XX物理二轮教案 第八章 恒定电流

XX物理二轮教案 第八章 恒定电流 第八章恒定电流知识网络 一、闭合电路欧姆定律研究闭合电路，主要物理量有E、r、R、I、U，前两个是常量，后三个是变量。 闭合电路欧姆定律的表达形式有E=U外+U内rREI+=（I、R间关系）U=E-Ir（U、I间关系）ErRRU+=（U、R间关系）从式看出当外电路断开时（I=0），路端电压等于电动势。 而这时用电压表去测量时，读数却应该略小于电动势（有微弱电流）。 当外电路短路时（R=0，因而U=0）电流最大为Im=E/r（一般不允许出现这种情况，会把电源烧坏）。 图像的应用 1、图像的应用 （1）U-I图像的应用注意区别电源的伏安特性曲线与电阻的伏安特性曲线的不同及应用。 例1.如图所示，直线A为电源的路端电压与总电流关系的伏安图线，直线B为电阻R两电压与通过该电阻电流关系的伏安图线，用该电源和该电阻组成闭合电路时，电源的输出功率和效率分别是A2瓦，667B2瓦，333C4瓦，333D4瓦，667A例2.如图所示，不计电表内阻的影响，改变滑线变阻器的滑片的位置，测得电压表Vl和V2随电流表A的示数变化的两条实验图象如图，关于这两条图象，有A.图线b的延长线不一定过坐标原点O B图线a的延长线与纵轴交点的坐标值等于电源电动势C图线a、b的交点的横坐标和纵坐标值乘积等于电源的瞬时输出功率D图线a、b的交点的横坐标和纵坐标值乘积等于电阻R0的瞬时消耗功率BCD例3.利用如图甲所示电路图可以测定定值电阻R0的阻值、电源电动势E及内电阻r的值，利用实验测出的数据作出UI图线如右图乙所示。 （1）测得a图线的电压表应该是（填“V1”或“V2”） （2）要使实验中测量定值电阻R0的误差尽可能小，对电流表A的内电阻大小的要求是；（选填字母代号）A尽可能选小一点B尽可能选大一点C无要求 （3）要使实验中测量电源电动势E和内阻r的误差尽可能小对电压表V1的内电阻大小的要求是；（选填字母代号）A尽可能选小一点B尽可能选大一点C无要求答案 （1）V2 （2）C （3）B （2）11UR?图像的应用由UEUrR=+得111rUEER=+?例4.已知电阻Rl4.8，测电源电动势E（不计内阻）和电阻R2的阻值。 该同学的做法是闭合S1，将S2切换到a，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U，由测得的数据，绘出了如图所示的11UR?图线，则电源电动势E_V，电阻R2_。 1.43（或107）；1.2；U-R图像函数关系r+1EREUR rR=+ （3）R-1I图像ERrI=? （4）P-R图像的应用2222(r)(r)4rRE RE RPRR=+?+例5.电动势为，内阻为r的电池与固定电阻R0，可变电阻R串联，如图所示，设R0r，Rab2r，当变阻器的滑动片自a端向b端滑动时，下列物理量中随之减小的是（）R2R1R S2S1V Ea bO0.50.72.811/VU11/R?A电池的输出功率B变阻器消耗的功率C固定电阻R0上的消耗功率D电池内电阻上的消耗功率ACD例6.某同学设计了如图（a）所示电路研究电源输出功率变化情况。 电源E电动势、内电阻恒定，R1为滑动变阻器，R 2、R3为定值电阻，A、V为理想电表。 若滑动片P由a滑至b时A示数一直变小，则R1和R2必须满足的关系是_。 若R16，R212，电源内电阻r6，当滑动片P由a滑至b时，电源E的输出功率P随外电路总电阻R的变化关系如图（b）所示，则R3的阻值应该选择A2B4C6D8R1R2；B2.电源的功率和效率。 （1）功率电源的功率（电源的总功率）PE=EI电源的输出功率P出=UI电源内部消耗的功率Pr=I2r （2）电源的效率EPURPERr=+（最后一个等号只适用于纯电阻电路）电源的输出功率()()222224-+4E RE REPrRrR rRr=+，可见电源输出功率随外电A VE KR1R2R3P a b（a）（b）6P/W R/o Rr P出Pm阻变化的图线如图所示，而当内外电阻相等时，电源的输出功率最大，为rEPm42= （3）P-U图像R=r时，P有最大值，此时U=E/2 （4）-R图像=rR+R 二、电路的动态平衡1.分析法2.推论法“并同；串反”例7.如图所示电路中，电源电动势为E，内电阻为， 1、2为定值电阻，3为可变电阻，为电容器在可变电阻3由较小逐渐变大的过程中A电容器被放电B流过2的电流方向是由a到b C电容器的带电量在逐渐增大D电源内部消耗的功率变大C例8.在如图所示的电路中，E为电源电动势，r为电源内阻，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器。 当R2的滑动触点在a端时合上开关S，此时三个电表A 1、A2和V的示数分别为I 1、I2和U。 现将R2的滑动触点向b端移动，则三个电表示数的变化情况是AI1增大，I2不变，U增大BI1减小，I2增大，U减小CI1增大，I2减小，U增大DI1减小，I2不变，U减小B 三、电路故障判断1.短路被短路的电路上有电流、无电压。 2.断路有断点的电路无电流，断点两侧有电压，断点同侧无电压。 例9.“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中.用导线a、b、c、d、e、f、g和h按图所示方式连接电路,电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表已调零.闭合开关后 （1）若电压表的示数为2V,电流表的的示数为零，小灯泡不亮，则断路的导线为_; （2）若电压表的示数为零，电流表的示数为0.3A,小灯泡亮，则断路的导线为_; （3）若反复调节滑动变阻器,小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表的示数不能调为零，则断路的导线为_. (1)d导线 (2)c或h导线 (3)g导线例10.用电压表检查图示电路中的故障，测得Uad5.0V，Ucd0V，Ubc0V，Uab5.0V，则此故障可能是AL断路BR断路CR断路DS断路6.滑动变阻器的两种特殊接法。 在电路图中，滑动变阻器有两种接法要特别引起重视 （1）右图电路中，当滑动变阻器的滑动触头P从a端滑向b端的过程中，到达中点位置时外电阻最大，总电流最小。 所以电流表A的示数先减小后增大；可以证明A1的示数一直减小，而A2的示数一直增大。 （2）右图电路中，设路端电压U不变。 当滑动变阻器的滑动触头P从a端滑向b端的过程中，总电阻逐渐减小；总电流I逐渐RX ab I/PIIX ab PA1A A2增大；RX两端的电压逐渐增大，电流IX也逐渐增大（这是实验中常用的分压电路的原理）；滑动变阻器r左半部的电流I/先减小后增大。 例11.如图所示，电路中ab是一段长10cm，电阻为100的均匀电阻丝。 两只定值电阻的阻值分别为R1=80和R2=20。 当滑动触头P从a端缓慢向b端移动的全过程中灯泡始终发光。 则当移动距离为_cm时灯泡最亮，移动距离为_cm时灯泡最暗。 解当P移到右端时，外电路总电阻最小，灯最亮，这时aP长10cm。 当aP间电阻为20时，外电路总电阻最大，灯最暗，这时aP长2cm。 例12.（11上海）如图所示电路中，闭合电键S，当滑动变阻器的滑动触头P从最高端向下滑动时，(A)电压表V读数先变大后变小，电流表A读数变大(B)电压表V读数先变小后变大，电流表A读数变小(C)电压表V读数先变大后变小，电流表A读数先变小后变大(D)电压表V读数先变小后变大，电流表A读数先变大后变小A 四、多用电表的使用1.电表的读数方法 （1）10分度表盘-最小刻度为 10、 1、0. 1、0.01等的表盘，最小刻度的非零有效数字是1。 读数时要估读到最小分度的下一位。 （2）非10分度表盘-最小刻度不为 10、 1、0. 1、0.01等的表盘，最小刻度的非零有效数字不是1。 读数时要估读到最小分度的本位。 例13.从图中读出A表的示数，V表的示数0.48A;2.20V2.欧姆表的使用方法 （1）根据待测电阻的估值试选倍率R1R2ab （2）欧姆调零 （3）试测电阻读数偏小（即偏角过大）调小倍率，读数偏大（即偏角过小）调大倍率。 （4）换好倍率再欧姆调零，再测电阻值。 指针应在中值附近为好 （5）断开电源。 例14（xx上海卷）在练习使用多用表的实验中 （1）某同学连接的电路如图所示若旋转选择开关，使尖端对准直流电流挡，此时测得的是通过_的电流；若断开电路中的电键，旋转选择开关使其尖端对准欧姆挡，此时测得的是_的电阻；若旋转选择开关，使尖端对准直流电压挡，闭合电键，并将滑动变阻器的滑片移至最左端，此时测得的是_两端的电压。 （2）（单选）在使用多用表的欧姆挡测量电阻时，若（）（A）双手捏住两表笔金属杆，测量值将偏大（B）测量时发现指针偏离中央刻度过大，则必需减小倍率，重新调零后再进行测量（C）选择“10”倍率测量时发现指针位于20与30正中间，则测量值小于25?（D）欧姆表内的电池使用时间太长，虽然完成调零，但测量值将略偏大答案 （1）R1，R1和R2串联，R2（或电源）， （2）D，因电池电动势减小，虽能通过调节调零旋钮（改变可变电阻阻值）完成调零，因满偏电流不变，所以欧姆表内阻减小，但EIRR+对相同的待测电阻，电流0xX=变小了，所以读数偏大了。 例15(xx北京) （1）用如图1所示的多用电表测量电阻，要用到选择开关K和两个部件S、T。 请根据下列步骤完成电阻测量:1旋动部件_，使指针对准电流的0刻线。 2将K旋转到电阻挡l00的位置。 3将插入十、插孔的表笔短接，旋动部件_，使指针对准电阻的_(填0刻线或刻线)。 4将两表笔分别与侍测电阻相接，发现指针偏转角度过小。 为了得到比较准确的测量结果，请从下列选项中挑出合理的步骤，并按_的顺序避行操作，再完成读数测量。 A将K旋转到电阻挡1k的位置B将K旋转到电阻挡10的位置C将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接D将两表笔短接，旋动合适部件，对电表进行校准1【答案】ST0刻线ADC解析多用电表测量电阻时，在测量之前就要观察指针是否在零刻度线上，若指针不在零刻度线上，用螺丝刀小心转动调零螺丝S，使指针对准电流的“0”刻线.然后转动选择开关K，选择量程，再将两表笔短接，调整调零电阻的旋钮T，使得指针对准满偏刻度（即电阻的0刻线），接下来才能将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接，测量被测电阻的阻值.若在测量过程中，发现指针偏转角度过小，表明被测的电阻阻值很大，这时要换用更高倍率的挡位，例如，本题就要从“100”挡位更换到“x1K”的位置. 五、电学实验-测电阻 1、实验电路 （1）测量电路伏安法测量电阻xURI=a.电流表内接法-=AU UURRII测真VVR R真RRR=+测真当R真RV时R测R真选择条件:若0VARR R=则RxR0时选用电流表内接法Rx （2）供电电路a.分压式电路1电压要求变化范围大或要求从零开始连续可调时。 选择分压式电路。 2待测电阻Rx远大于滑变的总阻值R0时（一般R0在0.1Rx0.5Rx）选择分压式电路。 b.限流式电路在两种电路都可行时，应优先选用限流式电路，一般R0在2Rx5Rx为好。 （3）实验电路的设计1实验电路=测量电路+供电电路2根据实验要求和滑变的大小设计出供电电路（分压式、限流式）3根据电源选择电压表、电流表4再根据RV、RA、RX的大小关系确定测量电路（电流表内接还是外接） 2、实验仪器的选择 （1）原则a.安全如测量值不能大于表的最大值b.误差小如表的读数应大于满刻度的1/3，最好在满刻度的2/3附近。 c.操作方便:如滑变的大小调节时应应用到大部分电阻线，既能满足实验要求又要便于操作。 （2）步骤:a.选择电源,根据电源选择电压、电流表.b.根据电压、电流表内阻及待测电阻的大小设计出合理的测量电路c.根据实验要求、滑动变阻器的大小选择供电电路d.画出实验电路图。 例16.某同学测量阻值约为25k的电阻Rx，现备有下列器材A电流表（量程100A，内阻约为2k）；B电流表（量程500A，内阻约为300）；C电压表（量程15V，内阻约为100k）；D电压表（量程50V，内阻约为500k）；E直流电源（20V，允许最大电流1A）；F滑动变阻器（最大阻值1k，额定功率1W）；G电键和导线若干。 电流表应选B，电压表应选C。 （填字母代号）该同学正确选择仪器后连接了以下电路，为保证实验顺利进行，并使测量误差尽量减小，实验前请你检查该电路，指出电路在接线上存在的问题 （2）电流表应采用内接的方法； （3）滑动变阻器应采用分压器方式的接法。 【解析】 （1）本题中，待测电阻Rx的阻值约为25k，直流电源电动势为20V，经粗略计算电路中最大的电流约为max320V800A2510EIR=?，所以电流表选择B；虽然电压表C的量程不足，但是相比起来电压表D的量程超过太多，读数偏小，所以电压表选择C表。 （2）根据本题解析的第、两条原则可知电路图的问题为电流表应采用内接的方法；滑动变阻器应采用分压器方式的接法。 （3）电表的灵活运用方法例17.用以下器材可测量电阻Rx的阻值。 A待测电阻Rx，阻值约为600；B电源E，电动势约为6.0V，内阻可忽略不计C毫伏表V1，量程为0500mV，内阻r1=1000D电压表V2，量程为06V，内阻r2约为10KE，电流表A，量程为00.6A，内阻r3约为1；P定值电阻R0，R0=60；C滑动变阻器R，最大阻值为150；H单刀单掷开关S一个，导线若干 (1)测量中要求两块电表的读数都不小于其量程的13，并能测量多组数据，请在虚线框中画出测量电阻Rx的实验电路图。 (2)若选测量数据中的一组来计算Rx，则由已知量和测量物理量计算Rx的表达式为Rx=，式中各符号的意义是。 (所有物理量用题中代数符号表示) （1）测量电阻Rx的实验电路图如右图所示（3分） （2）2101101()()xUU RrRU Rr?=+（3分）U1为毫伏表V1的读数，U2为电压表V2的读数，r1为毫伏表V1的内阻，R0为定值电阻（3分） 3、测量电阻的方法a.伏安法b.等效替代法c.半偏法d.比较法 4、实验a、测定金属丝的电阻率例18（xx山东卷）. （2）在测量金属丝电阻率的试验中，可供选用的器材如下待测金属丝xR（阻值约4?，额定电流约0.5A）；电压表V（量程3V，内阻约3k?）；电流表1A（量程0.6A，内阻约0.2?）；2A（量程3A，内阻约0.05?）；电源1E（电动势3V，内阻不计）2E（电动势12V，内阻不计）滑动变阻器R（最大阻值约20?）螺旋测微器；毫米刻度尺；开关S；导线。 1用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图所示，读数为mm。 2若滑动变阻器采用限流接法，为使测量尽量精确，电流表应选、电源应选（均填器材代号），在虚线框中（间答题卡）完成电路原理图。 11.773【1.771-1.775均正确】2A1；E1；电路图如右。 解析1773【17711775均正确】电压表量程3V，所以电源应选E1，通过待测金属丝的最大电流约为75.043=xREIA，所以电流表应选A1。 电路图如右。 b、描绘小灯泡的伏安特性曲线例19.（xx四川卷） (2)某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线，可供选用的器材如下小灯泡L，规格“4.0V0.7A”；电流表A1，量程3A，内阻约为0.1;电流表A2，量程0.6A，内阻r2=0.2;电压表V，量程3V，内阻rV=9k；标准电阻R1，阻值1；标准电阻R2，阻值3k;滑动变阻器R，阻值范围O10,；学生电源E，电动势6V，内阻不计；开关S及导线若干。 甲同学设计了如图1所示的电路来进行测量，当通过L的电流为0.46A时，电压表的示数如图2所示，此时L的电阻为_。 乙同学又设计了如图3所示的电路来进行测量，电压表指针指在最大刻度时，加在L上的电压值是_V。 学习小组认为要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线，需要重新设计电路。 请你在乙同学的基础上利用所供器材，在图4所示的虚线框内补画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号。 22 (2)5（3分）；4（3分）；说明画出答图1给4分，只画出答图2给2分。 【分析点拨】先分析图 1、图3的弊端，在扩充量程的同时，还要尽可能做到排除电流表的分压以及电压表的分流。 3.2R【解析】电压表示数2.3V，?=546.0。 4)30009000(90003=+=LUV。 准确地描绘出L完整的伏安特性曲线，需要将电流电压调节达到小灯泡的额定值。 测量准确3A电流表不能使用，3V电压表和0.6A电流表量程不够必须改装；将电压表和2R串联，刚好满足4V量程（小灯泡额定）；电流的2A与1R并联即可将电流量程扩至0.72A（额定为0.7A）。 两表改装完毕之后，再考虑内、外接的问题。 由于改装后的电压表量程刚好等于小灯泡额定电压，也就不适于将改装后的安培表内接了，否则电压表会超量程的。 这里最好采用外接法，即答图1。 c、电表内阻的测定方法例20.有一电流表，量程为1mA，内阻r1约为100。 要求测量其内阻。 可选用器材有电阻箱R0，最大阻值为99999.9；滑动变阻器甲，最大阻值为10k；滑动变阻器乙，最大阻值为2k；电源E1，电动势约为2V，内阻不计；电源E2，电动势约为6V，内阻不计；开关2个，导线若干。 采用的测量电路图如图所示，实验步骤如下断开S1和S2，将R调到最大；合上S1调节R使A满偏；合上S2，调节R1使A半偏，此时可以认为A的内阻rgR1，试问在上述可供选择的器材中，可变电阻R1应该选择；为了使测量尽量A R1RS2S1精确，可变电阻R应该选择；电源E应该选择。 认为内阻rgR1，此结果与rg的真实值相比。 （填“偏大”、“偏小”或“相等”）R0；滑动变阻器甲；E2偏小例21.要测量电压表V1的内阻RV，其量程为2V，内阻约2K。 实验室提供的器材有电流表A，量程0.6A，内阻约0.1；电压表V2，量程5V，内阻为5K；定值电阻R1，阻值30；定值电阻R2，阻值为3K；滑动变阻器R3，最大阻值100，额定电流1.5A；电源E，电动势6V，内阻约0.5；开关S一个，导线若干。 有人拟将待测电压表V1和电流表A串联接入电压合适的测量电路中，测出V1的电压和电流，再计算出RV。 该方案实际上不可行，其最主要的原因是请从上述器材中选择必要的器材，设计一个测量电压表V1内阻RV的实验电路。 要求测量尽量准确，实验必须在同一电路中，且在不增减元件的条件下完成。 试画出符合要求的实验电路图（图中电源与开关已连接好），并标出所选元件的相应字母代号.由上问写出V1内阻RV的表达方式，说明式中各测量量的物理意义。 答案1电流表A不能准确测量出流过电压表V1的电流，测量值远小于量程；（2分）测量电压表V1内阻VR的实验电路如图所示；（图3分）1221VU RRUU=?，（2分）1U表示的1V电压，2U表示1V和2R串联的总电压。 （1分）例22.从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A1的内阻r1，要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测出多组数据。 器材（代号）规格电流表（A1）量程10mA、内阻r1待测（约40）电流表（A2）量程500A、内阻r2=750电压表（V）量程10V、内阻r3=10k电阻（R1）阻值约为100、做保护电阻用滑动变阻器（R2）总阻值约为20、额定电流60mA电源（E）电动势1.5V、内阻很小开关（S2）、电线若干 （1）在答题卡上画出电路图，标明所用器材的代号。 （2）若用测量数据来计算r1，则所用的表达式为r1=，式中各符号的意义是。 (1) (2)r1=122IrI1是通过A1的电流，I2是通过A2的电流，r2是A2的阻值4.电流表当做电压表使用的方法1当做电压表使用的电流表的电阻得知道2注意电表读数的匹配例23.实验室中现有器材如实物图所示，有电池E，电动势约10V，内阻约1；电流表A1，量程10A，内阻r1约为0.2；电流表A2，量程300mA，内阻r2约为5；电流表A3，量程250mA，内阻r3约为5；电阻箱R1，最大阻值999.9，阻值最小改变量为0.1；滑线变阻器R2，最大阻值100；开关S；导线若干。 要求用图所示的电路测定图中电流表A的内阻。 （1）在所给的三个电流表中，哪几个可用此电路精确测出其内阻？ （2）在可测的电流表中任选一个作为测量对象，在实物图上连成测量电路。 （3）你要读出的物理量是_。 用这些物理量表示待测内阻的计算公式是_。 （1）A 2、A3（2分，答对其中一个给1分。 若答了A1则不给这2分。 ） （2）若测r3，实物图如图（4分，将A 2、A3的位置互换不扣分；将A 2、A3换成A1，或连线有错，都不给这4分。 ） （3）A 2、A3两电流表的读数I 2、I3和电阻箱R1的阻值R1。 （2分）13323RIIIr?=例24.用以下器材测量待测电阻RX的阻值待测电阻RX,阻值约为100;电源E，电动势约为6.0V,内阻可忽略不计；电流表A1，量程为050mA，内电阻r1=20;定值电阻R0，阻值R0=20；电流表A2，量程为0300mA，内电阻r2约为4;单刀单掷开关S，导线若干；滑动变阻器R，最大阻值为10；测量中要求两块电流表的读数都不小于其量程的13，试画出测量电阻RX的实验电路原理图（原理图中的元件用题干中相应的英文字母标注）。 若某次测量中电流表A1的示数为I1，电流表A2的示数为I2。 则由已知量和测量量计算RX的表达式为RX=_答案（6分）若R作限流电阻，正确同样给分。 10112IIIrR?d、测定电源的电动势和内阻例25.现有一阻值为10.0的定值电阻、一个开关、若干根导线和一个电压表，该电压表盘面上有刻度但没有刻度值，要求设计一个能测定某电源内阻的实验方案。 （已知电压表的内阻很大，量程大于电源的电动势，电源内阻约几）要求 （1）画出电路图 （2）写出用测得的量计算电源内阻的计算表达式r=（U1-U2）R0/U2例26.小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大.某同学为研究这一现象，用实验得到如下数据（I和U分别表示小灯泡上的电流和电压）I（A）0.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50U（V）0.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00 （1）在左下框中画出实验电路图.可用的器材有电压表、电流表、滑线变阻器（变化范围010）、电源、小灯泡、电键、导线若干. （2）在右图中画出小煤泡的UI曲线. （3）如果第15题实验中测得电池的电动势是1.5V，内阻是2.0.问将本题中的灯泡接在该1R1A2AxRgr0RESR电池两端，小灯泡的实际功率是多少？（简要写出求解过程；若需作图，可直接画在第 （2）小题的方格图中） （1）见下图 （2）见右图 （3）作出U=Ir?图线，可得小灯泡工作电流为0.35安，工作电压为0.80伏，因此小灯泡实际功率为0.28瓦练习20.如图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1n251，电阻R20，L 1、L2为规格相同的两只小灯泡，S1为单刀双掷开关原线圈接正弦交变电源，输入电压u随时间t的变化关系如图12乙所示现将S1接 1、S2闭合，此时L2正常发光下列说法正确的是（）A输入电压u的表达式u202sin