2010年高考物理难点突破：难点9____滑动变阻器应用分析.doc

滑动变阻器应用分析图9-1滑动变阻器是电学实验中常用的仪器，近几年高考电学设计性实验命题对其应用多次直接或渗透考查.如何选择滑动变阻器的接法设计控制电路仍是历届考生应考的难点.难点磁场1.如图9-1所示，滑动变阻器电阻最大值为R，负载电阻R1=R，电源电动势为E,内阻不计.（1）当K断开，滑动头c移动时，R1两端的电压范围是多少？（2）当K接通，滑动头c移动时，R1两端的电压范围是多少？（3）设R的长度ab=L,R上单位长度的电阻各处相同，a、c间长度为x，当K接通后，加在R1上的电压U1与x的关系如何？2.用伏安法测金属电阻Rx（约为5 ）的值，已知电流表内阻为1 ,量程为0.6 A,电压表内阻为几k，量程为3 V，电源电动势为9 V，滑动变阻器的阻值为06，额定电流为5 A，试画出测量Rx的原理图.案例探究例1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.锦囊妙计图9-3一、滑动变阻器的限流接法与分压接法的特点图12-3所示的两种电路中，滑动变阻器（最大阻值为R0）对负载RL的电压、电流强度都起控制调节作用，通常把图9-3（a）电路称为限流接法，图9-3（b）电路称为分压接法.负载RL上电压调节范围（忽略电源内阻）负载RL上电流调节范围（忽略电源内阻）相同条件下电路消耗的总功率限流接法EULEILEIL分压接法0ULE0ILE（IL+Iap）比 较分压电路调节范围较大分压电路调节范围较大限流电路能耗较小其中，在限流电路中，通RL的电流IL=，当R0RL时IL主要取决于R0的变化，当R0RL时，IL主要取决于RL，特别是当R0R0Rap,所以RL与Rap的并联值R并Rap，而整个电路的总阻约为R0，那么RL两端电压UL= IR并=Rap，显然ULRap,且Rap越小，这种线性关系越好，电表的变化越平稳均匀，越便于观察和操作.（3）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（1）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.（2）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.图94（3）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.歼灭难点训练1.在如图所示9-4所示电路中，当变阻器R3的滑动头P向b端移动时A.电压表示数变大，电流表示数变小B.电压表示数变小，电流表示数变大C.电压表示数变大，电流表示数变大D.电压表示数变小，电流表示数变小图9-52.如图9-5所示，当变阻器R2的触头P向右滑动时，有A.电容器C内电场强度增大 B.电压表示数增大C.R1上消耗的功率增大D.电源输出的功率一定增大图9-63.如图9-6所示电路中，电源电动势为E,内电阻为r,R1和R2为定值电阻，R3为可变电阻，当R3的滑动头P由a向b端滑动过程中，电压表V1、V2和电流表A1、A2的读数如何变化？4.将量程为100A的电流表改装成量程为1 mA的电流表，并用一标准电流表与改装后的电流表串联，对它进行校准.校准时要求通过电流表的电流能从零连续调到1 mA，试按实验要求画出电路图.图9-75.如图9-7所示，电源电动势E=12V,内阻r= 0.5,R1=2,R2=3,滑动变阻器的总电阻R0=5,试分析：在滑动片K从a端移至b端的过程中，电流表A的示数如何变化?6.用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下：待测电阻Rx（约100 ）;直流电流表（量程010 mA、内阻50 ）;直流电压表（量程03 V、内阻5 k）;直流电源（输出电压4 V、内阻不计）；滑动变阻器（015 、允许最大电流1 A）；开关1个，导线若干.根据器材的规格和实验要求画出实验电路图. 电阻测量设计与误差分析实验能力是学生终身从事学习、研究的必备能力之一，高考考试说明对此作出过明确要求.随着高考命题思想的转变，考题愈加突出对考生实验能力，尤其是实验设计创新能力的考查.难点磁场图10-11.某电压表的内阻在20 k50k之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可选用的器材：待测电压表V（量程3 V）、电流表A1（量程200 A）、电流表A2（量程5 mA）、电流表A3（量程0.6 A），滑动变阻器R（最大阻值1 k）、电源E（电动势4 V），电键K.（1）所提供的电流表中，应选用_（填写字母代号）.（2）为了尽量减小误差，要求测量多组数据，试在图10-1中画出符合要求的实验电路图（其中电源和电键及其连接已画出）.2.图10-2（a）中E为电源，其电动势为E，R1为滑线变阻器，R2为电阻箱，A为电流表.用此电路经以下步骤可近似测得A的内阻RA；（1）闭合K1，断开K2，调节R1，使电流表读数等于其量程I0；（2）保持R1不变，闭合K2，调节R2，使电流表读数等于，然后读出R2的值，取RAR2.（1）按图10-2（a）所示电路在图（b）所给出的实物中画出连接导线.图102（2）真实值与测量值之差除以真实值叫做测量结果的相对误差，即.试导出它与电源电动势E、电流表量程I0及电流表内阻RA的关系式.（3）若I010 mA，真实值RA约为30 ，要想使测量结果的相对误差不大于5%，电源电动势最小应为多少伏?3.图10-3中，图（a）为测量电阻的电路，Rx为待测电阻，R的阻值已知.R为保护电阻，阻值未知.电源E的电动势未知.K1、K2均为单刀双掷开关.A为电流表，其内阻不计.图103（1）按图（a）所示的电路，在图（b）的实物图上连线.（2）测量R的步骤为：将K2向d闭合，K1向_闭合，记下电流表读数I1.再将K2向c闭合，K1向_闭合，记电流表读数I2.计算R的公式是R_案例探究例1一电阻额定功率为0.01 W，阻值不详.用欧姆表粗测其阻值约为40 k.现有下列仪表元件，试设计适当的电路，选择合适的元件，较精确地测定其阻值.电流表，量程0300 A，内阻150 ；电流表，量程01000 A，内阻45 ；电压表，量程03 V，内阻6 k；电压表，量程015 V，内阻30 k；电压表，量程050 V，内阻100 k；干电池两节，每节电动势为1.5 V；直流稳压电源，输出电压6 V，额定电流3 A；直流电源，输出电压24 V，额定电流0.5 A；直流电源，输出电压100 V，额定电流0.1 A；滑动变阻器，050 ，3 W；滑动变阻器，02 k，1 W；电键一只，连接导线足量.例2量程为3 V的电压表V（内阻约3 k），现要求测出该电压表内阻的精确值.实验室中可提供的器材有：电阻箱R（阻值范围09999.9 ），在本实验中，通过电阻箱的电流不会超过所允许的最大电流；滑动变阻器R（阻值范围01000 ，允许通过的最大电流为0.2 A）；电源E（E为5 V，内阻忽略不计）；电键K；导线若干.（1）选用适当器材设计测量的电路，要求在虚线框内画出电路图并标上代号.（2）叙述操作步骤.锦囊妙计一、电阻的测量方法课本上讲解了用伏安法、欧姆表测电阻，除此以外，还有半偏法测电阻、电桥法测电阻、等效法测电阻等等.二、如何选择电学仪器和实验电路在测电阻等许多电学实验中，都存在如何选择电学实验器材，如何选择测量电路、控制电路的问题.正确地选择仪器和电路的问题，有一定的灵活性，解决时应掌握和遵循一些基本的原则，即“安全性”“精确性”“方便性”原则，兼顾“误差小”“仪器少”“耗电少”等各方面因素综合考虑，灵活运用.1.实验仪器的选择（1）根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表.首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合理选择量程，务必使指针有较大偏转（一般取满偏度的左右），以减少测读误差.（2）根据电路中可能出现的电流或电压范围需选择滑动变阻器，注意流过滑动变阻器的电流不超过它的额定值，对大阻值的变阻器，如果是滑动头稍有移动，使电流、电压有很大变化的，不宜采用.（3）应根据实验的基本要求来选择仪器，对于这种情况，只有熟悉实验原理，才能作出恰当的选择.总之，最优选择的原则是：方法误差尽可能小.间接测定值尽可能有较多的有效数字位数，直接测定值的测量使误差尽可能小，且不超过仪表的量程.实现较大范围的灵敏调节.在大功率装置（电路）中尽可能节省能量；在小功率电路里，在不超过用电器额定值的前提下，适当提高电流、电压值，以提高测试的准确度.2.实验电路（电流表内外接法）的选择测量未知电阻的原理是R，由于测量所需的电表实际上是非理想的，所以在测量未知电阻两端电压U和通过的电流I时，必然存在误差，即系统误差，要在实际测量中有效地减少这种由于电表测量所引起的系统误差，必须依照以下原则：（1）若，一般选电流表的内接法.如图10-6（a）所示.由于该电路中，电压表的读数U表示被测电阻R与电流表A串联后的总电压，电流表的读数I表示通过本身和R的电流，所以使用该电路所测电阻R测RRA，比真实值R大了RA，相对误差a（2）若，一般选电流表外接法.如图10-6（b）所示.由于该电路中电压表的读数U表示 R两端电压，电流表的读数I表示通过R与RV并联电路的总电流，所以使用该电流所测电阻R测也比真实值R略小些，相对误差a.图1063.控制电路的选择（见难点12.滑动变阻两种电路接法的选择）三、处理实验数据1.代数法常见的代数法有：求平均值法和逐差法2.列表法在记录和处理数据时，把数据列成表格.数据列表可以简单明确地表示出相关物理量之间对应关系；便于检查和发现实验中的问题；有利于找出相关物理量之间满足的规律，等等.3.作图法作图法的优点是可以形象、直观地反映出相关物理量之间的变化规律，找出相关物理量之间的变化规律所对应的函数关系；可以根据图线直接得出实验结果.还可以通过作图发现实验中的问题.作图时，应该注意以下几点：a.必须使用坐标纸，并保证测量时的准确数字，在图上也是准确的.b.图上要标明图名、坐标轴所代表的物理量及其单位、各分度对应的有效数字.c.尽量使图象充满图纸.d.各数据点要标明.e.连线时，要尽量使数据点均匀分布在图线的两侧.f.明确斜率、截距的物理意义.必要时，可通过更改坐标轴的方式，改曲线为直线.歼灭难点训练图10-71.图10-7所示为用伏安法测电阻的部分电路图.因为不知道待测电阻R的大概值，所以不能确定线路的接法.为了减小误差，可在电路接好以后将电压表的一个接线端K分别与M、N接触，观察电压表和电流表的读数哪一个有明显变化.下列关于观察到的现象及应选用的接法的叙述中，正确的是A.若电流表读数有明显变化，K应接在M点B.若电流表读数有明显变化，K应接在N点C.若电压表读数有明显变化，K应接在M点D.若电压表读数有明显变化，K应接在N点2.某学生欲测一未知电阻的阻值，可供选择的器材有电流表A1量程010 mA电流表A2量程00.6 A电压表V1量程03 V电压表V2量程015 V图10-8滑动变阻器一只，电源4.5 V，电键2个，如图10-8，当电键K2连a时，两电表的指针偏转角度都在满偏的4/5处；若将K2接b时，其中一个电表的指针偏角几乎不变，另一个电表的指针偏转到满偏的3/4处.该学生所选用的电压表的量程为_，所用的电流表的量程为_，该电阻的阻值为_.图10-93.在用伏安法测电阻的实验中，所用电压表的内阻约为20 k，电流表的内阻约为10 ，选择能够尽量减少误差的电路图接线进行实验，读得的各组数据用实心圆点标于坐标图上，如图10-9所示：（1）根据各点表示的数据描出I-U图线，由此求得该电阻的阻值R_（保留两位有效数字）.（2）画出此实验的电路原理图.4.在测定电流表的内阻的实验中备用的器材有A.电流表（量程0100 mA）B.标准电压表（量程05 V）C.电阻箱（阻值范围09999 ）D.电阻箱（阻值范围099999 ）E.电源（电动势2 V，有内阻）F.电源（电动势6 V，有内阻）图10-10G.滑动变阻器（阻值范围050 ，额定电流1.5 A），还有若干开关和导线.（1）如果采用图10-10所示的电路测定电流表G的内阻，并且要想得到较高的精确度，那么从以上备用的器件中，可变电阻R1应选用_，可变电阻R2应选用_，电源E应选用_（用字母代号填写）（2）如果实验时要进行的步骤有：A.合上S1.B.合上S2.C.观察R1的阻值是否最大，如果不是，将R1的阻值调至最大.D.调节R1的阻值，使电流表指针偏转到满刻度.E.调节R2的阻值，使电流表指针偏转到满刻度的一半.F.记下R2的阻值.把以上步骤的字母代号按实验的合理顺序填写在下面横线上：_（3）如果在步骤F中所得R2的阻值为600 ，则被测电流表的内阻rg的测量值为_.（4）电流表内阻的测量值r测与其真实值r真的大小关系是测_r真.（填“”“”或“”）5.现有一阻值为10.0 的定值电阻、一个电键，若干根导线和一个电压表，该电压表表面上有刻度但无刻度值，要求设计一个能测定某电源内阻的实验方案.（已知电压表内阻很大，电压表量程大于电源电动势，电源内阻约为几欧）要求：（1）在所示方框中画出实验电路图.（2）简要写出完成接线后的实验步骤.（3）写出用测得的量计算电源内阻的表达式r=_.6.某同学用以下器材测量电阻：电流计电阻箱单刀双掷电键（这种电键在掷刀a倒向b时ab接通，倒向c时ac接通）待测电阻电源限流电阻，如图10-11所示.实验方法是利用单刀双掷电键分别将电阻箱和待测电阻接入电路，用电阻箱替代待测电阻的方法来测定待测电阻的阻值.图1011（1）在图中完成电路的连接（其中有二条导线已连接好）.（2）本实验中电键应先接通的是含有_（填“待测电阻”或“电阻箱”）的电路.用电键变换电路，调节电阻箱时，应使两次测量的_大小相同，这时待测电阻的值可以从_上读出.7.要求测量由两节干电池串联而成的电池组的电动势E和内阻r（约几欧），提供下列器材：电压表V1（量程3 V，内阻1 k）、电压表V2（量程15 V，内阻2 k）、电阻箱（09999 ）、电键、导线若干.某同学用量程为15 V的电压表连接成如图10-12所示的电路.实际步骤如下：图1012（1）合上电键S，将电阻箱R阻值调到R1=10 ,读得电压表的读数为U1.（2）将电阻箱R阻值调到R2=20 ,读得电压表的读数为U2.由方程U1=E1-r、U2=E-r解出E、r，为了减少实验误差，上述实验在选择器材和实验步骤中，应做哪些改进？_.含电容电路的分析策略将电容器置于直流电路，创设复杂情景，是高考命题惯用的设计策略，借以突出对考生综合能力的考查，适应高考选拔性需要.应引起足够关注.难点磁场1.在如图11-1电路中，电键S1、S2、S3、S4均闭合.C是极板水平放置的平行板电容器，板间悬浮着一油滴P，断开哪一个电键后P会向下运动A.S1 B.S2 C.S3 .S4图111 图1122.图11-2所示，是一个由电池、电阻R与平行板电容器组成的串联电路.在增大电容器两极板间距离的过程中A.电阻R中没有电流 B.电容器的电容变小C.电阻R中有从a流向b的电流D.电阻R中有从b流向a的电流案例探究图11-3例1如图11-3所示的电路中，4个电阻的阻值均为R，E为直流电源，其内阻可以不计，没有标明哪一极是正极.平行板电容器两极板间的距离为d.在平行极板电容器的两个平行极板之间有一个质量为m,电量为q的带电小球.当电键K闭合时，带电小球静止在两极板间的中点O上.现把电键打开，带电小球便往平行极板电容器的某个极板运动，并与此极板碰撞，设在碰撞时没有机械能损失，但带电小球的电量发生变化.碰后小球带有与该极板相同性质的电荷，而且所带的电量恰好刚能使它运动到平行极板电容器的另一极板.求小球与电容器某个极板碰撞后所带的电荷.图11-4例2如图11-4所示，电容器C16 F，C23 F，电阻R16 ，R23 ，当电键K断开时，A、B两点间的电压UAB？当K闭合时，电容器C1的电量改变了多少（设电压U18 V）?锦囊妙计电容器是一个储存电能的元件，在直流电路中，当电容器充、放电时，电路有充电、放电电流，一旦电流达到稳定状态，电容器在电路中就相当于一个阻值无限大（只考虑电容器是理想不漏电的情况）的元件，电容电路可看作是断路，简化电路时可去掉它，简化后若要求电容器所带电量时，可在相应的位置补上.分析和计算含有电容器的直流电路时，关键是准确地判断并求出电容器的两端的电压，其具体方法是：1.确定电容器和哪个电阻并联，该电阻两端电压即为电容器两端电压.2.当电容器和某一电阻串联后接在某一电路两端时，此电路两端电压即为电容器两端电压.3.对于较复杂电路，需要将电容器两端的电势与基准点的电势比较后才能确定电容器两端的电压