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成才之路 · 物理,路漫漫其修遠(yuǎn)兮 吾將上下而求索,人教版 · 選修3-1,恒定電流,第二章,1.1.1 集合的概念,章末小結(jié),第二章,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(cè)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。,如圖所示的電路中，1、2、3、4、5、6為連接點(diǎn)的標(biāo)號(hào)。在開關(guān)閉合后，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮。現(xiàn)用多用電表檢查電路故障，需要檢測(cè)的有：電源、開關(guān)、小燈泡、3根導(dǎo)線以及電路中的各連接點(diǎn)。,,(1)為了檢測(cè)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。 (2)在開關(guān)閉合情況下，若測(cè)得5、6兩點(diǎn)間的電壓接近電源的電動(dòng)勢(shì)，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(cè)該小燈泡是否有故障的具體步驟。 ________________________________,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(lái)檢測(cè)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(cè)電路故障，只有通過測(cè)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(cè)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)①調(diào)到歐姆擋； ②將紅、黑表筆相接，檢查歐姆擋能否正常工作； ③測(cè)量小燈泡的電阻。如電阻無(wú)窮大，表明小燈泡有故障。 答案：(1)電壓 歐姆 (2)開關(guān)或連接點(diǎn)5、6 (3)見解析,規(guī)格為“220V 36W”的排氣扇，線圈電阻為40Ω，求： (1)接上220V電壓后，排氣扇轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率和發(fā)熱的功率； (2)如果接上電源后，扇葉被卡住，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，求電動(dòng)機(jī)消耗的功率和發(fā)熱的功率。,答案：(1)P熱＝1W P機(jī)＝35W (2)P機(jī)＝P熱＝1210W。 點(diǎn)評(píng)：電機(jī)被卡住不能轉(zhuǎn)動(dòng)，電能不再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，完全轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。,(河南洛陽(yáng)一中2014～2015學(xué)年高二上學(xué)期檢測(cè))如圖甲所示電路中，閉合電鍵S，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向下滑動(dòng)的過程中，四個(gè)理想電表的示數(shù)都發(fā)生變化．圖乙中三條圖線分別表示了三個(gè)電壓表示數(shù)隨電流表示數(shù)變化的情況，以下說法正確的是( ),,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ΔU1和電流表示數(shù)變化量ΔI的比值變大 D．此過程中電壓表V3示數(shù)的變化量ΔU3和電流表示數(shù)變化量ΔI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(duì)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?jiǎn)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(cè)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．?dāng)?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。,(河南新鄭市2014～2015學(xué)年高二上學(xué)期期中)有一個(gè)小燈泡上標(biāo)有“4V 2W”的字樣，現(xiàn)在要用伏安法描繪這個(gè)燈泡的I－U圖線，有下列器材供選用： A．電壓表(0～5V，內(nèi)阻10kΩ) B．電壓表(0～10V，內(nèi)阻20kΩ) C．電流表(0～0.3A，內(nèi)阻1Ω) D．電流表(0～0.6A，內(nèi)阻0.4Ω) E．滑動(dòng)變阻器(5Ω，1A) F．滑動(dòng)變阻器(500Ω，0.2A),(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(hào)字母表示)。 (2)請(qǐng)?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。,,(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：(1)A，D，E (2)見解析,,1．本章為電學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，從近幾年高考試題來(lái)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(shí)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(shí)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(duì)于基本的多用電表的認(rèn)識(shí)和使用，常見的測(cè)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。,(2015·全國(guó)卷Ⅰ，23)圖(a)為某同學(xué)改裝和校準(zhǔn)毫安表的電路圖，其中虛線框內(nèi)是毫安表的改裝電路。,,(1)已知毫安表表頭的內(nèi)阻為100 Ω，滿偏電流為1 mA；R1和R2為阻值固定的電阻．若使用a和b兩個(gè)接線柱，電表量程為3 mA；若使用a和c兩個(gè)接線柱，電表量程為10 mA。由題給條件和數(shù)據(jù)，可以求出R1＝________Ω，R2＝________Ω。 (2)現(xiàn)用一量程為3 mA、內(nèi)阻為150 Ω的標(biāo)準(zhǔn)電流表對(duì)改裝電表的3 mA擋進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)時(shí)需選取的刻度為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mA。電池的電動(dòng)勢(shì)為1.5 V，內(nèi)阻忽略不計(jì)；定值電阻R0有兩種規(guī)格，阻值分別為300 Ω和1000 Ω；滑動(dòng)變阻器R有兩種規(guī)格，最大阻值分別為750 Ω和 3000 Ω。則R0應(yīng)選用阻值為________Ω的電阻，R應(yīng)選用最大阻值為________Ω的滑動(dòng)變阻器。,(3)若電阻R1和R2中有一個(gè)因損壞而阻值變?yōu)闊o(wú)窮大，利用圖(b)的電路可以判斷出損壞的電阻。圖(b)中的R′為保護(hù)電阻，虛線框內(nèi)未畫出的電路即為圖(a)虛線框內(nèi)的電路。則圖中的d點(diǎn)應(yīng)和接線柱________(填“b”或“c”)相連。判斷依據(jù)是：________。,一、選擇題(單選題) 1．(2015·安徽理綜，17)一根長(zhǎng)為L(zhǎng)、橫截面積為S的金屬棒，其材料的電阻率為ρ，棒內(nèi)單位體積自由電子數(shù)為n，電子的質(zhì)量為m，電荷量為e。在棒兩端加上恒定的電壓時(shí)，棒內(nèi)產(chǎn)生電流，自由電子定向運(yùn)動(dòng)的平均速率為v，則金屬棒內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為( ) 答案：C,,,A．將接線柱1、2接入電路時(shí)，每一小格表示0.04 A B．將接線柱1、2接入電路時(shí)，每一小格表示0.02 A C．將接線柱1、3接入電路時(shí)，每一小格表示0.06 A D．將接線柱1、3接入電路時(shí)，每一小格表示0.01 A 答案：C,解析：A、B項(xiàng)，將接線柱1、2接入電路時(shí)電阻R1分流，阻值為電流表的一半，通過R1的電流為通過電流表電流的2倍，量程擴(kuò)大為原來(lái)的3倍，所以每一小格表示0.06A，故A、B項(xiàng)錯(cuò)誤。C、D項(xiàng)，將接線柱1、3接入電路時(shí)，電流表先與R1并聯(lián)，然后與R2串聯(lián)，串聯(lián)電路對(duì)電流表量程無(wú)影響，電阻R1分流，電流表量程變?yōu)樵瓉?lái)的3倍，每一小格表示0.06A，故C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤。,二、非選擇題 3．(2015·全國(guó)卷Ⅱ，23)電壓表滿偏時(shí)通過該表的電流是半偏時(shí)通過該表電流的兩倍。某同學(xué)利用這一事實(shí)測(cè)量電壓表的內(nèi)阻(半偏法)，實(shí)驗(yàn)室提供的器材如下： 待測(cè)電壓表(量程3V，內(nèi)阻約為3000Ω)，電阻箱R0(最大阻值為99999.9Ω)，滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值100Ω，額定電流2A)，電源E(電動(dòng)勢(shì)6V，內(nèi)阻不計(jì))，開關(guān)2個(gè)，導(dǎo)線若干。 (1)虛線框內(nèi)為該同學(xué)設(shè)計(jì)的測(cè)量電壓表內(nèi)阻的電路圖的一部分，將電路圖補(bǔ)充完整。,(2)根據(jù)設(shè)計(jì)的電路，寫出實(shí)驗(yàn)步驟： ________________________________。 (3)將這種方法測(cè)出的電壓表內(nèi)阻記為R′V，與電壓表內(nèi)阻的真實(shí)值RV相比，R′V________RV(填“”、“＝”或“”)，主要理由是____________________。,,答案：(1)實(shí)驗(yàn)電路如圖所示：,,(2)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，以保證通電后電壓表所在支路分壓最小；閉合開關(guān)S1、S2，調(diào)節(jié)R1，使電壓表指針滿偏；保持滑動(dòng)變阻器的滑片的位置不變，斷開S2，調(diào)節(jié)電阻箱R0，使電壓表的指針半偏；讀取電阻箱所示的電阻值，即為測(cè)得的電壓表的內(nèi)阻。 (3) 斷開S2，調(diào)節(jié)電阻箱使電壓表成半偏狀態(tài)，電壓表所在支路的總電阻增大，分得的電壓也增大，此時(shí)R0兩端的電壓大于電壓表的半偏電壓，故R′VRV。 解析：(1)由于R1的總阻值遠(yuǎn)小于測(cè)量電路總電阻，故控制電路采用分壓式接法，電路圖見答案。 (2)(3)見答案。,4．(2015·浙江理綜，22)圖1是小紅同學(xué)在做“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)的實(shí)物連接圖。,,(1)根據(jù)圖1畫出實(shí)驗(yàn)電路圖； (2)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器得到了兩組電流表與電壓表的示數(shù)如圖2中的①、②、③、④所示，電流表量程為0.6 A，電壓表量程為3 V。所示讀數(shù)為：①________、②________、③________、④________.兩組數(shù)據(jù)得到的電阻分別為________和________。,答案：(1)如圖 (2)①0.10A ②0.24A ③2.00V ④0.27 V (8.3±0.1)Ω (2.7±0.1)Ω (后兩空如填為(2.7±0.1)Ω和(8.3±0.1)Ω也行),,解析：(1)從實(shí)物圖中可知電壓表測(cè)量燈泡兩端電壓，電流表采用外接法，滑動(dòng)變阻器采用分壓接法，故電路圖如圖所示,,5．(2015·天津理綜，9)用電流表和電壓表測(cè)定由三節(jié)干電池串聯(lián)組成的電池組(電動(dòng)勢(shì)約4.5 V，內(nèi)電阻約1 Ω)的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻，除待測(cè)電池組、電鍵、導(dǎo)線外，還有下列器材供選用： A．電流表：量程0.6 A，內(nèi)電阻約1 Ω B．電流表：量程3 A，內(nèi)電阻約0.2 Ω C．電壓表：量程3 V，內(nèi)電阻約30 kΩ D．電壓表：量程6 V，內(nèi)電阻約60 kΩ E．滑動(dòng)變阻器：0～1000 Ω，額定電流0.5 A F．滑動(dòng)變阻器：0～20 Ω，額定電流2 A,(1)為了使測(cè)量結(jié)果盡量準(zhǔn)確，電流表應(yīng)選用________，電壓表應(yīng)選用________，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________(均填儀器的字母代號(hào))。 (2)下圖為正確選擇儀器后，連好的部分電路．為了使測(cè)量誤差盡可能小，還需在電路中用導(dǎo)線將__________和__________ 相連、__________和__________相連、________和________相連(均填儀器上接線柱的字母代號(hào))。,(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)電流表壞了，于是不再使用電流表，剩余儀器中僅用電阻箱替換掉滑動(dòng)變阻器，重新連接電路，仍能完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中讀出幾組電阻箱的阻值R和對(duì)應(yīng)電壓表的示數(shù)U。用圖象法處理采集到的數(shù)據(jù)，為在直角坐標(biāo)系中得到的函數(shù)圖象是一條直線，則可以________為縱坐標(biāo)，以________為橫坐標(biāo)。,解析：(1)此次實(shí)驗(yàn)電流表內(nèi)阻對(duì)實(shí)驗(yàn)沒有影響，選擇小量程電流表，減小讀數(shù)誤差；串聯(lián)電池的電動(dòng)勢(shì)約為4.5 V，電壓表應(yīng)選擇D項(xiàng)；接入電路中的電阻在滿足要求的條件下不宜過大，容易調(diào)節(jié)，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)選F。 (2)電壓表的內(nèi)阻相對(duì)滑動(dòng)變阻器的內(nèi)阻較大，流經(jīng)電壓表的電流可以忽略不計(jì)，所以選擇電流表內(nèi)接法，以減小誤差。,