第11章 电路及其应用 水平测评-【金版教程】2025-2026学年高中物理必修第三册创新导学案课件PPT（人教版2019）

今天为大家示范的实验室测绘小灯泡的伏安特性曲线。取一段220伏100瓦灯泡的灯丝，把灯丝与学生电源及2.5伏小灯泡串联起来，打开学生电源，闭合开关，观察到小灯泡发光，用蜡烛给灯丝加热。可以观察到小灯泡变暗。为什么给灯丝加热时，小灯泡会变暗呢？本次实验将通过以下几个环节来进行，一、设计电路图并连接电路。2、移动滑片，增加小灯泡两端的电压，从零开始记录电流表和电压表的读数。3、根据实验数据绘制小灯泡的伏安特性曲线图。在实验中，我们需要用到以下实验器材，小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器、电池组、开关。导线A4，白纸、铅笔。首先，画出实验电路图。接下来根据实验电路图连接实物连接电路时，开关应处于断开状态。连接电流表和电压表要选择合适的量程。本次实验我们分别选择0至0.6安和0至3伏的量程。注意，为了使导体两端的电压范围变大使电压从零开始变化，滑动变阻器采用分压式接法。把滑动变阻器的滑片调至最大阻值。电路经检查无误后，闭合开关，改变滑动变阻器、滑片的位置，读取电压表、电流表的示数，并观察小灯泡亮度。读取电压表U一等于0.4伏。电流表I一等于。0.1安小。灯泡不亮。改变滑动变阻器滑片的位置，读取电压表入二等于0.6伏。电流表I2等于0.13安。小灯泡不亮。改变滑动变阻器滑片的位置。读取电压表U3等于0.8伏，电流表I三等于0.15安，小灯泡不亮。改变滑动变阻器滑片的位置。读取电压表U4等于1.0服，电流表I4等于0.17安，灯泡微亮。继续调节滑动变阻器，读取电压表电流表示数，观察小灯泡发光情况。并将多组数据记录至表格。在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流I横轴表示电压U并根据实验得出的数据标出数据点，用平滑曲线将各数据点连接起来，便得到导体的伏安特性曲线。在该实验中有小灯泡的伏安特性曲线可知，其图像的斜率逐渐变小，说明小灯泡的电阻随着它两端电压的增大而增大。小灯泡两端的电压越大，其发热功率也越大，灯丝的温度也越高。因此小灯泡灯丝的温度越高，它的电阻就越大。由实验可知，一小灯泡的电阻随着灯丝温度的升高而增大，二小灯泡是非线性元件。注意事项，一、做出UI图线是一条过原点的曲线，滑动变阻器采用分压式接法，可以使电压从零开始变化。2、因被测小灯泡电阻较小，实验电路应采用电流表的外接法。3、开关闭合后，调节变阻器滑片的位置，使灯泡的电压逐渐增大，可在电压表读数每增加一个定值读取一次电流值。4、调节滑片位置时，应注意使电压表的示数不要超过小灯泡的额定电压。5、在坐标纸上建立坐标系，横纵坐标所取的分布比例应该适当，尽量使测量数据画出的图线占满。坐标纸连线要用平滑的曲线，不能画成折线。实验结束后要记得断开开关，并将实验器材整理好。 第十一章　水平测评 本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，满分100分，考试时间75分钟。 第Ⅰ卷(选择题，共50分) 一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分。在每小题给出的四个选项中，第1～7题只有一项符合题目要求，第8～10题有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1．下列关于电流方向的说法中正确的是(　　) A．电荷的定向移动方向即为电流的方向 B．电流的方向总是从电源的正极流向负极 C．电流既有大小，又有方向，是一个矢量 D．在电源内部，电流从负极流向正极 解析：正电荷的定向移动方向与电流方向相同，负电荷的定向移动方向与电流方向相反；电流虽有方向，但不符合矢量运算法则，不是矢量，而是标量；外电路中电流从电源正极流向负极，电源内部电流从负极流向正极，故A、B、C错误，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2．(2021·江苏高考)有研究发现，某神经细胞传递信号时，离子从细胞膜一侧流到另一侧形成跨膜电流，若将该细胞膜视为1×10－8 F的电容器，在2 ms内细胞膜两侧的电势差从－70 mV变为30 mV，则该过程中跨膜电流的平均值为(　　) A．1.5×10－7 A B．2×10－7 A C．3.5×10－7 A D．5×10－7 A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3．如图所示的电路中，R1＝5 Ω，R2＝10 Ω，滑动变阻器R3的最大阻值为10 Ω，则A、B两端的总电阻的最大值与最小值的比是(　　) A．3∶2 B．4∶3 C．2∶1 D．4∶1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 4．一个电流表由小量程的电流表与电阻R并联而成。若在使用中发现此电流表读数比准确值稍小些，下列采取的措施正确的是(　　) A．在R上串联一个比R小得多的电阻 B．在R上串联一个比R大得多的电阻 C．在R上并联一个比R小得多的电阻 D．在R上并联一个比R大得多的电阻 解析：电流表读数比准确值稍小些，是由于并联的电阻R阻值偏小些，而使流经小量程的电流表的电流偏小些，所以应该给电阻R串联一个阻值比R小得多的电阻，从而使通过电流表的电流变大些。A正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 5．如图所示用电压表和电流表测电阻，Rx为待测电阻，如果电压表的读数是3.50 V，电流表的读数是10.0 mA，电压表的内阻是1.50 kΩ，电流表的内阻是10 Ω，那么Rx的精确值是(　　) A．457 Ω B．350 Ω C．360 Ω D．1200 Ω 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 7．导体A、B、C的伏安特性曲线分别是图线1、2、3，其中导体C为一非线性电阻，当它们串联后接在输出电压恒为6 V的直流电源两端时，它们的电阻分别为R1、R2、R3。则下列说法中正确的是(　　) A．此时流过三导体的电流均为1 A B．此时电阻之比R1∶R2∶R3＝1∶2∶3 C．若将三导体串联后接在输出电压恒为3 V的直 流电源上，则三导体的阻值之比不变 D．若将三导体并联后接在输出电压恒为3 V的直流电源上，则通过它们的电流之比I1∶I2∶I3＝2∶3∶1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：当三个导体串联时，通过各个导体的电流相等， 而三个导体两端的电压之和为6 V，由题图可知，三导体中 的电流应为1 A，故A正确；由题图可知，A、B、C两端的电 压分别为1 V、3 V、2 V，由串联电路分压规律可知，电阻之 比为R1∶R2∶R3＝1∶3∶2，故B错误；若将三导体串联后接在 输出电压恒为3 V的直流电源上，A、B的阻值不变，而C两端电压变化，则其电阻一定变化，三导体的阻值之比变化，C错误；若将三导体并联后接在输出电压恒为3 V的直流电源上，由题图可知，通过三导体的电流分别为3 A、1 A、2 A，则I1∶I2∶I3＝3∶1∶2，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 8．实验室中常用滑动变阻器来调节电流的大小，有时用一个不方便，须用两个阻值不同的滑动变阻器，一个做粗调(被调节的电流变化大)，一个做微调(被调节的电流变化小)。使用时连接方式可以是串联，也可以是并联，如图所示，则(　　) A．串联时，阻值大的变阻器做微调 B．串联时，阻值大的变阻器做粗调 C．并联时，阻值大的变阻器做微调 D．并联时，阻值大的变阻器做粗调 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 10．如图所示是一个电路的一部分，其中R1＝5 Ω，R2＝1 Ω，R3＝3 Ω，I1＝0.2 A，I2＝0.1 A，下列结论正确的是(　　) A．通过R3的电流为0.3 A，方向向上 B．通过R3的电流为0.15 A，方向向下 C．电流表测得电流为0.2 A，方向向左 D．电流表测得电流为0.3 A，方向向右 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 第Ⅱ卷(非选择题，共50分) 二、实验题(本题共2小题，共12分) 11．(4分)在使用多用电表的实验中，某 同学实验过程如下： (1)如图甲，利用多用电表测电阻的 电压时，黑表笔应接图甲中的_____(填“M”或“N”)点。 (2)利用多用电表测电阻的阻值时，该同学将欧姆挡的选择开关拨至“×100”的倍率挡，在进行了正确的连接后，测量时发现指针偏转角度太小，不方便读数，该同学应将欧姆挡的开关拨至“________”(填“×10”或“×1 k”)挡。最后多用电表的示数如图乙所示，示数为________ Ω。 M ×1 k 3×104 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：(1)多用电表测电阻的电压时，根据“红进黑出”可知黑表笔应接电阻两端电势低的一侧，由题图甲可知M点电势低于N点，故黑表笔接题图甲中的M点。 (2)欧姆表测量时，指针偏转角度太小，说明待测电阻阻值较大，应将倍率适当调大，所以应将欧姆挡的开关拨至“×1 k”挡。题图乙示数为30×1 kΩ＝3×104 Ω。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 12．(8分)用下列实验器材测量某金属导线的电阻率： 待测金属导线一根，最大阻值约为10 Ω； 电压表一个，量程3 V，内阻约为5 kΩ； 电流表一个，量程0.6 A，内阻约为0.1 Ω； 滑动变阻器R1(阻值范围0～200 Ω，额定电流为0.1 A)； 滑动变阻器R2(阻值范围0～20 Ω，额定电流为1 A)； 干电池两节，开关一个，导线若干，螺旋测微器一只，刻度尺一个。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 (1)如图a，用螺旋测微器测金属导线的直径时，将金属导线轻轻地放在测砧与测微螺杆之间，先调节_____(选填“A”“B”“C”或“D”)使它们距离减小，再旋动微调旋钮，夹住导线，直到听到“喀喀”的声音，以保证压力适当，同时防止螺旋测微器的损坏。 (2)用此螺旋测微器测得该金属导线的直径d，如图a所示，则d＝______ mm。 (3)用如图b所示电路进行实验，开关S闭合之前，应将滑动变阻器的滑片P置于_____端(选填“A”或“B”)。图c为实物图，调节金属导线上可动接线柱Q的位置(金属导线的总阻值约10 Ω)，可以改变导线接入电路的长度，可动接线柱Q有一定的电阻，但阻值未知。滑动变阻器应该选________(选填“R1”或“R2”)。要把实物图 连线连接完整，还需从电池负极接线柱引线连接到图中的________接线柱(选填“①”“②”“③”或“④”)。 C 0.406 A R2 ③ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 (4)多次改变导线接入电路的长度L，测量不同长度时的电阻Rx，作Rx­L图像如图d所示，测得图像中直线的斜率为k，纵坐标截距为b，则该金属材料的电阻 率为________，可动接线柱Q的电阻为____。(以上两空答案用k、b、d或其中的部分表示) b 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：(1)用螺旋测微器测金属导线的直径时， 将金属导线轻轻地放在测砧与测微螺杆之间，先旋 动旋钮C使它们距离减小，再旋动微调旋钮D，夹 住导线，直到听到“喀喀”的声音，以保证压力适当， 同时防止螺旋测微器的损坏。 (2)由图a可知，该金属导线的直径d＝0 mm＋ 40.6×0.01 mm＝0.406 mm。 (3)图b中，开关S闭合之前，为了保护电路中的元件，应使分压电路两端电压为0，则应将滑动变阻器的滑片P置于A端；由实验原理图可知，滑动变阻器采用分压式接法，为了便于调节，应该选最大阻值较小的R2；要把实物图连线连接完整，还需从电池负极接线柱引线连接到图中的③接线柱。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 三、计算题(本题共3小题，共38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) 13．(10分)在一根长l＝5 m、横截面积S＝3.5×10－4 m2的铜质导线两端加2.5×10－3 V电压。已知铜的电阻率ρ＝1.75×10－8 Ω·m。求： (1)该导线中的电阻多大？ (2)每秒通过导线某一横截面的电子数为多少？ 答案：(1)2.5×10－4 Ω　(2)6.25×1019 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 14．(12分)如图所示，表头的内阻Rg为500 Ω，满偏电流Ig为1 mA。当使用a、b两个端点时，是量程为I1的电流表；当使用a、c两个端点时，是量程为I2的电流表；当使用a、d两个端点时，是量程为U的电压表。已知电阻R1、R2、R3的阻值分别为0.5 Ω、2 Ω和100 Ω。求： (1)量程I1、I2的值； (2)量程U的值。 答案：(1)1.005 A　201 mA　(2)20.6 V 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：(1)接a、b时满足 Ig(Rg＋R2)＝(I1－Ig)R1 接a、c时满足IgRg＝(I2－Ig)(R1＋R2) 代入数据解得I1＝1.005 A，I2＝201 mA。 (2)接a、d时满足IgRg＋I3R3＝U 且IgRg＝(I3－Ig)(R1＋R2) 联立并代入数据解得U＝20.6 V。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 15．(16分)如图所示电路，R1＝R2＝4 Ω，R3＝R4＝2 Ω，UAB＝6 V，不计电流表的内阻，求： (1)电流表A1和A2的示数； (2)R1与R4两端的电压之比。 答案：(1)1.5 A　1.0 A　(2)1∶2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R 解析：根据Q＝CU可知ΔQ＝CΔU＝1×10－8×[30－(－70)]×10－3 C＝1×10－9 C，则该过程中跨膜电流的平均值为I＝eq \f(ΔQ,t)＝eq \f(1×10－9,2×10－3) A＝5×10－7 A，故选D。 解析：当变阻器接入电路的阻值为R3＝10 Ω时，A、B两端的总电阻最大，为Rmax＝R1＋eq \f(R3R2,R3＋R2)＝5 Ω＋eq \f(10×10,10＋10) Ω＝10 Ω，当变阻器R3接入电路的电阻为0时，A、B两端的总电阻最小，为Rmin＝R1＝5 Ω，则A、B两端的总电阻的最大值与最小值的比为Rmax∶Rmin＝2∶1，C正确。 解析：通过电压表的电流IV＝eq \f(U,RV)＝eq \f(3.50,1.50×103) A＝eq \f(7,3)×10－3 A，则Rx＝eq \f(U,IRx)＝ eq \f(3.50,10.0×10－3－\f(7,3)×10－3) Ω≈457 Ω，故选A。 6．如图所示，一根长为l、横截面积为S的金属棒，其材料的电阻率为ρ，棒内单位体积的自由电子数为n，电子的质量为m，电荷量为e。在棒两端加上恒定的电压时，棒内产生电流，自由电子定向移动的平均速率为v，则金属棒内的电场强度大小为(　　) A．eq \f(mv2,2el) B．eq \f(mv2Sn,e) C．ρnev D．eq \f(\a\vs4\al(ρev),Sl) 解析：金属棒的电阻R＝ρeq \f(l,S)，由电流微观表达式可知，自由电子定向移动形成的电流I＝neSv，金属棒两端电压U＝IR，故金属棒内的电场强度大小为E＝eq \f(U,l)＝eq \f(\a\vs4\al(neSvρl),lS)＝ρnev，故选C。 解析：当两者串联时，电阻越大，对电路总电阻的影响越大，根据欧姆定律I＝eq \f(U,R)可得，电阻大的对电流的影响较大，故阻值大的滑动变阻器做粗调，B正确，A错误；当两者并联时，并联总电阻接近阻值小的那个电阻，所以小电阻对电路的影响大，故阻值大的滑动变阻器做微调，阻值小的滑动变阻器做粗调，C正确，D错误。 9．一根粗细均匀的导线，两端加上电压U时，通过导线的电流为I，导线中自由电子定向移动的平均速率为v，若将导线均匀拉长，使它的横截面的半径变为原来的eq \f(1,2)，再给它两端加上电压U，则(　　) A．通过导线的电流为eq \f(I,4) B．通过导线的电流为eq \f(I,16) C．导线中自由电子定向移动的平均速率为eq \f(v,4) D．导线中自由电子定向移动的平均速率为eq \f(v,2) 解析：导线被拉长后，其横截面积变小，变为原来的eq \f(1,4)，由V＝Sl可知其长度变为原来的4倍，由R＝ρeq \f(l,S)可知其电阻增大为原来的16倍，则加上相同的电压U时，电流会变为原来的eq \f(1,16)，A错误，B正确；又根据I＝neSv，导线被拉长后，n、e不变，I变为原来的eq \f(1,16)，S变为原来的eq \f(1,4)，故v变为原来的eq \f(1,4)，C正确，D错误。 解析：由欧姆定律可得，R1和R2两端的电压分别为U1＝I1R1＝0.2 A×5 Ω＝1 V，U2＝I2R2＝0.1 A×1 Ω＝0.1 V，R1左端与R2左端电势相等，设为φ，则R3上端的电势φ上＝φ－U1＝φ－1 V，下端的电势φ下＝φ－U2＝φ－0.1 V，则φ下>φ上，且R3两端电压U3＝φ下－φ上＝0.9 V，则通过R3的电流I3＝eq \f(U3,R3)＝eq \f(0.9,3) A＝0.3 A，方向由下向上，A正确，B错误；设电流表的示数为IA，对于电流表左端的节点，流入节点的电流等于流出节点的电流，即IA＋I2＝I3，则IA＝I3－I2＝0.3 A－0.1 A＝0.2 A，方向向左，C正确，D错误。 eq \f(1,4)kπd2 (4)依题意，可得Rx＝RL＋RQ，由电阻定律得RL＝ρeq \f(L,S)，其中S＝πeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2))) eq \s\up12(2)，整理得Rx＝eq \f(\a\vs4\al(4ρ),πd2)L＋RQ，结合题意及图d可知k＝eq \f(\a\vs4\al(4ρ),πd2)，b＝RQ，解得ρ＝eq \f(1,4)kπd2，RQ＝b。 解析：(1)该铜导线的阻值R＝ρeq \f(l,S)＝1.75×10－8×eq \f(5,3.5×10－4) Ω＝2.5×10－4 Ω。 (2)根据欧姆定律有导线中的电流 I＝eq \f(U,R)＝eq \f(2.5×10－3,2.5×10－4) A＝10 A 故每秒通过导线某一横截面的电荷量为 q＝It＝10 C 则每秒通过导线某一横截面的电子数为 n＝eq \f(q,e)＝eq \f(10,1.6×10－19)＝6.25×1019。 解析：(1)等效电路图如图所示，R1、R2、R3三个电阻并联的总电阻设为R并，则有eq \f(1,R并)＝eq \f(1,R1)＋eq \f(1,R2)＋eq \f(1,R3)解得R并＝1 Ω电路的总电流I＝eq \f(UAB,R并＋R4)＝2 A 并联部分的电压U并＝IR并＝2 V 通过R1、R2、R3三个电阻的电流分别为 I1＝eq \f(U并,R1)＝0.5 A I2＝eq \f(U并,R2)＝0.5 A I3＝eq \f(U并,R3)＝1.0 A 由图可知，电流表A1的示数是通过R2与R3的电流之和，则有IA1＝I2＋I3＝1.5 A 电流表A2的示数是通过R1与R2的电流之和，则有IA2＝I1＋I2＝1.0 A。 (2)因为UAB＝U并＋U4，所以R4两端的电压为 U4＝UAB－U并＝4 V U1＝U并＝2 V 则eq \f(U1,U4)＝eq \f(1,2)。 $$