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第二章 恒定電流 章末小結(jié) 知識結(jié)構(gòu) 規(guī)律方法 一 電路故障問題的分析電路故障一般是短路或斷路 常見的情況有導(dǎo)線斷芯 燈泡斷絲 燈座短路 電阻器內(nèi)部斷路 接觸不良等現(xiàn)象 檢查故障的基本方法有兩種 1 儀表檢測法 1 斷路故障的判斷 用電壓表與電源并聯(lián) 若有電壓 再逐段與電路并聯(lián) 若電壓表指針偏轉(zhuǎn) 則該段電路中有斷點(diǎn) 2 短路故障的判斷 用電壓表與電源并聯(lián) 若有電壓 再逐段與電路并聯(lián) 若電壓表示數(shù)為零 則該電路被短路 若電壓表示數(shù)不為零 則該電路沒有被短路或不完全被短路 2 假設(shè)法已知電路發(fā)生某種故障 尋找故障發(fā)生的位置時(shí) 可將整個(gè)電路劃分為若干部分 然后逐一假設(shè)某部分電路發(fā)生故障 運(yùn)用歐姆定律進(jìn)行正向推理 推理結(jié)果若與題述物理現(xiàn)象不符合 則故障不是發(fā)生在這部分電路 若推理結(jié)果與題述物理現(xiàn)象符合 則故障可能發(fā)生在這部分電路 直到找出發(fā)生故障的全部可能為止 亦稱排除法 1 為了檢測小燈泡以及3根導(dǎo)線 在連接點(diǎn)1 2已接好的情況下 應(yīng)當(dāng)選用多用電表的 擋 在連接點(diǎn)1 2同時(shí)斷開的情況下 應(yīng)當(dāng)選用多用電表的 擋 電壓 歐姆 2 在開關(guān)閉合情況下 若測得5 6兩點(diǎn)間的電壓接近電源的電動(dòng)勢 則表明 可能有故障 3 將小燈泡拆離電路 寫出用多用電表檢測該小燈泡是否有故障的具體步驟 調(diào)到歐姆擋 將紅 黑表筆相接 檢查歐姆擋能否正常工作 測量小燈泡的電阻 如電阻無窮大 表明小燈泡有故障 開關(guān)或連接點(diǎn)5 6 解析 1 當(dāng)連接點(diǎn)1 2已接好時(shí) 電路中已有電壓存在 故需用電壓擋來檢測電路 當(dāng)連接點(diǎn)1 2同時(shí)斷開時(shí) 電路中沒有電源提供電壓 要檢測電路故障 只有通過測各段電路的電阻是否異常 故采用歐姆擋 2 當(dāng)電路中兩點(diǎn)間有電壓時(shí) 這表明在此兩點(diǎn)之外的電路與電源兩極是接通的 當(dāng)測出兩點(diǎn)間電壓等于電源電壓而又確定電路故障是斷路引起時(shí) 就可以確定斷路位置在此兩點(diǎn)之間 3 調(diào)到歐姆擋 將紅 黑表筆相接 檢查歐姆擋能否正常工作 測量小燈泡的電阻 如電阻無窮大 表明小燈泡有故障 3 電路的動(dòng)態(tài)分析分析依據(jù)是 閉合電路歐姆定律 部分電路歐姆定律 串聯(lián)電路的電壓關(guān)系 并聯(lián)電路的電流關(guān)系 常用規(guī)律 1 變化電阻本身和總電路變化規(guī)律相同 2 總電路上R增大時(shí)總電流I減小 路端電壓U增大 3 和變化電阻有串聯(lián)關(guān)系的看電流 即總電流減小時(shí) 該電阻的電流 電壓都減小 4 和變化電阻有并聯(lián)關(guān)系的看電壓 即路端電壓增大時(shí) 該電阻的電流 電壓都增大 4 閉合電路的U I圖象圖中a為電源的U I圖象 b為外電阻的U I圖象 兩者的交點(diǎn)坐標(biāo)表示該電阻接入電路時(shí)電路的總電流和路端電壓 該點(diǎn)和原點(diǎn)之間的矩形的面積表示輸出功率 a的斜率的絕對值表示電源內(nèi)阻大小 b的斜率的絕對值表示外電阻的大小 當(dāng)兩個(gè)斜率相等時(shí) 即內(nèi) 外電阻相等時(shí) 圖中矩形面積最大 即輸出功率最大 A 圖線a表示的是電壓表V3的示數(shù)隨電流表示數(shù)變化的情況B 圖線c表示的是電壓表V2的示數(shù)隨電流表示數(shù)變化的情況C 此過程中電壓表V1示數(shù)的變化量 U1和電流表示數(shù)變化量 I的比值變大D 此過程中電壓表V3示數(shù)的變化量 U3和電流表示數(shù)變化量 I的比值不變答案 ABD 四 電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的幾個(gè)問題1 進(jìn)行儀器選擇 電路設(shè)計(jì)時(shí) 應(yīng)注意以下原則 1 安全性原則 所選元件在電路中不能被損壞 如電壓表或電流表的電路中時(shí) 各對應(yīng)物理量不超過它們的量程 2 目的性原則 所設(shè)計(jì)的電路應(yīng)能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的 3 準(zhǔn)確性原則 選取儀器或器材時(shí)應(yīng)考慮減小系統(tǒng)誤差 如電壓表或電流表的指針偏轉(zhuǎn)應(yīng)盡可能指在中間刻度附近 4 方便操作原則 所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)容易達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?且又簡捷 方便 5 經(jīng)濟(jì)實(shí)惠原則 所設(shè)計(jì)的電路中所用的儀器應(yīng)在大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室能找到 本原則也可稱為可實(shí)施原則 2 電壓表 電流表及多用電表的讀數(shù) 1 電壓表 電流表和多用電表的直流電壓 直流電流擋的讀數(shù) 要看清選擇的量程和分度值 2 多用電表的歐姆擋的讀數(shù)要看清選擇的倍率 如 1 10 100等 3 實(shí)驗(yàn)儀器的選取 1 電源允許通過的最大電流要大于電路中的實(shí)際電流 2 用電器的額定電流應(yīng)大于或等于通過它的實(shí)際電流 3 電壓表和電流表的量程不能小于被測電壓和電流的最大值 5 電路的實(shí)物連接方法 1 先圖后連 先串后并 2 看準(zhǔn)極性 接線到柱 3 明確量程 檢查定位 6 數(shù)據(jù)的處理方法 1 公式法 物理意義比較明確 2 圖象法 有取平均值的效果 結(jié)果比較準(zhǔn)確 7 儀器代換 1 一個(gè)定值電阻和一個(gè)電流表可以代換電壓表 2 小量程電流表可以改裝后再接入電路 1 實(shí)驗(yàn)中電壓表應(yīng)選用 電流表應(yīng)選用 為使實(shí)驗(yàn)誤差盡量減小 要求電壓表從零開始變化且多取幾組數(shù)據(jù) 滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用 用序號字母表示 2 請?jiān)趫D1方框內(nèi)畫出滿足實(shí)驗(yàn)要求的電路圖 并把由圖2中所示的實(shí)驗(yàn)器材用實(shí)線連接成相應(yīng)的實(shí)物電路圖 A D E 2 由于燈泡電阻遠(yuǎn)小于電壓表內(nèi)阻 所以電流表采用外接法 故電路圖 實(shí)物連線圖如圖所示答案 2 見解析 觸及高考 1 本章為電學(xué)基礎(chǔ)知識 從近幾年高考試題來看 命題多集中在部分電路歐姆定律 串 并聯(lián)電路 閉合電路歐姆定律這三個(gè)知識點(diǎn)上 其次是電功率和直流電路的動(dòng)態(tài)分析 2 由于該部分知識與學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)合緊密 因此電學(xué)實(shí)驗(yàn)是高中物理實(shí)驗(yàn)中的重點(diǎn) 也是高考實(shí)驗(yàn)考查的熱點(diǎn)內(nèi)容 考查既具體又靈活 象儀器的選擇 讀數(shù) 器材的連接 數(shù)據(jù)處理 誤差分析等 每年的高考試題中都有所涉及 在學(xué)習(xí)中應(yīng)予以足夠重視 對于基本的多用電表的認(rèn)識和使用 常見的測量電阻的方法 滑動(dòng)變阻器 電壓表 電流表等電學(xué)元件的使用等應(yīng)該牢牢地掌握 一 考題探析 BCD 圖 a 圖 b 48 2 答案 實(shí)物連線如圖 1 2016 全國卷 17 阻值相等的四個(gè)電阻 電容器C及電池E 內(nèi)阻可忽略 連接成如圖所示電路 開關(guān)S斷開且電流穩(wěn)定時(shí) C所帶的電荷量為Q1 閉合開關(guān)S 電流再次穩(wěn)定后 C所帶的電荷量為Q2 Q1與Q2的比值為 A 2 5B 1 2C 3 5D 2 3 二 臨場練兵 C 2 2018 全國卷 22 某同學(xué)組裝一個(gè)多用電表 可選用的器材有 微安表頭 量程100 A 內(nèi)阻900 電阻箱R1 阻值范圍0 999 9 電阻箱R2 阻值范圍0 99999 9 導(dǎo)線若干 要求利用所給器材先組裝一個(gè)量程為1mA的直流電流表 在此基礎(chǔ)上再將它改裝成量程為3V的直流電壓表 組裝好的多用電表有電流1mA和電壓3V兩擋 100 2910 答案 1 如圖所示解析 1 如圖所示 2 接a時(shí)改裝成量程為1mA的電流表 有IgRg I Ig R1解得R1 100 接b時(shí)改裝成量程為3V的電壓表 有U IgRg IR2解得R2 2910 3 2018 江蘇卷 10 一同學(xué)測量某干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻 1 題1圖所示是該同學(xué)正準(zhǔn)備接入最后一根導(dǎo)線 圖中虛線所示 時(shí)的實(shí)驗(yàn)電路 請指出圖中在器材操作上存在的兩個(gè)不妥之處 開關(guān)未斷開 電阻箱阻值為零 題1圖 1 4 1 30 1 44都算對 1 2 1 0 1 4都算對 3 為了得到更準(zhǔn)確的測量結(jié)果 在測出上述數(shù)據(jù)后 該同學(xué)將一只量程為100mV的電壓表并聯(lián)在電流表的兩端 調(diào)節(jié)電阻箱 當(dāng)電流表的示數(shù)為0 33A時(shí) 電壓表的指針位置如題2圖所示 則該干電池的電動(dòng)勢應(yīng)為 V 內(nèi)阻應(yīng)為 1 4 結(jié)果與 2 問第一個(gè)空格一致 1 0 結(jié)果比 2 問第二個(gè)空格小0 2 題2圖 答案 2 如圖所示 2 a 請?jiān)趫D2畫好的U I關(guān)系圖線上任取一點(diǎn) 畫出帶網(wǎng)格的圖形 以其面積表示此時(shí)電源的輸出功率 b 請推導(dǎo)該電源對外電路能夠輸出的最大電功率及條件 3 請寫出電源電動(dòng)勢定義式 并結(jié)合能量守恒定律證明 電源電動(dòng)勢在數(shù)值上等于內(nèi) 外電路電勢降落之和