魯科版（2019）高中物理必修第三冊(cè)講義第3章 章末綜合提升練習(xí)（含答案）

[鞏固層·知識(shí)整合](教師用書(shū)獨(dú)具)[提升層·能力強(qiáng)化]非純電阻電路的分析與計(jì)算1.在非純電阻電路中，歐姆定律不再適用，此時(shí)不可用歐姆定律求電流，應(yīng)用P＝UI求解電流。2．在非純電阻電路中，電功大于電熱，即W＞Q，這時(shí)電功只能用W＝UIt計(jì)算，電熱只能用Q＝I2Rt計(jì)算，兩式不能通用。3．注意電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系W＝Q＋E其他，E其他為其他形式的能?！纠?】如圖所示為電動(dòng)機(jī)提升重物的裝置，電動(dòng)機(jī)線(xiàn)圈的電阻為r＝1Ω，電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為5V，電路中的電流為1A，重物的重力為20N，不計(jì)摩擦，則：(1)電動(dòng)機(jī)線(xiàn)圈電阻消耗的熱功率是________W。(2)電動(dòng)機(jī)的輸入功率和輸出功率分別是________W、________W。(3)10s內(nèi)，可以把重物勻速提升的高度是________m。(4)這臺(tái)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率是________%。思路點(diǎn)撥：①電機(jī)工作電路是非純電阻電路。②正確區(qū)分電機(jī)的各種功率。[解析](1)根據(jù)焦耳定律可知，電動(dòng)機(jī)線(xiàn)圈電阻消耗的熱功率為P熱＝I2r＝12×1W＝1W。(2)電動(dòng)機(jī)的輸入功率等于輸入電流與電動(dòng)機(jī)兩端電壓的乘積，即P入＝IU＝1×5W＝5W輸出功率等于輸入功率減去發(fā)熱消耗的功率，即P出＝P入－P熱＝5W－1W＝4W。(3)電動(dòng)機(jī)輸出的功率用來(lái)提升重物轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率，在10s內(nèi)，有P出t＝mgh解得h＝eq\f(P出t,mg)＝eq\f(4×10,20)m＝2m。(4)機(jī)械效率η＝eq\f(P出,P入)×100%＝80%。[答案](1)1(2)54(3)2(4)80[一語(yǔ)通關(guān)]電動(dòng)機(jī)的幾個(gè)功率(1)輸入功率：電動(dòng)機(jī)的總功率。由電動(dòng)機(jī)電路的電流和電壓決定，即P總＝UI。(2)輸出功率：電動(dòng)機(jī)做有用功的功率。如圖所示，P出＝mgv(設(shè)重物勻速上升)。(3)熱功率：電動(dòng)機(jī)線(xiàn)圈有電阻，電流通過(guò)線(xiàn)圈時(shí)要發(fā)熱，熱功率P熱＝I2r。(4)功率關(guān)系：P總＝P出＋P熱。以測(cè)電阻為核心的電學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)1.控制電路的選擇控制電路即滑動(dòng)變阻器在電路中的連接，常有兩種不同的形式，圖甲為限流式，圖乙為分壓式。甲乙2．測(cè)量電路的選擇測(cè)量電路的選擇即電流表在電路中有兩種接法，圖丙為電流表內(nèi)接，圖丁為電流表外接。丙丁3．電學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的選擇選擇電學(xué)實(shí)驗(yàn)器材主要是選擇電表、滑動(dòng)變阻器、電源等器材，一般要考慮四方面因素：(1)安全因素：通過(guò)電源、電阻和電表的電流不能超過(guò)其允許的最大電流。(2)誤差因素：選用電表量程應(yīng)考慮盡可能減小測(cè)量值的相對(duì)誤差，電壓表、電流表在使用時(shí)，其指針應(yīng)偏轉(zhuǎn)到滿(mǎn)偏刻度的eq\f(1,3)以上；使用歐姆表時(shí)宜選用指針盡可能在中間刻度附近的倍率擋位。(3)便于操作：選用滑動(dòng)變阻器時(shí)應(yīng)考慮對(duì)外供電電壓的變化范圍既能滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求，又便于調(diào)節(jié)。在調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器時(shí)，應(yīng)使其大部分電阻線(xiàn)都用到。(4)實(shí)驗(yàn)實(shí)際：除以上三個(gè)因素外，還應(yīng)注重實(shí)驗(yàn)實(shí)際，如所用的電源與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的匹配問(wèn)題等。4．實(shí)物圖連接的注意事項(xiàng)(1)畫(huà)線(xiàn)連接各元件，一般先從電源正極開(kāi)始，按照電路原理圖依次到開(kāi)關(guān)，再到滑動(dòng)變阻器，按順序以單線(xiàn)連接方式將主電路中串聯(lián)的元件依次串聯(lián)起來(lái)；其次將要并聯(lián)的元件再并聯(lián)到電路中去。(2)連線(xiàn)時(shí)要將導(dǎo)線(xiàn)接在接線(xiàn)柱上，兩條導(dǎo)線(xiàn)不能交叉。(3)要注意電表的量程和正、負(fù)接線(xiàn)柱，要使電流從電表的正接線(xiàn)柱流入，從負(fù)接線(xiàn)柱流出。【例2】某同學(xué)利用圖(a)所示電路測(cè)量量程為2.5V的電壓表的內(nèi)阻(內(nèi)阻為數(shù)千歐姆)，可供選擇的器材有：電阻箱R(最大阻值99999.9Ω)，滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值50Ω)，滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值5kΩ)，直流電源E(電動(dòng)勢(shì)3V)，開(kāi)關(guān)1個(gè)，導(dǎo)線(xiàn)若干。(a)實(shí)驗(yàn)步驟如下：①按電路原理圖(a)連接線(xiàn)路；②將電阻箱阻值調(diào)節(jié)為0，將滑動(dòng)變阻器的滑片移到與圖(a)中最左端所對(duì)應(yīng)的位置，閉合開(kāi)關(guān)S；③調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表滿(mǎn)偏；④保持滑動(dòng)變阻器滑片的位置不變，調(diào)節(jié)電阻箱阻值，使電壓表的示數(shù)為2.00V，記下電阻箱的阻值?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選擇滑動(dòng)變阻器________(選填“R1”或“R2”)。(2)根據(jù)圖(a)所示電路將圖(b)中實(shí)物圖連線(xiàn)。(b)(3)實(shí)驗(yàn)步驟④中記錄的電阻箱阻值為630.0Ω，若認(rèn)為調(diào)節(jié)電阻箱時(shí)滑動(dòng)變阻器上的分壓不變，計(jì)算可得電壓表的內(nèi)阻為_(kāi)_______Ω(結(jié)果保留到個(gè)位)。[解析](1)滑動(dòng)變阻器R1的阻值較小，在分壓電路中便于調(diào)節(jié)，故實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選擇滑動(dòng)變阻器R1。(2)實(shí)物圖連線(xiàn)如圖所示。(3)電阻箱阻值為0時(shí)，電壓表滿(mǎn)偏電壓Ug＝2.5V，電阻箱阻值R＝630.0Ω時(shí)，電壓表的示數(shù)UV＝2.00V，此時(shí)電阻箱兩端的電壓UR＝Ug－UV＝0.5V，根據(jù)串聯(lián)電路電壓與電阻成正比可得eq\f(UV,UR)＝eq\f(Rg,R)，故Rg＝eq\f(UV,UR)R＝eq\f(2.00,0.5)×630.0Ω＝2520Ω。[答案](1)R1(2)連線(xiàn)圖見(jiàn)解析(3)2520[培養(yǎng)層·素養(yǎng)升華](教師用書(shū)獨(dú)具)在“測(cè)定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，所用金屬電阻絲的電阻約為30Ω?，F(xiàn)通過(guò)以下實(shí)驗(yàn)測(cè)量該金屬材料的電阻率。甲乙丙(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)量電阻絲直徑，其示數(shù)如圖甲所示，則該電阻絲直徑的測(cè)量值d＝________mm。(2)實(shí)驗(yàn)中能提供的器材有開(kāi)關(guān)、若干導(dǎo)線(xiàn)及下列器材：電壓表V1(量程0～3V，內(nèi)阻約3kΩ)；電壓表V2(量程0～15V，內(nèi)阻約15kΩ)；電流表A1(量程0～100mA，內(nèi)阻約5Ω)；電流表A2(量程0～0.6A，內(nèi)阻約0.1Ω)；滑動(dòng)變阻器R1(0～10Ω)；滑動(dòng)變阻器R2(0～1kΩ)；電源E(電壓為4.5V)。為了便于調(diào)節(jié)電路并能較準(zhǔn)確地測(cè)出電阻絲的阻值，電壓表應(yīng)選________，電流表應(yīng)選________，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選________。(均填器材符號(hào))(3)在圖乙框中畫(huà)出該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理圖，要求：能改變電阻絲的測(cè)量長(zhǎng)度和進(jìn)行多次測(cè)量。(4)利用測(cè)量數(shù)據(jù)畫(huà)出U-L圖線(xiàn)，如圖丙所示，其中(L0，U0)是U-L圖線(xiàn)上的一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)。根據(jù)U-L圖線(xiàn)，用電阻絲的直徑d、電流I和坐標(biāo)(L0，U0)可計(jì)算出電阻絲的電阻率ρ＝________。(用所給字母表示)[解析](1)螺旋測(cè)微器的固定刻度的讀數(shù)為0，可動(dòng)刻度的讀數(shù)為18.3×0.01＝0.183mm。所以螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為0.183mm。(2)由于電源E電壓為4.5V，若選用電壓表V2則讀數(shù)誤差較大，所以電壓表應(yīng)選V1；由于電路中的最大電流為Im＝eq\f(E,R)，所以電流表應(yīng)選A1；為了便于調(diào)節(jié)電路并能較準(zhǔn)確地測(cè)出電阻絲的阻值，并能改變電阻絲的測(cè)量長(zhǎng)度和進(jìn)行多次測(cè)量，且能有效地控制不超出電壓表的量程，所以供電電路采用分壓式，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選R1。(3)供電電路采用分壓式，eq\f(R,RA)＝eq\f(30,5)＝6，eq\f(RV,R)＝eq\f(3000,30)＝100，eq\f(R,RA)<eq\f(RV,R)，所以測(cè)量電路用電流表外接法，電路如圖所示。(4)由R＝ρeq\f(L,S)得ρ＝eq\f(RS,L)＝eq\f(πd2R,4L)，又有R＝eq\f(U,I)，得ρ＝eq\f(πd2U0,4IL0)。[答案](1)0.183(0.182～0.184)(2)V1A1R1(3)見(jiàn)解析圖(4)eq\f(πd2U0,4IL0)[深度思考](1)如圖甲所示的三把游標(biāo)卡尺，它們的游標(biāo)尺從上至下分別為9mm長(zhǎng)10等分、19mm長(zhǎng)20等分、49mm長(zhǎng)50等分，它們的讀數(shù)依次為_(kāi)_______mm、________mm、________mm。(2)使用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑，示數(shù)如圖乙所示，則金屬絲的直徑是________mm。甲乙[解析](1)最上面圖讀數(shù)：整毫米數(shù)是17，不足1毫米部分讀數(shù)是7×0.1mm＝0.7mm，最后結(jié)果是17mm＋0.7mm＝17.7mm。中間圖讀數(shù)：整毫米數(shù)是23，不足1毫米部分讀數(shù)是17×0.05mm＝0.85mm，最后結(jié)果是23mm＋0.85mm＝23.85mm。最下面圖讀數(shù)：整毫米數(shù)是3，不足1毫米部分讀數(shù)是7×0.02mm＝0.14mm，最后結(jié)果是3mm＋0.14mm＝3.14mm。(2)固定刻度示數(shù)為1.0mm，不足半毫米的從可動(dòng)刻度上讀，其示數(shù)為15.0×0.01mm＝0.150mm，最后的讀數(shù)為1.0mm＋