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第頁(共4頁)第5講以閉合電路歐姆定律為核心的實驗1.掌握以測電動勢和內(nèi)電阻為核心的實驗;2.掌握歐姆表的結(jié)構(gòu)與原理。考向1以測電動勢和內(nèi)電阻為核心的實驗對實驗的兩點說明1.任何一種實驗方法,一定要緊扣閉合電路歐姆定律E=U+Ir,其中最關(guān)鍵的是看電路中如何測量出路端電壓U和電路中的總電流I.2.利用圖象得出電動勢和內(nèi)阻是常見的方法,對于不同的電路設(shè)計,一般采用化曲為直的方法,即得到有關(guān)電動勢和內(nèi)阻的一次函數(shù)關(guān)系,再利用圖象中的斜率與截距求解.[例1]某同學(xué)用如圖甲所示的電路來測量電源的電動勢和內(nèi)阻,已知圖中電流表的內(nèi)阻為,定值電阻的阻值為,實驗開始前三個開關(guān)均斷開。實驗的主要步驟如下:A.閉合和,調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片在某個位置,讀出電流表的示數(shù)為,保持滑片的位置不變,再斷開,讀出電流表的示數(shù)為;B.移動滑片的位置,重復(fù)A步驟的實驗操作,多測幾組相對應(yīng)的數(shù)值,作出的函數(shù)關(guān)系圖像如圖乙所示;C.斷開,閉合和,讀出電流表的示數(shù)為。(1)寫出乙圖的函數(shù)表達式(用來表示),圖像的縱軸截距為;(2)若乙圖斜率的絕對值為,則電源的電動勢,內(nèi)阻(用題中的已知量來表示);(3)根據(jù)上述的測量原理,電源電動勢的測量值真實值,內(nèi)阻的測量值真實值(均選填“等于”、“大于”或“小于”)?!敬鸢浮?等于等于【詳解】(1)[1][2]閉合和時,電流表與滑動變阻器串聯(lián),根據(jù)歐姆定律可得斷開后,電流表、滑動變阻器、定值電阻串聯(lián),根據(jù)歐姆定律可得兩式聯(lián)立可得則縱軸截距為1。(2)[3][4]乙圖斜率的絕對值為,則根據(jù)表達式可得則電源的電動勢為斷開,閉合和時,電流表、定值電阻串聯(lián),根據(jù)歐姆定律可得則電源內(nèi)阻為(3)[5][6]測量中考慮到了電流表的內(nèi)阻,且電源電動勢的表達式與電流表內(nèi)阻無關(guān),故電源電動勢的測量值等于真實值,內(nèi)阻的測量值等于真實值??枷?“補償法”測量電源E、r補償“電壓表的分流”補償“電流表的分壓”[例2](2023·江蘇蘇州·高三常熟中學(xué)??计谀┬∶魍瑢W(xué)利用如圖甲所示的電路測量一節(jié)干電池的內(nèi)阻。(1)請用筆畫線代替導(dǎo)線,在圖乙中完成實驗電路連接______。(2)調(diào)節(jié)滑動變阻器,記錄電壓表和電流表的示數(shù)并在圖丙中描點,請作出U-I圖線______,由圖線求得電源的內(nèi)阻r=______Ω。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)小明查閱資料得到第二種測量方案,如圖丁所示。E'是輔助電源,G是靈敏電流計。連接好電路之后,正確的操作順序是______。①調(diào)節(jié)R和R'使得靈敏電流計G的示數(shù)為零②讀出電壓表和電流表的示數(shù)U1和I1③再次調(diào)節(jié)R和R'使得靈敏電流計G的示數(shù)為零④將R和R'阻值調(diào)到最大⑤閉合開關(guān)S1、S2⑥再次讀出電壓表和電流表的示數(shù)U2和I2(4)正確操作的情況下,記錄的數(shù)據(jù)是U1=1.23V,I1=0.30A,U2=1.05V,I2=0.50A,求得電源內(nèi)阻r=______Ω。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(5)小明認為第二種方案測量更準確,你同意他的觀點嗎?請說明理由。______【答案】
見解析
見解析
0.86
④⑤①②③⑥
0.90
同意,第二種方案消除了由于電表內(nèi)阻造成的系統(tǒng)誤差。(第二種方案中電流表所測電流為干路電流,電壓表所測電壓為路端電壓,消除了第一種方案中由于電壓表分流造成的系統(tǒng)誤差)【解析】(1)根據(jù)電路圖,連接實物圖如圖所示(2)作出U-I圖線如圖所示由圖線的斜率求得電源的內(nèi)阻(3)根據(jù)小明的第二種測量方案,連接好電路之后,先將R和R'阻值調(diào)到最大,再閉合開關(guān)S1、S2,調(diào)節(jié)R和R'使得靈敏電流計G的示數(shù)為零,讀出此時電壓表和電流表的示數(shù)U1和I1;再次調(diào)節(jié)R和R'使得靈敏電流計G的示數(shù)為零,再次讀出電壓表和電流表的示數(shù)U2和I2,故正確的操作順序是:④⑤①②③⑥(4)由閉合電路歐姆定律可知聯(lián)立求得(5)同意,第二種方案消除了由于電表內(nèi)阻造成的系統(tǒng)誤差。(第二種方案中電流表所測電流為干路電流,電壓表所測電壓為路端電壓,消除了第一種方案中由于電壓表分流造成的系統(tǒng)誤差)考向3歐姆表的結(jié)構(gòu)與原理1.歐姆表內(nèi)部構(gòu)造和原理(1)歐姆表內(nèi)部電路簡化如圖.(2)多用電表測電阻阻值的原理:閉合電路歐姆定律.①紅、黑表筆短接,進行歐姆調(diào)零時,指針滿偏,有Ig=eq\f(E,Rg+R+r);②當紅、黑表筆之間接有未知電阻Rx時,有I=eq\f(E,Rg+R+r+Rx),故每一個未知電阻都對應(yīng)一個電流值I.我們在刻度盤上直接標出與I對應(yīng)的Rx的值,所測電阻Rx即可從表盤上直接讀出.③由于I與R是非線性關(guān)系,表盤上電流刻度是均勻的,其對應(yīng)的電阻刻度卻是不均勻的,電阻的零刻度在電流滿偏處.當Rx=Rg+R+r時,I=eq\f(Ig,2),指針半偏,所以歐姆表的內(nèi)阻等于中值電阻.[例3]如圖甲為某同學(xué)設(shè)計的多檔位歐姆表的原理圖,其中所用電源電動勢,內(nèi)阻,表頭滿偏電流,內(nèi)阻。3個檔位分別為檔位、檔位、檔位,且定值電阻。(1)紅表筆為(填A(yù)或B),求的阻值為Ω;(保留兩位有效數(shù)字)(2)如右上圖所示為該多用表表盤,某同學(xué)要測量一個阻值約為的電阻,為保證測量誤差盡量的小,應(yīng)該將開關(guān)置于(填“1”或“2”或“3”),歐姆調(diào)零后,測得電阻的阻值如圖乙所示,則該讀數(shù)為Ω;(3)該同學(xué)實驗時,由于電池老化,導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)偏差。經(jīng)測量該電動勢小于3V,內(nèi)阻大于1Ω,但仍可調(diào)零,則被測電阻測量值真實值(填“大于”或者“小于”)。【答案】A1.02110大于【詳解】(1)[1]紅表筆與內(nèi)部電源的負極連接,即紅表筆為A。[2]當圖中開關(guān)接空位置“3”時,此時內(nèi)阻即此時的擋位應(yīng)該是擋,因,可知接時歐姆擋對應(yīng)于擋,此時歐姆表內(nèi)阻應(yīng)該為,根據(jù);可得;由于;可得(2)[3]要測量一個阻值約為的電阻,為保證測量誤差盡量的小,應(yīng)使指針盡量指向表盤中間位置,選擇擋位“”。由上分析知,應(yīng)該將開關(guān)置于“2”位置。[4]該電阻的阻值為(3)[5]設(shè)滑動變阻器阻值為,待測帶電阻,則歐姆調(diào)零時有測量電阻時有可得由于電池老化,該電動勢小于3V,內(nèi)阻大于1Ω,可知電流偏小,指針偏轉(zhuǎn)角度偏小,所以導(dǎo)致電阻測量值偏大。電源電動勢和內(nèi)阻常用的測量方法方法伏安法伏阻法安阻法原理E=U+IrE=U+eq\f(U,R)rE=IR+Ir電路圖關(guān)系式U=E-Ireq\f(1,U)=eq\f(r,ER)+eq\f(1,E)eq\f(1,I)=eq\f(R,E)+eq\f(r,E)圖象縱軸截距:E斜率大?。簉縱軸截距:eq\f(1,E)斜率:eq\f(r,E)縱軸截距:eq\f(r,E)斜率:eq\f(1,E)誤差分析E測<E真r測<r真E測=E真r測>r真E測<E真r測<r真E測=E真r測>r真1.(2023·上海嘉定·統(tǒng)考一模)另一種無線充電技術(shù)是利用電容兩個極板的靜電耦合實現(xiàn)電能的傳輸。(1)在做“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實驗時,先將開關(guān)S撥到位置1,一段時間后再撥到位置2。在此過程中,根據(jù)電壓傳感器與電流傳感器測量數(shù)據(jù)得到的和圖線可能為。
ABCD(2)將一電容為的電容器與一電壓恒定的電源連接,電容器充電完成后,兩極板上的電荷量分別為和,則電源電壓為V?!敬鸢浮緼12【詳解】(1)[1]開關(guān)S撥到位置1,是電容器充電過程,此時由圖像可知電流傳感器中的電流正在減小,電壓傳感器中的電壓正在增大。開關(guān)S撥到位置2,是放電過程,此時由圖像可知電流傳感器中的電流正在減小,電壓傳感器中的電壓正在減小。充電電流與放電電流方向相反,充電時與放電時都是電容器右邊極板是正極板。故A正確,BCD錯誤。故選A。(2)[2]由,可知電源電壓為2.某興趣小組用如圖甲所示的可拆變壓器進行“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實驗。(1)下列說法正確的是。A.
變壓器工作時,通過鐵芯導(dǎo)電把電能由原線圈輸送到副線圈B.
變壓器工作時在原線圈上將電能轉(zhuǎn)化為磁場能,在副線圈上將磁場能轉(zhuǎn)化為電能C.
理想變壓器的輸入功率等于輸出功率,沒有能量損失D.
變壓器副線圈上不接負載時,原線圈兩端電壓為零(2)實際操作中將電源接在原線圈的“0”和“8”兩個接線柱之間,測得副線圈的“0”和“4”兩個接線柱之間的電壓為,則可推斷原線圈的輸入電壓可能為。A.
B.
C.
D.
(3)圖乙為某電學(xué)儀器原理圖,圖中變壓器為理想變壓器。左側(cè)虛線框內(nèi)的交流電源與串聯(lián)的定值電阻可等效為該電學(xué)儀器電壓輸出部分,該部分與一理想變壓器的原線圈連接;一可變電阻與該變壓器的副線圈連接,原、副線圈的匝數(shù)分別為、(右側(cè)實線框內(nèi)的電路也可以等效為一個電阻)。在交流電源的電壓有效值不變的情況下,調(diào)節(jié)可變電阻的過程中,當時,獲得的功率最大。【答案】BC/CBD 3.某同學(xué)用圖(a)所示電路完成“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗。所需器材:小燈泡L(額定電壓3V,額定功率約0.6W);電源E(電動勢6V,內(nèi)阻很小可忽略不計);電壓表V(量程3V,阻值很大);電流表A(量程0.25A,內(nèi)阻約0.4Ω);滑動變阻器R(總阻值約10Ω);保護電阻(阻值待定);開關(guān)S;導(dǎo)線若干。(1)請依照圖(a)所示電路,在圖(b)中補全實物連線。(2)實驗步驟:①閉合開關(guān)前,調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片,使滑片停留在最(選填“左”或“右”)端;②閉合開關(guān)后,逐漸移動滑動變阻器的滑片,增加小燈泡兩端的電壓,記錄電流表和電壓表的多組讀數(shù),直至電壓達到額定電壓;③記錄如下8組U和I的數(shù)據(jù)后斷開開關(guān),根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在圖(c)所示方格紙上描繪完整的表格數(shù)據(jù)并作出小燈泡的伏安特性曲線。編號12345678U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1750.2000.2150.220小燈泡發(fā)光情況不亮
微亮
逐漸變亮正常發(fā)光(3)若實驗室中沒有量程為0.25A的電流表,可用一只量程為50mA,阻值為2Ω的毫安表并聯(lián)電阻值為Ω的定值電阻改裝而成。(4)燈泡正常發(fā)光時的電阻與燈泡不亮?xí)r的電阻的比值為(計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。(5)為了能順利完成實驗,且較大程度起到保護作用,保護電阻的阻值應(yīng)為Ω(選填“20”、“10”、“5”或“2”)?!敬鸢浮孔?.51.
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