内容正文:
第三章 恒定电流
本章复习提升
易混易错练
易错点1 误以为I-U图线切线斜率的倒数表示电阻
1.(2024北京丰台期中)某同学通过实验描绘出了两个电阻R1、R2的伏安特性曲线,如图所示,两条图线交于P点,R2的图像在P点的切线与纵轴的交点的纵坐标为0.4 A。下列说法正确的是 ( )
A.R1的电阻为0.5 Ω
B.R2的电阻随电压的增大而减小
C.当U=1 V时,R2与R1的电阻相等
D.当U=1 V时,R2的电阻为10 Ω
易错点2 不清楚改装后电表的内部结构出错
2.用两只完全相同的表头分别改装成一只大量程电流表和一只电压表。将它们串联起来接入电路中,如图所示,此时 ( )
A.两只电表的指针偏转角相同
B.两只电表的指针都不偏转
C.电流表指针的偏转角大于电压表指针的偏转角
D.电流表指针的偏转角小于电压表指针的偏转角
易错点3 不会选择合适的仪器和电路
3.通过实验测绘一个标有“3 V,0.5 A”的小灯泡的伏安特性曲线,灯泡两端的电压需要由0逐渐增加到3 V;实验中除开关、导线外,还备有以下器材:
A.电流表(量程0~0.6 A,内阻约1 Ω)
B.电流表(量程0~3 A,内阻约0.3 Ω)
C.电压表(量程0~15 V,内阻约10 kΩ)
D.电压表(量程0~3 V,内阻约2 kΩ)
E.滑动变阻器(阻值0~100 Ω)
F.滑动变阻器(阻值0~10 Ω)
G.电源(电压为6 V)
(1)为了使测量尽量准确,实验中应选用电流表 ,电压表 ,滑动变阻器 。(填序号)
(2)在本实验中,滑动变阻器应采用 (填“分压”或“限流”)式接法,电流表应采用 (填“内”或“外”)接法,如果用实验所测数据来求电阻,则测量结果比真实值要 (填“大”或“小”)。
(3)某同学在实验中得到如下U和I的数据:
编号
1
2
3
4
5
6
7
8
U/V
0.20
0.60
1.00
1.40
1.80
2.20
2.60
3.00
I/A
0.020
0.060
0.100
0.140
0.170
0.190
0.200
0.205
①在图上画出U-I图线。
②从图线上可以看出,当功率逐渐增大时,灯丝电阻的变化情况是 (填“增大”或“减小”);这表明灯丝的电阻随温度升高而 (填“增大”或“减小”)。
思想方法练
思想方法一 半偏法
方法概述 “半偏法”是利用电表的满偏电流与半偏电流之间的关系来求出电阻值的方法,常见的有“半偏电流法”和“半偏电压法”。
1.一电流表满偏电流为Ig=100 μA,某同学现要将它改为量程为3 V的电压表。
(1)他先用如图所示的电路测量该电流表的内阻。进行了如下操作,请将相关内容补充完整。
①闭合开关K1,断开开关K2,调节R1,使电流表的指针偏转到满刻度处;
②闭合K2,保持R1阻值固定不变,调节R2,使电流表半偏;
③读出电阻箱R2的阻值为500 Ω。
则电流表G的内阻的测量值为 Ω,考虑系统误差,该电流表的内阻测量值与实际值相比 (填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(2)要将此电流表改装成量程为0~3 V的电压表,该同学将一只电阻箱与该电流表串联,应将电阻箱阻值调为R2= Ω。
(3)用标准表校准改装好的电压表,发现改装表显示的电压比标准表示数稍大,则应将电阻箱阻值适当调 (填“大”或“小”)。
(4)该同学将完成校准的改装电压表接入电路,发现电流表指针指在40.0 μA处,则改装电压表两端的电压应为 V。
思想方法二 电桥法
方法概述 电桥法是测电阻的一种特殊方法,电桥的平衡条件是对臂电阻的乘积相等,即R1R4=R2R3。
2.某实验小组用如图所示的电路来测量电流表(量程0~2 mA,内阻约为200 Ω)的内阻。
除待测电流表、1.5 V的电源、开关和导线外,还有下列可供选择的实验器材:
A.定值电阻R1
B.定值电阻R2
C.滑动变阻器R3(最大阻值为20 Ω)
D.滑动变阻器R4(最大阻值为1 000 Ω)
E.电阻箱Rx(最大阻值为999.9 Ω)
F.灵敏电流计G(内阻很小可忽略)
(1)为确保安全,实验精准,滑动变阻器应选用 (填写器材前对应的字母)。
(2)用笔画线代替导线,将实物连接成实验电路。
(3) 在闭合开关前滑动变阻器滑片应移至 (填“a”或“b”)端。闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,使待测表的示数适当后停止移动,只调节Rx,发现当Rx=400 Ω时灵敏电流计的示数正好为零;将电阻箱和待测电流表位置互换,其他不动,再次调节电阻箱,当Rx=100 Ω时灵敏电流计的示数又正好为零,由此可知待测电流表的内阻
为 Ω。
思想方法三 等效替代法
方法概述 等效替代法是控制某个物理条件从而保证某种效果、特性或关系相同,是认识研究对象本质和规律的一种思想方法。在测量电阻时常会用到等效替代法。
3.(2023湖南长沙长郡中学月考)小李在实验室测量一电阻Rx的阻值。
(1)因电表内阻未知,用如图1所示的电路来判定电流表该内接还是外接。正确连线后,合上开关S,将滑动变阻器的滑片P移至合适位置。单刀双掷开关K掷到1,电压表的读数U1=1.65 V,电流表的示数如图2所示,其读数I1= A;将K掷到2,电压表和电流表的读数分别为U2=1.75 V,I2=0.33 A。由此可知应采用电流表 (填“内”或“外”)接法。
(2)完成上述实验后,小李进一步尝试用其他方法进行实验:
①器材间连线如图3所示,请在虚线框中画出对应的电路图。
②先将单刀双掷开关掷到左边,记录电流表读数,再将单刀双掷开关掷到右边,调节电阻箱的阻值,使电流表的读数与前一次尽量相同,电阻箱的示数如图3所示,则待测电阻Rx= Ω。此方法 (填“有”或“无”)明显的实验误差,理由是
。
答案与分层梯度式解析
易混易错练
1.C 根据欧姆定律I=可知I-U图线上某点与坐标原点连线的斜率表示电阻的倒数,由题图可知R1的电阻为一定值,R2的电阻随电压的增大而增大;当U=1 V时,R1、R2的阻值相等,均为R= Ω=2 Ω,故C正确,A、B、D错误。
错解分析
本题易误认为I-U图线上某点切线的斜率表示电阻的倒数,从而误选D项。对于非线性元件,I-U图线是曲线,导体某状态P的电阻RP=,即电阻等于图线上的点P(UP,IP)与坐标原点连线的斜率的倒数,而不等于该点切线斜率的倒数,如图所示。
2.D 表头改装成电压表是通过串联阻值较大的分压电阻实现的,表头改装成大量程电流表是通过并联阻值较小的分流电阻实现的。两表串联后,通过改装后的电流表的总电流与通过电压表的电流相等,由于表头改装成大量程电流表并联了较小的分流电阻,所以大部分电流通过了分流电阻,通过表头的电流很小,而通过电压表的电流全部通过了表头,所以电流表指针的偏转角小于电压表指针的偏转角,选项A、B、C错误,D正确。
错解分析
本题易犯的错误是不知道电表的内部结构而错选A或B;不知道电表指针偏角的大小由通过表头的电流大小决定而错选C。解题时要明确电表的内部结构,知道表头串联阻值较大的分压电阻改装成电压表,表头并联阻值较小的分流电阻改装成大量程电流表,电表指针偏转角度的大小仅由通过表头的电流大小决定。
3.答案 (1)A D F (2)分压 外 小
(3)①见解析 ②增大 增大
解析 (1)灯泡的额定电流为0.5 A,所以电流表选A;灯泡的额定电压为3 V,所以电压表选D;为方便实验操作,滑动变阻器选择F。
(2)灯泡两端的电压需要由0逐渐增加到3 V,所以滑动变阻器应选择分压式接法;由于R<R标=,所以电流表应采用外接法;由于电压表的分流作用,电流表的示数大于通过灯泡的电流的真实值,故灯泡电阻测量值小于真实值。
(3)①根据表中实验数据在坐标系内描出对应点,然后用平滑曲线“拟合”各点,作出U-I图线如图所示。
②由图可知,当小灯泡的功率增大时,灯丝电阻增大,由小灯泡功率增大时灯丝的温度升高,可得灯丝的电阻随温度升高而增大。
错解分析
在进行电流表的选择时,部分同学觉得电流表量程越大越安全,错选B,造成错选的原因是只考虑了安全这一个因素,忽略了实验器材的选择依据;认为滑动变阻器采用限流式接法可以节能,选填限流,忽略了题目“灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3 V”的要求,实际上电压调节范围大恰是滑动变阻器采用分压式接法的特征。
思想方法练
1.答案 (1)500 偏小 (2)2.95×104 (3)大
(4)1.2
解析 (1)由半偏法测电阻得Rg=R2=500 Ω。K2断开时,调节R1使电路中的电流等于电流表满偏电流I1,当K2接通时,R2有电流流过,R2和Rg并联,并联后电路的总电阻减小,总电流增加,调节R2,当电流表示数变成半偏电流时,通过R2的电流稍大于,则R2<Rg。
(2)电流表改装成电压表要串联分压电阻,串联电阻的阻值为R2=-Rg= Ω- 500 Ω=2.95×104 Ω。
(3)改装表显示的电压比标准表示数稍大,则电压表的表头电流偏大,要减小电流,应增大串联电阻。
(4)电压表两端的电压值为U=IRV=I(R2+Rg)=40×10-6×(2.95×104+500) V=1.2 V。
方法点津
解答本题的关键是掌握半偏法的原理和实验步骤。用半偏法测电阻操作方便,学生容易掌握,多适用于测量电压表、电流表的内阻。
(1)半偏电流法
电路图如图所示,闭合S1,调节R0,使电流表指针满偏;再闭合S2,保持R0不变,调节R,使电流表指针半偏,读出R的值;RA=R。
(2)半偏电压法
电路图如图所示,首先将滑动变阻器的滑片滑至最右端,电阻箱的阻值调到最大;闭合S1、S2,调节R0,使电压表示数为满偏刻度值U0;断开S2,保持R0不变,调节R,使电压表示数变为U0,读取电阻箱的阻值,有RV=R。
2.答案 (1)C (2)图见解析 (3)b 200
解析 (1)由于电源电压较小,且滑动变阻器采用分压式接法,为确保安全,实验精确,选C即可。
(2)根据电路图连接实物电路如图所示。
(3)为确保安全,闭合开关前滑片应移至b端,让分压电路的电压最小。当Rx=400 Ω时灵敏电流计的示数正好为零,表明=;将电阻箱和待测电流表位置互换,调节电阻箱,当灵敏电流计的示数又正好为零时,有=,于是有RA=,代入数据得RA=200 Ω。
方法点津
在用电桥法测电阻时要注意两点,一是要明确电路的结构,电路中四个电阻两两串联,然后在中间接上电流计,即“桥”;二是要明确电桥平衡的条件。
3.答案 (1)0.34 外 (2)①图见解析 ②5 有 电阻箱的阻值可能无法调节到和待测电阻阻值相同(或其他合理解释)
解析 (1)由题图2可知,电流表使用的是0~0.6 A的量程,分度值为0.02 A,电流表的读数为0.34 A。由≈0.06,≈0.03可知,电压表的示数变化比电流表的示数变化更明显,说明电流表的分压对电路影响较大,因此采用电流表外接法。
(2)①电路图如图:
②由题可知,使两次电流表读数尽量相同,则两次电路的总电阻近似相等,待测电阻的阻值近似等于电阻箱的阻值,由题图3可知,电阻箱的读数为5 Ω,可得Rx=5 Ω。
由于电阻箱的分度值过大,在调节电阻箱的阻值时,很可能无法使电流表的示数与前一次完全相同,即电阻箱的阻值可能无法调节到和待测电阻阻值相同。
方法点津
本题中第(2)问利用等效替代法测电阻。单刀双掷开关掷到左边和右边时,待测电阻和电阻箱分别接入电路,用电阻箱等效代替待测电阻,使两次实验电路中的电流相同,说明此时电阻箱的阻值和待测电阻的阻值相同。
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