熱點(diǎn)04 等效替代法 （教師版含解析）-高考物理專練(新高考專用)

高考物理【熱點(diǎn)·重點(diǎn)·難點(diǎn)】專練(新高考專用)熱點(diǎn)04等效替代法【熱點(diǎn)解讀】等效替代法是科學(xué)研究中常用的一種思維方法，對(duì)一些復(fù)雜問(wèn)題采用等效方法，將其變成理想的、簡(jiǎn)單的、已知規(guī)律的過(guò)程來(lái)處理，?？墒箚?wèn)題的解決得以簡(jiǎn)化，能替代的前提是等效，等效是指不同的物理現(xiàn)象、模型、過(guò)程等在物理意義、作用效果或物理規(guī)律方面是相同的，它們之間可以相互替代，而保證結(jié)論不變。等效的方法是指面對(duì)一個(gè)較為復(fù)雜的問(wèn)題，提出一個(gè)簡(jiǎn)單的方案或設(shè)想，而使它們的效果完全相同，從而將問(wèn)題化難為易、化繁為簡(jiǎn)求得解決。這種科學(xué)思維方法不僅在定義物理概念時(shí)經(jīng)常用到，如等效電路、等效電阻、分力與合力等效、合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)等效等，而且在分析和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)也經(jīng)常用到。再如交流電的有效值，即是用交流電與直流電在熱效應(yīng)里產(chǎn)生的“等效作用”來(lái)確定的。物理實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常會(huì)用到“等效替代法”。【限時(shí)檢測(cè)】(建議用時(shí)：30分鐘)1．某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖甲所示的電路探究在25℃~80℃范圍內(nèi)某熱敏電阻的溫度特性。所用器材有：置于溫控室(圖中虛線區(qū)域)中的熱敏電阻RT，其標(biāo)稱值(25℃時(shí)的阻值)為900.0Ω；電源E(6V，內(nèi)阻可忽略)；電壓表V(量程150mV)；定值電阻R0(阻值20.0Ω)，滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值為1000Ω)；電阻箱R2(阻值范圍0~999.9Ω)；單刀開關(guān)S1，單刀雙擲開關(guān)S2。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先按圖甲連接好電路，再將溫控室的溫度t升至80.0℃。將S2與1端接通，閉合S1，調(diào)節(jié)R1的滑片位置，使電壓表讀數(shù)為某一值U0；保持R1的滑片位置不變，將R2置于最大值，將S2與2端接通，調(diào)節(jié)R2，使電壓表讀數(shù)仍為U0；斷開S1，記下此時(shí)R2的讀數(shù)。逐步降低溫控室的溫度t，得到相應(yīng)溫度下R2的阻值，直至溫度降到25.0℃。實(shí)驗(yàn)得到的R2-t數(shù)據(jù)見(jiàn)下表。t/℃25.030.040.050.060.070.080.0R2/Ω900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0回答下列問(wèn)題：(1)在閉合S1前，圖甲中R1的滑片應(yīng)移動(dòng)到______(填“a”或“b”)端。(2)在圖乙的坐標(biāo)紙上補(bǔ)齊數(shù)據(jù)表中所給數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出R2-t曲線。(_______)(3)由圖乙可得到RT在25℃~80℃范圍內(nèi)的溫度特性。當(dāng)t=44.0℃時(shí)，可得RT=____Ω。(4)將RT握于手心，手心溫度下R2的相應(yīng)讀數(shù)如圖丙所示，該讀數(shù)為______Ω，則手心溫度為_______℃。【答案】b450620.033.0【解析】(1)閉合開關(guān)S1前，應(yīng)讓滑片移動(dòng)到b端，使滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值最大。(2)如圖所示(3)由圖丁可知t=44.0℃時(shí)，電阻的阻值為450Ω。(4)由圖丙可得電阻箱阻值為620.0Ω，由圖丁可得溫度約為33.0℃。2．為了測(cè)試某精密元件在204μA特定電流值時(shí)的工作性能，一實(shí)驗(yàn)小組利用微安表監(jiān)測(cè)該元件在電路中的電流，電路如圖(a)所示。所用器材：微安表(量程為250μA，內(nèi)阻約為1000Ω)，穩(wěn)壓電源E(電動(dòng)勢(shì)為2.0V)，定值電阻R0(阻值為4000.0Ω)，滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值為1000Ω，額定電流為0.3A)，電阻箱R2(阻值范圍0~9999.9Ω)，開關(guān)S。將電阻箱R2置于圖(b)所示的阻值，滑動(dòng)變阻器R1置于最大值；閉合開關(guān)S，移動(dòng)R1的滑片，使微安表讀數(shù)為204μA。(1)圖(b)中R2的阻值為___________Ω；(2)在圖(c)中標(biāo)出微安表讀數(shù)為204μA時(shí)的指針位置___________。為了提高監(jiān)測(cè)精度，該小組嘗試用標(biāo)準(zhǔn)電池EN(電動(dòng)勢(shì)為1.0186V)和靈敏電流計(jì)(量程范圍300μA)替代微安表，設(shè)計(jì)了圖(d)所示電路。要將元件的工作電流調(diào)到204μA，需先將R2的阻值設(shè)置為某個(gè)特定值，再閉合開關(guān)S1、S2，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R1，使靈敏電流計(jì)指針指在零點(diǎn)，此時(shí)元件中的電流即為204μA。(3)電阻箱R2的阻值應(yīng)設(shè)置為___________Ω?！敬鸢浮?250.04993.1【解析】(1)圖(b)中R2的阻值為4250.0Ω；(2)微安表最小刻度為5μA，則讀數(shù)為204μA時(shí)的指針位置如圖；(3)由題意可知，當(dāng)電阻R2兩端電壓等于電動(dòng)勢(shì)EN時(shí)，通過(guò)靈敏電流計(jì)的電流為零，則UR=EN=1.0186V電流IR=204μA則3．某物理興趣小組的同學(xué)要測(cè)定某電阻Rx的阻值，通過(guò)討論，決定采用下列方法來(lái)測(cè)定。(1)方法一：用多用電表測(cè)量首先，選用歐姆表“×1”擋進(jìn)行粗測(cè)，正確操作后，表盤指針如圖1所示，則該電阻的測(cè)量值為Rx=______Ω。(2)方法二：用伏安法測(cè)量所用的部分器材：電壓表V(0～3V，內(nèi)阻約3kΩ)；電流表A(0～0.6A，內(nèi)阻約2Ω)。分析下列問(wèn)題。①他們?cè)O(shè)置了如圖2、圖3所示的兩種電路圖，為減小實(shí)驗(yàn)誤差應(yīng)選用______(填“圖2”或“圖3”)作為測(cè)量電路；②請(qǐng)根據(jù)他們所選的電路將圖4所示的實(shí)物圖連接好；(______)③他們選擇了正確的電路后，通過(guò)測(cè)量，根據(jù)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了如圖5所示的U-I圖象，根據(jù)圖象，可得Rx=___________Ω。(3)方法三：等效替代法某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖6所示的測(cè)量電路，實(shí)驗(yàn)步驟如下所示：A．按圖6連接好實(shí)驗(yàn)電路。B．保持開關(guān)S2斷開，將開關(guān)S1閉合，然后調(diào)節(jié)電阻箱R和滑動(dòng)變阻器R′。待電路穩(wěn)定后電阻箱讀數(shù)R1如圖7所示，記下此時(shí)電壓表的示數(shù)。C．閉合開關(guān)S2，保持滑動(dòng)變阻器的滑片位置不變，然后調(diào)節(jié)電阻箱的電阻，使電壓表的讀數(shù)與步驟B中的示數(shù)相同，此時(shí)電阻箱的讀數(shù)R2=26Ω。①在步驟B中電阻箱的讀數(shù)為R1=___________Ω；②由以上實(shí)驗(yàn)測(cè)得電阻Rx的阻值為Rx=___________Ω?！敬鸢浮?圖26.25206【解析】(1)歐姆表讀數(shù)=刻度盤讀數(shù)×倍率，讀數(shù)是Rx=7×1Ω=7Ω(2)①由于待測(cè)電阻的阻值遠(yuǎn)小于電壓表的內(nèi)阻，所以電流表使用外接法，故選圖2作為測(cè)量電路；②所連實(shí)物圖如圖所示：③U-I圖象的斜率表示電阻的阻值，由所作的圖象可知，故被測(cè)電阻的阻值為Rx=k=6.25Ω(3)①在步驟B中電阻箱的讀數(shù)為R1=20Ω；②由于R1與Rx串聯(lián)在電路中所起的作用與R2相同(電壓表指針指示同一位置)，則有R1＋Rx=R2故有Rx=R2-R1由題意可知R1=20Ω，R2=26Ω故被測(cè)電阻的阻值為Rx=R2-R1=26Ω-20Ω=6Ω。4．如圖所示，某同學(xué)在家中嘗試驗(yàn)證“平行四邊形定則”，他找到三根完全相同的橡皮條(遵循胡克定律)、三角板、刻度尺、白紙、方木板、幾枚圖釘、細(xì)繩。設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：(1)將橡皮條兩端各拴上一根相同的細(xì)繩，用刻度尺測(cè)出橡皮條的原長(zhǎng)，記為L(zhǎng)0；(2)將三根橡皮條的一端用細(xì)繩拴在同一結(jié)點(diǎn)上，另一端分別拴在圖釘上；(3)將白紙用圖釘固定在方木板上，互成角度地拉伸三根橡皮條，在白紙上分別固定三枚圖釘，如圖所示。分別記下三繩結(jié)點(diǎn)位置O和______，分別測(cè)出三根橡皮條的長(zhǎng)度，記為L(zhǎng)1、L2、L3，則三根橡皮的拉力之比為______；(4)取下器材，用鉛筆和刻度尺從O點(diǎn)沿著三根橡皮條的方向畫直線，按照一定的標(biāo)度作出三根橡皮條對(duì)結(jié)點(diǎn)O的拉力F1、F2、F3的示意圖，用平行四邊形定則求出兩個(gè)力F1、F2的合力F；(5)若測(cè)量發(fā)現(xiàn)F與F3在同一直線上，大小接近相等，則實(shí)驗(yàn)結(jié)論為______。【答案】三根橡皮條伸長(zhǎng)的方向在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，力的合成遵循力的平行四邊形定則【解析】(1)要畫出平行四邊形，則需要記錄分力的大小和方向，所以在白紙上記下結(jié)點(diǎn)O的位置的同時(shí)，也要記錄三根細(xì)線的方向。三根橡皮條的拉力之比等于三根橡皮條的伸長(zhǎng)量之比，即為(5)說(shuō)明在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，結(jié)點(diǎn)O受三個(gè)力的作用處于靜止?fàn)顟B(tài)，合力為零；則實(shí)驗(yàn)結(jié)論為：在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，力的合成遵循力的平行四邊形定則。5．請(qǐng)完成“探究求合力的方法”實(shí)驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容。(1)如圖甲所示，在鋪有白紙的水平木板上，橡皮條-端固定在A點(diǎn)另一端拴兩個(gè)細(xì)繩。(2)如圖乙所示，用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)互成角度地拉橡皮條，將繩與橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到某位置并記為0點(diǎn)，記下此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)和及_____________。(3)如圖丙所示，用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條，將繩與橡皮條的結(jié)點(diǎn)仍拉到O點(diǎn)目的是__________，記下此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)____________N和細(xì)繩的方向。(4)如圖丁所示，已按一定比例作出了、和F的圖示(5)小明根據(jù)丁圖作出，和的合力時(shí)，發(fā)現(xiàn)合力與F大小相等，方向略有偏差，如果此偏差僅由引起，則的大小比真實(shí)值偏________。(填大或者小)【答案】?jī)衫K的方向與用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)互成角度地拉橡皮條的作用效果相同3.00小【解析】(2)用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)互成角度拉橡皮條，使繩與橡皮條的結(jié)點(diǎn)伸長(zhǎng)到某位置并記為O點(diǎn)，記下此時(shí)測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1和F2，及兩條細(xì)繩的方向。(3)一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條，與用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)互成角度地拉橡皮條的作用效果相同；1N被分為10格，每小格表示0.1N，讀數(shù)時(shí)需估讀到分度值下一位，故讀數(shù)為3.00N；(5)根據(jù)丁圖作出，和的合力如圖，發(fā)現(xiàn)合力與F大小相等，方向略有偏差，如果此偏差僅由引起，則比真實(shí)值偏大，的大小比真實(shí)值偏小。6．如圖甲所示，在“互成角度的兩個(gè)力的合成”實(shí)驗(yàn)中，A為固定橡皮筋的圖釘，O為橡皮筋與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn)，OB、OC為細(xì)繩套。(1)圖甲中彈簧測(cè)力計(jì)B的示數(shù)為___