求，畫(huà)出合理的電路圖。 [解析]　(1)待測(cè)電阻與電表內(nèi)阻的比值分別為 ＝2， ＝50 因?yàn)椋? 即電流表的分壓作用不能忽略，而電壓表的分流作用可以不計(jì)，所以應(yīng)采用電流表外接電路。 (2)如圖3－2甲所示，當(dāng)滑動(dòng)變阻器限流式接入時(shí)，電路中的最小電流為 圖3－2 Imin＝＝0.024 A＞10 mA 毫安表將被燒壞。 當(dāng)滑動(dòng)變阻器分壓式接入電路使用時(shí)，電路的最小電阻和通過(guò)變阻器的最大電流分別為 Rmin＝≈14 Ω Imax＝＝0.29 A＜1 A 可見(jiàn)，變阻器可以安全工作。 這時(shí)，毫安表中的電流，可以通過(guò)控制滑動(dòng)變阻器，在0～10 mA內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

7、所以，在連接實(shí)驗(yàn)電路時(shí)，不僅電流表應(yīng)外接，而且必須將滑動(dòng)變阻器作分壓器使用，故電路圖如圖乙所示。 [答案]　見(jiàn)“解析” 1．如圖3－3所示，電壓表和電流表的讀數(shù)分別為10 V和0.1 A，電壓表內(nèi)阻為500 Ω，那么待測(cè)電阻R的測(cè)量值比真實(shí)值________，測(cè)量值為_(kāi)_______，真實(shí)值為_(kāi)_______。 圖3－3 解析：因?yàn)殡妷罕砗蚏并聯(lián)，則電壓表讀數(shù)U′等于R的真實(shí)電壓U，而電流表的讀數(shù)I′為R與電壓表的總電流，所以I′大于通過(guò)R的真實(shí)電流，所以R的測(cè)量值R′＝，小于真實(shí)值R＝。R的測(cè)量值R′＝＝ Ω＝100 Ω，R的真實(shí)值R＝＝＝ Ω＝125 Ω。 答案：小

8、　100 Ω　125 Ω 2．圖3－4中所示器材為某同學(xué)測(cè)繪額定電壓為2.5 V的小燈泡的I-U特性曲線的實(shí)驗(yàn)器材。 (1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，將圖甲中的實(shí)驗(yàn)電路圖連接完整。 (2)開(kāi)關(guān)S閉合之前，圖甲中滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)該置于________。(選填“A端”“B端”或“AB中間”) (3)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得有關(guān)數(shù)據(jù)如下表： U/V 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00 2.40 2.80 I/A 0.10 0.16 0.20 0.23 0.25 0.26 0.27 根據(jù)表中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在圖乙中畫(huà)出小燈泡的I-U特性曲線。 圖3－

9、4 (4)若已知小燈泡燈絲在27 ℃時(shí)電阻值約為1.5 Ω，并且其電阻值與燈絲的熱力學(xué)溫度成正比，試估算該小燈泡以額定功率工作時(shí)燈絲的溫度約為_(kāi)_______ ℃。(保留三位有效數(shù)字) 解析：(1)對(duì)于小燈泡的伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)，電流和電壓要從零開(kāi)始調(diào)節(jié)，故本實(shí)驗(yàn)必須使用滑動(dòng)變阻器分壓式接法；由于小燈泡的電阻較小，實(shí)驗(yàn)室中的電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于小燈泡的電阻，故采用電流表外接法進(jìn)行伏安法測(cè)電阻；在連接實(shí)物圖時(shí)要注意電表的量程與正負(fù)極。 (2)在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前要檢查電路的安全性，為了保護(hù)電流表和電壓表，需要將滑動(dòng)變阻器的分壓值調(diào)為零，即將滑片置于A位置。 (3)如圖乙所示。 (4)由作出的伏安特

10、性曲線圖讀取電壓為2.5 V時(shí)，電流約為0.262 A，依題意可得：＝，解得t＝1 635℃＝1.64×103℃。 答案：(1)如圖甲所示　(2)A端　(3)如圖乙所示 (4)1.64×103(1.58×103～1.65×103均對(duì)) 一、選擇題(本題共9小題，每小題7分，共63分，每題至少有一個(gè)選項(xiàng)符合題意，多選、錯(cuò)選不得分，選對(duì)但選不全得4分) 1．一臺(tái)半導(dǎo)體收音機(jī)，電池供電的電流是8 mA，也就是說(shuō)(　　) A．1 h電池供給8 C的電荷量 B．1000 s電池供給8 C的電荷量 C．1 s電池供給8 C的電荷量 D．1 min電池供給8 C的電荷量 解析：由

11、q＝It可知，只有B項(xiàng)正確。 答案：B 2．氫原子核外只有一個(gè)電子，它繞氫原子核運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間約為2.4×10－16 s，則下列說(shuō)法正確的是(　　) A．電子繞核運(yùn)動(dòng)的等效電流為6.7×10－4 A B．電子繞核運(yùn)動(dòng)的等效電流為1.5×103 A C．等效電流的方向與電子的運(yùn)動(dòng)方向相反 D．等效電流的方向與電子的運(yùn)動(dòng)方向相同 解析：根據(jù)電流的定義，等效電流為I＝＝6.7×10－4 A，電流方向與電子運(yùn)動(dòng)方向相反。 答案：AC 3．理發(fā)用的電吹風(fēng)機(jī)中有電動(dòng)機(jī)和電熱絲，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)風(fēng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)，電熱絲給空氣加熱，得到熱風(fēng)將頭發(fā)吹干。設(shè)電動(dòng)機(jī)線圈電阻為R1，它與電熱絲電阻R2串聯(lián)后接到直

12、流電源上，電吹風(fēng)機(jī)兩端電壓為U，電流為I，消耗的電功率為P，則有(　　) A．P＝UI　　　　　　　　B．P＝I2(R1＋R2) C．P＞UI D．P＞I2(R1＋R2) 解析：電路中消耗的電功率為P＝UI，故A正確，C錯(cuò)誤。消耗的電功率除了轉(zhuǎn)化為電動(dòng)機(jī)線圈與電熱絲釋放的熱功率外，還有機(jī)械功率出現(xiàn)，即P＞I2(R1＋R2)，故D正確，B錯(cuò)誤。 答案：AD 4．兩只電流表和是由完全相同的電流計(jì)改裝而成的，的量程是3 A，的量程是6 A，為了測(cè)量8 A左右的電流，并聯(lián)接入電路中，兩者都有讀數(shù)的情況下，正確的選項(xiàng)為(　　) A．和讀數(shù)相等 B．兩者指針偏轉(zhuǎn)角相等 C．和的讀數(shù)比等于

13、電流表的內(nèi)阻之比 D．兩者指針偏角之比等于兩表內(nèi)阻之比 解析：兩個(gè)電流表并聯(lián)，因表頭相同，所以兩表指針偏角相同，B項(xiàng)正確，排除A、D兩項(xiàng)；根據(jù)并聯(lián)分流原理，通過(guò)兩電流表的電流之比跟表的總內(nèi)阻成反比，故C項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案：B 5．圖1是將滑動(dòng)變阻器作分壓器用的電路，A、B為分壓器的輸出端，R是負(fù)載電阻，電源電壓為U保持恒定，滑片P位于變；阻器的中央，下列判斷正確的是(　　) 圖1 A．空載(不接R)時(shí)，輸出電壓為U/2 B．接上負(fù)載R時(shí)，輸出電壓小于U/2 C．負(fù)載電阻R的阻值越大，

14、輸出電壓越低 D．接上負(fù)載R后，要使輸出電壓為U/2，滑動(dòng)片P須向上移動(dòng)至某一位置 解析：空載時(shí)，輸出電壓為U/2；接上負(fù)載R時(shí)，R與滑動(dòng)變阻器的下半部分并聯(lián)，再與滑動(dòng)變阻器的上半部分串聯(lián)，因?yàn)椴⒙?lián)電路的總電阻總要小于任一支路的電阻，而串聯(lián)電路中各支路的電壓與電阻成正比，所以接R時(shí)，輸出電壓小于U/2；負(fù)載R阻值越大，并聯(lián)電路總阻值也大，輸出電壓就高；若還輸出U/2的電壓，需上移滑片P以增大并聯(lián)電阻。 答案：ABD 6．用電流表和電壓表測(cè)量電阻R的阻值。分別將圖2甲和乙兩種測(cè)量電路連到電路中，進(jìn)行多次測(cè)量。按照?qǐng)D甲所示電路某次的測(cè)量情況：電流表的示數(shù)是4.60 mA，電壓表的示數(shù)是

15、 2.50 V；按照?qǐng)D乙所示電路某次的測(cè)量情況：電流表的示數(shù)是 5.00 mA， 圖2 電壓表的示數(shù)是2.30 V。比較這兩次測(cè)量結(jié)果，正確的是(　　) A．電阻的真實(shí)值更接近543 Ω，且大于543 Ω B．電阻的真實(shí)值更接近543 Ω，且小于543 Ω C．電阻的真實(shí)值更接近460 Ω，且大于460 Ω D．電阻的真實(shí)值更接近460 Ω，且小于460 Ω 解析：據(jù)題意電流表變化明顯，說(shuō)明電壓表的分流作用顯著，故用電流表內(nèi)接誤差更小，R測(cè)＝ Ω≈543 Ω 電流表內(nèi)接測(cè)量值比真實(shí)值大。 答案：B 7．如圖3所示，兩個(gè)電壓表V1和V2，其內(nèi)阻的大小之比為＝，兩

16、個(gè)阻值大小相等的電阻接在電壓恒定的電源上，當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，兩電壓表的示數(shù)分別為U1與U2，當(dāng)電鍵閉合時(shí)，則電壓表的示數(shù)分別為U1′與U2′，則下列關(guān)系式正確的是(　　) 圖3 A．U1′＜U1，U2′＜U2　　 B．U1′＞U1，U2′＞U2 C．U1＜U2，U1′＜U2′ D．U1′＞U1，U2′＜U2 解析：當(dāng)電鍵斷開(kāi)時(shí)，因?yàn)椋剑? 所以U1＝U＜U2＝U 當(dāng)電鍵閉合后，設(shè)電壓表V1和R并聯(lián)后的電阻為RV1′，電壓表V2和R并聯(lián)后的電阻為RV2′，因?yàn)镽V1＜RV2，所以U1′＜U2′，即C正確。

17、又由RV1′＝和＝得 RV2′＝＜，所以RV2′＜2RV1′，即U2′＜2U1′。 又因?yàn)閁2′＋U1′＝U，所以U2′＜U，U1′＞U，故D正確。 答案：CD 8．如圖4所示，電流表A1(0～3 A)和A2(0～0.6 A)是由兩個(gè)相同的靈敏電流計(jì)改裝而成，現(xiàn)將這兩個(gè)電流表并聯(lián)后接入電路中。閉合開(kāi)關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖4 A．A1、A2的讀數(shù)之比為1∶1 B．A1、A2的讀數(shù)之比為5∶1 C．A1、A2的指針偏轉(zhuǎn)角度之比為5∶1 D．A1、A2的指針偏轉(zhuǎn)角度之比為1∶1 解析：由電表A

18、1、A2量程之比5∶1，則其內(nèi)阻由R＝可得內(nèi)阻之比為1∶5。A1、A2并聯(lián)故流經(jīng)A1、A2電流之比與內(nèi)阻成反比為5∶1，所以讀數(shù)之比為5∶1，故B正確。由電表改裝原理可得A1、A2并聯(lián)如圖所示。故流經(jīng)電流計(jì)電流相等，兩指針偏轉(zhuǎn)角度相等，故C錯(cuò)，D正確。 答案：BD 二、實(shí)驗(yàn)題(本題共1小題，共8分，把答案填在題中橫線上或按題目要求作答) 9．在“測(cè)定金屬導(dǎo)線的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，待測(cè)金屬導(dǎo)線的電阻Rx約為5 Ω。實(shí)驗(yàn)室備有下列實(shí)驗(yàn)器材： A．電壓表V1(量程3 V，內(nèi)阻約為15 kΩ) B．電壓表V2(量程15 V，內(nèi)阻約為75 kΩ) C．電流表A1(量程3 A，內(nèi)阻約為0.2 Ω

19、) D．電流表A2(量程600 mA，內(nèi)阻約為1 Ω) E．變阻器R1(0～100 Ω，0.3 A) F．變阻器R2(0～2 000 Ω，0.1 A) G．電池E(電動(dòng)勢(shì)為3 V，內(nèi)阻約為0.3 Ω) H．開(kāi)關(guān)S，導(dǎo)線若干 (1)為了提高實(shí)驗(yàn)精確度，減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)選用的實(shí)驗(yàn)器材有____________________。 (2)為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)選用圖5甲中________(填“a”或“b”)為該實(shí)驗(yàn)的電路圖，并按所選擇的電路圖把實(shí)物圖乙用導(dǎo)線連接起來(lái)。 圖5 解析：(1)由電池E決定了電壓表選V1，結(jié)合Rx粗略計(jì)算電流在600 mA內(nèi)，故選A2，由Rx確定變阻器選

20、R1，故應(yīng)選器材有A、D、E、G、H。 (2)因A2的內(nèi)阻不能滿足遠(yuǎn)小于Rx，故選圖b。實(shí)物連接如圖所示。 答案：(1)ADEGH (2)b　實(shí)物圖連接見(jiàn)解析 三、計(jì)算題(本題共3小題，共28分，要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟，有數(shù)值計(jì)算的要注明單位) 10．(8分)一臺(tái)小型電動(dòng)機(jī)在3 V電壓下工作，通過(guò)它的電流大小是0.2 A，用此電動(dòng)機(jī)提升重力為4 N的物體時(shí)，在30 s內(nèi)可使該物體勻速提升3 m。若不計(jì)除電動(dòng)機(jī)線圈發(fā)熱以外的其他能量損失，求在提升重物的30 s內(nèi)，電動(dòng)機(jī)線圈所產(chǎn)生的熱量。 解析：電動(dòng)機(jī)提升重物的機(jī)械功率為： P機(jī)＝Fv＝mg·s/t＝0.4 W 電動(dòng)機(jī)輸

21、入的功率為：P入＝IU＝0.6 W 由能量關(guān)系：P入＝P機(jī)＋P熱 得：P熱＝P入－P機(jī)＝(0.6－0.4) W＝0.2 W 所產(chǎn)生的熱量：Q＝P熱·t＝0.2×30 J＝6 J。 答案：6 J 11．(10分)如圖6所示，兩段長(zhǎng)度和材料都完全相同的導(dǎo)線ab、bc是橫截面積之比為1∶4，串聯(lián)后加上電壓U。求： (1)ab、bc兩段導(dǎo)線內(nèi)自由電子定向運(yùn)動(dòng)速率之比。 圖6 (2)兩段導(dǎo)線兩端電壓之比。 解析：(1)因兩段導(dǎo)線串聯(lián)，電流相等，同種材料，單位體積內(nèi)

22、自由電子數(shù)也相等， 由I＝neSv得va∶vc＝Sc∶Sa＝4∶1 (2)兩段導(dǎo)線電阻之比 Ra∶Rc＝()/()＝4∶1 所以電壓之比＝＝＝4∶1 答案：(1)4∶1　(2)4∶1 12．(10分)在如圖7所示的電路中，電源電壓U恒定不變，當(dāng)S閉合時(shí)R1消耗的電功率為9 W，當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)R1消耗的電功率為4 W，求： (1)電阻R1與R2的比值； 圖7 (2)S斷開(kāi)時(shí)，電阻R2消耗的電功率； (3)S閉合與斷開(kāi)時(shí)，流過(guò)電阻R1的電流之比。 解析：(1)S閉合時(shí)，只有R1接入電路，得 P＝I2R1＝()2R1＝9 W S斷開(kāi)時(shí)，R1、R2串聯(lián)在電路中，有 P′＝I′2R1＝()2R1＝4 W 所以(R1＋R2)∶R1＝3∶2，R1∶R2＝2∶1。 (2)因?yàn)镻＝I2R，所以串聯(lián)電路中P與R成正比，所以S斷開(kāi)時(shí)R2消耗的電功率P2＝P1/2＝2 W。 (3)I＝U/R，所以S閉合與斷開(kāi)時(shí)流過(guò)R1的電流與電路電阻成反比，為3∶2。 答案：(1)2∶1　(2)2 W　(3)3∶2 10