热点04 等效替代法 —2021年高考物理【热点·重点·难点】专练（新高考版）

2021年高考物理【热点·重点·难点】专练（新高考专用） 热点04 等效替代法 【热点解读】 等效替代法是科学研究中常用的一种思维方法，对一些复杂问题采用等效方法，将其变成理想的、简单的、已知规律的过程来处理，常可使问题的解决得以简化，能替代的前提是等效，等效是指不同的物理现象、模型、过程等在物理意义、作用效果或物理规律方面是相同的，它们之间可以相互替代，而保证结论不变。等效的方法是指面对一个较为复杂的问题，提出一个简单的方案或设想，而使它们的效果完全相同，从而将问题化难为易、化繁为简求得解决。这种科学思维方法不仅在定义物理概念时经常用到，如等效电路、等效电阻、分力与合力等效、合运动与分运动等效等，而且在分析和设计实验时也经常用到。再如交流电的有效值，即是用交流电与直流电在热效应里产生的“等效作用”来确定的。物理实验中经常会用到“等效替代法”。 【限时检测】（建议用时：30分钟） 1．某实验小组利用如图甲所示的电路探究在25 ℃~80 ℃范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有：置于温控室（图中虚线区域）中的热敏电阻RT，其标称值（25 ℃时的阻值）为900.0 Ω；电源E（6 V，内阻可忽略）；电压表V（量程150 mV）；定值电阻R0（阻值20.0 Ω），滑动变阻器R1（最大阻值为1 000 Ω）；电阻箱R2（阻值范围0~999.9 Ω）；单刀开关S1，单刀双掷开关S2。 实验时，先按图甲连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0 ℃。将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数。逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0 ℃。实验得到的R2-t数据见下表。 t/℃ 25.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 R2/Ω 900.0 680.0 500.0 390.0 320.0 270.0 240.0 回答下列问题： (1)在闭合S1前，图甲中R1的滑片应移动到______（填“a”或“b”）端。 (2)在图乙的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出R2-t曲线。（_______） (3)由图乙可得到RT在25 ℃~80 ℃范围内的温度特性。当t=44.0 ℃时，可得RT=____Ω。 (4)将RT握于手心，手心温度下R2的相应读数如图丙所示，该读数为______Ω，则手心温度为_______℃。 【答案】 b 450 620.0 33.0 【解析】 (1)闭合开关S1前，应让滑片移动到b端，使滑动变阻器连入电路的阻值最大。 (2)如图所示 (3)由图丁可知t=44.0 ℃时，电阻的阻值为450 Ω。 (4)由图丙可得电阻箱阻值为620.0 Ω，由图丁可得温度约为33.0 ℃。 2．为了测试某精密元件在204μA特定电流值时的工作性能，一实验小组利用微安表监测该元件在电路中的电流，电路如图（a）所示。所用器材：微安表（量程为250μA，内阻约为1000Ω），稳压电源E（电动势为2.0V），定值电阻R0（阻值为4000.0Ω），滑动变阻器R1（最大阻值为1000Ω，额定电流为0.3A），电阻箱R2（阻值范围0~9999.9Ω），开关S。将电阻箱R2置于图（b）所示的阻值，滑动变阻器R1置于最大值；闭合开关S，移动R1的滑片，使微安表读数为204μA。 (1)图（b）中R2的阻值为___________Ω； (2)在图（c）中标出微安表读数为204μA时的指针位置___________。为了提高监测精度，该小组尝试用标准电池EN（电动势为1.0186V）和灵敏电流计（量程范围 300μA）替代微安表，设计了图（d）所示电路。要将元件的工作电流调到204μA，需先将R2的阻值设置为某个特定值，再闭合开关S1、S2，调节滑动变阻器R1，使灵敏电流计指针指在零点，此时元件中的电流即为204μA。 (3)电阻箱R2的阻值应设置为___________Ω。 【答案】 4250.0 4993.1 【解析】 (1)图（b）中R2的阻值为4250.0Ω； (2) 微安表最小刻度为5μA，则读数为204μA时的指针位置如图； (3)由题意可知，当电阻R2两端电压等于电动势EN时，通过灵敏电流计的电流为零，则 UR=EN=1.0186V 电流 IR=204μA 则 3．某物理兴趣小组的同学要测定某电阻Rx的阻值，通过讨论，决定采用下列方法来测定。 (1)方法一：用多用电表测量 首先，选用欧姆表“×1”挡进行粗测，正确操作后，表盘指针如图1所示，则该电阻的测量值为Rx=