内容正文:
高考复习顶层设计·物理
1
高考复习顶层设计 物理
第九章
电路和电能
2
章末素能提升
3
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本部分内容讲解结束
19
处理设计型、探究型实验的方法——“科学探究”之“问题”“证据”“解释”
1.找原型:先根据实验目的和给出的条件把教材中的实验原型在头脑中完整地重现出来。
2.做对比:将实验中所给器材与原型中器材进行对比,看一下少了什么器材或什么器材的量程不满足要求;再看一下多给了什么器材,注意多给的器材可能就是解决问题的“金钥匙”。
3.定方案:根据对比结果设计电路。
4.常用替代或改装。
(1)内阻已知的电压表相当于小量程的电流表。
(2)内阻已知的电流表则相当于小量程的电压表。
(3)灵敏电流计串大电阻改装成电压表。
(4)灵敏电流计并小电阻改装成电流表。
(5)内阻较小的电源串定值电阻相当于内阻较大的电源。
【典例1】 (2022·全国乙卷)一同学探究阻值约为550 Ω的待测电阻Rx在0~5 mA范围内的伏安特性。可用器材有:电压表V(量程为3 V,内阻很大),电流表A(量程为1 mA,内阻为300 Ω),电源E(电动势约为4 V,内阻不计),滑动变阻器R(最大阻值可选10 Ω或1.5 kΩ),定值电阻R0(阻值可选75 Ω或150 Ω),开关S,导线若干。
甲
2.30
4.20
548
(1)要求通过Rx的电流可在0~5 mA范围内连续可调,请将图甲所示的器材符号连线,画出实验电路的原理图。
(2)实验时,图甲中的R应选最大阻值为___________(选填“10 Ω”或“1.5 kΩ”)的滑动变阻器,R0应选阻值为___________(选填“75 Ω”或“150 Ω”)的定值电阻。
(3)测量多组数据可得Rx的伏安特性曲线。若在某次测量中,电压表、电流表的示数分别如图乙和图丙所示,则此时Rx两端的电压为___________V,流过Rx的电流为___________mA,此组数据得到的Rx的阻值为___________Ω(保留3位有效数字)。
乙 丙
见解析图(a)
10 Ω
75 Ω
【解析】 (1)电流表内阻已知,电流表与R0并联扩大电流表量程,进而准确测量通过Rx的电流,电压表单独测量Rx的电压;滑动变阻器采用分压式接法,电表从0开始测量,满足题中通过Rx的电流从0~5 mA连续可调,电路图如图(a)。
(2)电路中R应选最大阻值为10 Ω的滑动变阻器,方便电路的调节,测量效率高、实验误差小;通过Rx的电流最大为5 mA,需要将电流表量程扩大为原来的5倍,根据并联分流的规律示意图如图(b),根据并联分流,即并联电路中电流之比等于电阻的反比,可知=,解得R0=75 Ω。
图(a)
图(b)
(3)电压表每小格表示0.1 V,向后估读一位,即U=2.30 V;电流表每小格表示0.02 mA,本位估读,即0.84 mA,电流表量程扩大5倍,所以通过Rx的电流为I=4.20 mA;根据欧姆定律可知Rx= = Ω≈548 Ω。
【典例2】 (2022·山东卷)某同学利用实验室现有器材,设计了一个测量电阻阻值的实验。实验器材如下:
干电池E(电动势1.5 V,内阻未知);
电流表A1(量程10 mA,内阻为90 Ω);
电流表A2(量程30 mA,内阻为30 Ω);
定值电阻R0(阻值为150 Ω);
滑动变阻器R(最大阻值为100 Ω);
待测电阻Rx;
开关S,导线若干。
测量