高中物理 第3章 恒定电流学案 鲁科版选修3-1.doc

第3章 恒定电流 恒定电流知识整合与阶段检测专题一伏安法测电阻1原理伏安法测电阻的原理是部分电路的欧姆定律r。2两种测量电路的比较比较项目电流表外接法电流表内接法电路图误差分析由于电压表的内阻有分流作用，电阻的测量值r外rx由于电流表内阻的分压作用，电阻的测量值r内rxrarx电路选择方法比较法若，通常认为待测电阻的阻值较大，电流表的分压作用可忽略，应采用电流表内接电路；若，通常认为待测电阻的阻值较小，电压表的分流作用可忽略，应采用电流表外接电路试触法如图所示，将电压表的左端接a点，而将右端分别与b、c两点试触，观察电流表和电压表示数的变化：若电流表示数变化大，说明待测电阻是大电阻，应该用电流表内接法测量(接c点)；若电压表示数变化大，说明待测电阻是小电阻，应该用电流表外接法测量(接b点) 例证1用伏安法测电阻时，由于实际电表内阻的影响，会给测量带来系统误差，但合理地选择电表的接法可以有效地减小这种误差。如图31所示的伏安法测电阻的电路中，如果不知道被测电阻的大概阻值时，为了选择正确的电路以减小系统误差，可将电压表的一个接线头 图31p分别在a、b两点试触一下。 (1)如果发现电流表读数没有显著变化，则p应接在_处。(2)如果发现电压表读数没有显著变化，则p应接在_处。解析若p从a移到b时，电流表读数没有显著变化，说明电压表的分流作用不明显，p应接在a处；此时电压表测量的是电阻rx两端的电压，电流表的测量值比较接近流过电阻rx的电流值，可以有效减小系统误差。同理分析，若p从a移到b时，电压表读数没有显著变化，说明电流表的分压作用不明显，p应接在b处，可以有效减小系统误差。答案(1)a(2)b专题二滑动变阻器的接法滑动变阻器在电路中通常有两种接法限流式和分压式。1滑动变阻器的两种接法对比接法项目限流式分压式电路组成变阻器接入电路特点连接变阻器的导线分别接金属杆一端和电阻线圈一端的接线柱(图中变阻器pa部分被短路不起作用)连接变阻器的导线分别接金属杆一端和电阻线圈的两端接线柱(图中变阻器pa、pb都起作用，即从变阻器上分出一部分电压加到待测电阻上)调压范围e(不计电源内阻)0e(不计电源内阻)2如何选用由于限流式接法电路简单，耗能低，通常采用滑动变阻器的限流式接法，但在以下三种情况中，必须选择分压式接法：(1)当待测电阻远大于滑动变阻器的最大电阻，且实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组数据)时，必须选用分压电路。(2)若采用限流接法，电路中实际电压(或电流)的最小值仍超过负载电阻或电表的额定值时，只能采用分压接法。(3)要求回路中某部分电路的电流或电压实现从零开始连续调节时(如测定导体的伏安特性，校对改装后的电表等)，即大范围内测量时，必须采用分压接法。例证2用伏安法测量一个定值电阻的阻值，所需器材及规格如下：(1)待测电阻rx(约100 )；(2)直流毫安表(量程010 ma，内阻50 )；(3)直流电压表(量程03 v，内阻5 k)；(4)直流电源(输出电压4 v，内阻不计)；(5)滑动变阻器(阻值范围015 ，允许最大电流1 a)；(6)开关一个，导线若干。试根据器材的规格和实验要求，画出合理的电路图。解析(1)待测电阻与电表内阻的比值分别为2，50因为即电流表的分压作用不能忽略，而电压表的分流作用可以不计，所以应采用电流表外接电路。(2)如图32甲所示，当滑动变阻器限流式接入时，电路中的最小电流为图32imin0.024 a10 ma毫安表将被烧坏。当滑动变阻器分压式接入电路使用时，电路的最小电阻和通过变阻器的最大电流分别为rmin14 imax0.29 a1 a可见，变阻器可以安全工作。这时，毫安表中的电流，可以通过控制滑动变阻器，在010 ma内进行调节。所以，在连接实验电路时，不仅电流表应外接，而且必须将滑动变阻器作分压器使用，故电路图如图乙所示。答案见“解析”1如图33所示，电压表和电流表的读数分别为10 v和0.1 a，电压表内阻为500 ，那么待测电阻r的测量值比真实值_，测量值为_，真实值为_。图33 解析：因为电压表和r并联，则电压表读数u等于r的真实电压u，而电流表的读数i为r与电压表的总电流，所以i大于通过r的真实电流，所以r的测量值r，小于真实值r。r的测量值r 100 ，r的真实值r 125 。答案：小100 125 2图34中所示器材为某同学测绘额定电压为2.5 v的小灯泡的iu特性曲线的实验器材。(1)根据实验原理，用笔画线代替导线，将图甲中的实验电路图连接完整。(2)开关s闭合之前，图甲中滑动变阻器的滑片应该置于_。(选填“a端”“b端”或“ab中间”)(3)实验中测得有关数据如下表：u/v0.400.801.201.602.002.402.80i/a0.100.160.200.230.250.260.27根据表中的实验数据，在图乙中画出小灯泡的iu特性曲线。图34(4)若已知小灯泡灯丝在27 时电阻值约为1.5 ，并且其电阻值与灯丝的热力学温度成正比，试估算该小灯泡以额定功率工作时灯丝的温度约为_ 。(保留三位有效数字)解析：(1)对于小灯泡的伏安特性曲线的实验，电流和电压要从零开始调节，故本实验必须使用滑动变阻器分压式接法；由于小灯泡的电阻较小，实验室中的电压表内阻远大于小灯泡的电阻，故采用电流表外接法进行伏安法测电阻；在连接实物图时要注意电表的量程与正负极。(2)在实验开始前要检查电路的安全性，为了保护电流表和电压表，需要将滑动变阻器的分压值调为零，即将滑片置于a位置。(3)如图乙所示。(4)由作出的伏安特性曲线图读取电压为2.5 v时，电流约为0.262 a，依题意可得：，解得t1 6351.64103。答案：(1)如图甲所示(2)a端(3)如图乙所示(4)1.64103(1.581031.65103均对) 一、选择题(本题共9小题，每小题7分，共63分，每题至少有一个选项符合题意，多选、错选不得分，选对但选不全得4分)1一台半导体收音机，电池供电的电流是8 ma，也就是说()a1 h电池供给8 c的电荷量b1000 s电池供给8 c的电荷量c1 s电池供给8 c的电荷量d1 min电池供给8 c的电荷量解析：由qit可知，只有b项正确。答案：b2氢原子核外只有一个电子，它绕氢原子核运动一周的时间约为2.41016 s，则下列说法正确的是()a电子绕核运动的等效电流为6.7104 ab电子绕核运动的等效电流为1.5103 ac等效电流的方向与电子的运动方向相反d等效电流的方向与电子的运动方向相同解析：根据电流的定义，等效电流为i6.7104 a，电流方向与电子运动方向相反。答案：ac3理发用的电吹风机中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到热风将头发吹干。设电动机线圈电阻为r1，它与电热丝电阻r2串联后接到直流电源上，电吹风机两端电压为u，电流为i，消耗的电功率为p，则有()apuibpi2(r1r2)cpui dpi2(r1r2)解析：电路中消耗的电功率为pui，故a正确，c错误。消耗的电功率除了转化为电动机线圈与电热丝释放的热功率外，还有机械功率出现，即pi2(r1r2)，故d正确，b错误。答案：ad4两只电流表和是由完全相同的电流计改装而成的，的量程是3 a，的量程是6 a，为了测量8 a左右的电流，并联接入电路中，两者都有读数的情况下，正确的选项为()a和读数相等b两者指针偏转角相等c和的读数比等于电流表的内阻之比d两者指针偏角之比等于两表内阻之比解析：两个电流表并联，因表头相同，所以两表指针偏角相同，b项正确，排除a、d两项；根据并联分流原理，通过两电流表的电流之比跟表的总内阻成反比，故c项错误。答案：b5图1是将滑动变阻器作分压器用的电路，a、b为分压器的输出端，r是负载电阻，电源电压为u保持恒定，滑片p位于变；阻器的中央，下列判断正确的是() 图1a空载(不接r)时，输出电压为u/2b接上负载r时，输出电压小于u/2c负载电阻r的阻值越大，输出电压越低d接上负载r后，要使输出电压为u/2，滑动片p须向上移动至某一位置解析：空载时，输出电压为u/2；接上负载r时，r与滑动变阻器的下半部分并联，再与滑动变阻器的上半部分串联，因为并联电路的总电阻总要小于任一支路的电阻，而串联电路中各支路的电压与电阻成正比，所以接r时，输出电压小于u/2；负载r阻值越大，并联电路总阻值也大，输出电压就高；若还输出u/2的电压，需上移滑片p以增大并联电阻。答案：abd6用电流表和电压表测量电阻r的阻值。分别将图2甲和乙两种测量电路连到电路中，进行多次测量。按照图甲所示电路某次的测量情况：电流表的示数是4.60 ma，电压表的示数是 2.50 v；按照图乙所示电路某次的测量情况：电流表的示数是 5.00 ma， 图2电压表的示数是2.30 v。比较这两次测量结果，正确的是() a电阻的真实值更接近543 ，且大于543 b电阻的真实值更接近543 ，且小于543 c电阻的真实值更接近460 ，且大于460 d电阻的真实值更接近460 ，且小于460 解析：据题意电流表变化明显，说明电压表的分流作用显著，故用电流表内接误差更小，r测 543 电流表内接测量值比真实值大。答案：b7如图3所示，两个电压表v1和v2，其内阻的大小之比为，两个阻值大小相等的电阻接在电压恒定的电源上，当开关s断开时，两电压表的示数分别为u1与u2，当电键闭合时，则电压表的示数分别为u1与u2，则下列关系式正确的是() 图3au1u1，u2u2bu1u1，u2u2cu1u2，u1u2 du1u1，u2u2解析：当电键断开时，因为，所以u1uu2u当电键闭合后，设电压表v1和r并联后的电阻为rv1，电压表v2和r并联后的电阻为rv2，因为rv1rv2，所以u1u2，即c正确。又由rv1和得rv2，所以rv22rv1，即u22u1。又因为u2u1u，所以u2u，u1u，故d正确。答案：cd8如图4所示，电流表a1(03 a)和a2(00.6 a)是由两个相同的灵敏电流计改装而成，现将这两个电流表并联后接入电路中。闭合开关s，调节滑动变阻器，下列说法中正确的是() 图4aa1、a2的读数之比为11ba1、a2的读数之比为51ca1、a2的指针偏转角度之比为51da1、a2的指针偏转角度之比为11解析：由电表a1、a2量程之比51，则其内阻由r可得内阻之比为15。a1、a2并联故流经a1、a2电流之比与内阻成反比为51，所以读数之比为51，故b正确。由电表改装原理可得a1、a2并联如图所示。故流经电流计电流相等，两指针偏转角度相等，故c错，d正确。答案：bd二、实验题(本题共1小题，共8分，把答案填在题中横线上或按题目要求作答)9在“测定金属导线的电阻率”的实验中，待测金属导线的电阻rx约为5 。实验室备有下列实验器材：a电压表v1(量程3 v，内阻约为15 k)b电压表v2(量程15 v，内阻约为75 k)c电流表a1(量程3 a，内阻约为0.2 )d电流表a2(量程600 ma，内阻约为1 )e变阻器r1(0100 ，0.3 a)f变阻器r2(02 000 ，0.1 a)g电池e(电动势为3 v，内阻约为0.3 )h开关s，导线若干 (1)为了提高实验精确度，减小实验误差，应选用的实验器材有_。(2)为了减小实验误差，应选用图5甲中_(填“a”或“b”)为该实验的电路图，并按所选择的电路图把实物图乙用导线连接起来。图5解析：(1)由电池e决定了电压表选v1，结合rx粗略计算电流在600 ma内，故选a2，由rx确定变阻器选r1，故应选器材有a、d、e、g、h。(2)因a2的内阻不能满足远小于rx，故选图b。实物连接如图所示。答案：(1)adegh(2)b实物图连接见解析三、计算题(本题共3小题，共28分，要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)10(8分)一台小型电动机在3 v电压下工作，通过它的电流大小是0.2 a，用此电动机提升重力为4 n的物体时，在30 s内可使该物体匀速提升3 m。若不计除电动机线圈发热以外的其他能量损失，求在提升重物的30 s内，电动机线圈所产生的热量。解析：电动机提升重物的机械功率为：p机fvmgs/t0.4 w电动机输入的功率为：p入iu0.6 w由能量关系：p入p机p热得：p热p入p机(0.60.4) w0.2 w所产生的热量：qp热t0.230 j6 j。答案：6 j11(10分)如图6所示，两段长度和材料都完全相同的导线ab、bc是横截面积之比为14，串联后加上电压u。求： (1)ab、bc两段导线内自由电子定向运动速率之比。 图6(2)两段导线两端电压之比。解析：(1)因两段导线串联，电流相等，同种材料，单位体积内自由电子数也相等，由inesv得vavcscsa41(2)两段导线电阻之比rarc()/()41所以电压之比41答案：(1)41(2)4112(10分)在如图7所示的电路中，电源电压u恒定不变，当s闭合