高二物理 稳恒电流（8-10节）

高二物理 稳恒电流（8-10节）

高二物理 稳恒电流（8-10节） ‎ 一、基础知识 ‎(七)多用电表的原理及使用方法 ‎(八)实验 （九）简单的逻辑电路 二、解析典型问题 图1‎ ‎1.分析电路故障问题 例1．某居民家中的电路如图1所示，开始时各部分工作正常，将电饭煲的插头插入三孔插座后，正在烧水的电热壶突然不能工作，但电灯仍正常发光．拔出电饭煲的插头，把试电笔分别插入插座的左、右插孔，氖管均能发光，则： ‎ A．仅电热壶所在的C、D两点间发生了断路故障 B．仅电热壶所在的C、D两点间发生了短路故障 C．仅导线AB间断路 D．因为插座用导线接地，所以发生了上述故障 例2、某同学按如图2所示电路进行实验，实验时该同学将变阻器的触片P移到不同位置时测得各电表的示数如下表所示：‎ 序号 A1示数(A)‎ A2示数(A)‎ V1示数(V)‎ V2示数(V)‎ ‎1‎ ‎0.60‎ ‎0.30‎ ‎2.40‎ ‎1.20‎ ‎2‎ ‎0.44‎ ‎0.32‎ ‎2.56‎ ‎0.48‎ 图2‎ 将电压表内阻看作无限大，电流表内阻看作零。‎ 电路中，分别为电源的电动势和内阻，，，为定值电阻，在这五个物理量中，可根据上表中的数据求得的物理量是（不要求具体计算） 。‎ U/V I/A ‎0‎ ‎2‎ ‎4‎ ‎6‎ ‎8‎ ‎0.2‎ ‎0.4‎ ‎0.6‎ 图3‎ 由于电路发生故障，发现两电压表示数相同了（但不为零），若这种情况的发生是由用电器引起的，则可能的故障原因是 。‎ ‎2．非线性电路的求解问题。‎ 非线性电路（如含二极管、热敏电阻的电路等）的分析要用到图线相交法。要注意理解图象交点的物理意义。‎ 例3.图3中所示为一个电灯两端的电压与通过它的电流的变化关系曲线，可见两者不成线性关系，这是由于焦耳热使灯丝的温度发生了变化的缘故。参考这根曲线，回答下列问题（不计电流表和电池的内阻）。‎ A R0‎ 图4‎ ‎（1）若把三个这样的电灯串联后，接到电动势为12V的电源上，求流过灯泡的电流和每个灯泡的电阻。‎ ‎（2）如图4所示，将两个这样的电灯并联后再与10Ω的定值电阻串联，接在电动势为8V的电源上，求通过电流表的电流值及各灯泡的电阻值。‎ ‎3、基本仪器的使用 ‎0‎ ‎0‎ 例4、用游标卡尺测一根金属管的内径和外径时，卡尺上的游标位置分别如图（a）、（b）所示。这根金属管内径读数是 cm，外径读数是 cm，管壁的厚度是 cm。‎ 例5．一游标卡尺的主尺最小分度为1毫米，游标上有10个小等分间隔，现用此卡尺来测量工件的直径，如图所示。该工件的直径为_____________毫米。‎ ‎0 5 ‎ ‎15 ‎ ‎10‎ 例6图 例6、图中给出的是用螺旋测微器测量一金属薄板的厚度时的示数此读数应为 mm。‎ 例7、一学生用多用电表测电阻。他在实验中有违反使用规则之处。他的主要实验步骤如下：‎ ‎1．选择开关扳到“×1k欧姆档上；‎ ‎2．把表笔插入测试笔插孔中，先把两表笔相接触，旋转调零旋钮，使指针指在电阻刻度的零位上；‎ ‎3．把两跟表笔分别与某一待测电阻的两端相接，发现这时指针几乎满偏；‎ ‎4．换用“×100”的欧姆挡，发现这时指针的偏转适中，随即记下欧姆数值；‎ ‎5．把表笔从测试笔插孔中拔出后，就把多用表放回桌上原处，实验完毕。‎ 这个学生在测量时已注意到：待测电阻与其他元件和电源断开，不用手碰表笔的金属杆。这个学生在实验中违反了那一或那一些重要的使用规则？答： ‎ 例8、有一标有“6V，1.5W”的小灯泡，现用图（a）所示电路测量其在不同电压下的实际功率，提供的器材除导线和开关外，还有：‎ A．直流电源 6V（内阻不计） B．直流电流表0-3A（内阻0.1Ω以下）‎ C．直流电流表0-300mA（内阻约为5Ω） D．直流电压表0-15V（内阻约为15kΩ）‎ E．滑动变阻器10Ω 2A F．滑动变阻器1kΩ 0.5A ‎（1）实验中电流表应选用 （用序号表示），滑动变阻器应选用 。‎ ‎（2）试按图（a）电路将图（b）所示器材连成电路 ‎4、设计型实验 例9、实验室中现有器材如实物图2所示，有：电池E，电动势约10V，内阻约1Ω；电流表A1，量程约10A，内阻1约为0.2Ω；电流表A2，量程300mA，内阻2约5Ω；电流表A3，量程250mA，内阻3约5Ω；电阻箱R1，最大阻值999.9Ω，最小阻值改变量为0.1Ω；滑线变阻器R2，最大值100Ω；开关S；导线若干。‎ 要求用图3所示的电路测量图中电流表A的内阻。‎ ‎（1）在所给的三个电流表中，那几个可以用此电路精确测出其内阻？答： 。‎ ‎（2）在可测的电流表中任选一个作为测量对象，在实物图上连成测量电路。‎ ‎（3）你要读出的物理量是 ‎ ‎ 。用这些物理量表示待测内阻的计算公式是 。‎ ‎ ‎ 例10、现有一阻值为10.0Ω的定值电阻、一个开关、若干根导线和一个电压表，该电压表表面上有刻度但无刻度值，要求设计一个能测定某电源内阻的实验方案（已知电压表内阻很大，电压表量程大于电源电动势，电源内阻约为几欧）要求：‎ ‎（1）在右边方框中画出实验电路图：‎ ‎（2）简要写出完成接线后的实验步骤；‎ ‎（3）写出用测得的量计算电源内阻的表达式= 。‎ 三、练习 ‎1．一游标卡尺的主尺的最小分度为1mm，游标上有10个小等分间隔，现用此卡尺来测量工件的直径，如图所示。该工件的直径为 mm。‎ ‎2．用螺旋测微器测量一矩形小零件的长和宽时，螺旋测微器上的示数如图所示。图（a）的读数是 mm，图（b）的读数是 mm。‎ ‎3．若先后用两只都准确的电流表测通过某一电阻的电流，甲表的读数为0.52A，乙表读数为0.48A，排除读数误差， 表测得的读数误差较小，且可以判断出 表的内阻较小。若先后用两只都准确的电压表测同一电阻上的电压，甲表的读数为2.75V，乙表的读数为2.30V，则排除读数误差， 表测得的结果误差较小， 表的内阻较小。‎ ‎4．从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A1的内阻r1，要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测出多组数据。（1）画出电路图，标明所用器材的代号。‎ ‎（2）若选测量数据中的一组来计算r1，则所用的表达式为r1= ，式中各符号的意义是： 。‎ 器材（代号）‎ 规格 电流表（A1）‎ 量程10mA、内阻r1待测（约40Ω）‎ 电流表（A2）‎ 量程500μA、内阻r2=750Ω 电压表（V）‎ 量程10V、内阻r3=10kΩ 电阻（R1）‎ 阻值约为100Ω、做保护电阻用 滑动变阻器（R2）‎ 总阻值约为50Ω 电源（E）‎ 电动势1.5V、内阻很小 开关（S2）、电线若干 ‎45‎ ‎0‎ ‎40‎ ‎0‎ ‎5‎ 甲 ‎0‎ ‎5‎ ‎10‎ ‎15‎ ‎20‎ ‎10‎ ‎11‎ ‎12‎ cm 乙 ‎5. （1）用螺旋测微器(千分尺)测金属导线的直径，其示数如甲图所示，该金属导线的直径为 mm。用游标卡尺（卡尺的游标有20等分）测量一支铅笔的长度，测量结果如图乙所示，由此可知铅笔的长度是 mm。‎ ‎（2）用多用电表的欧姆挡测电阻。机械调零、欧姆调零后，用“”挡测量一个电阻的阻值，发现表针偏转角度极小，正确的判断和做法是 。‎ A.被测电阻值很大 B.被测电阻值很小 C.为了把电阻值测得更准一些，应换用“”挡，重新欧姆调零后再测量 D.为了把电阻值测得更准一些，应换用“”挡，重新欧姆调零后再测量 ‎6．一多用电表的电阻档有三个倍率，分别是×1、×10、×100。用×10档测量某电阻时，操作步骤正确，发现表头指针偏转角 度很小，为了较准确地进行测量，‎ 应换到 档。如果换档后 立即用表笔连接待测电阻进行读 数，那么缺少的步骤是 ，‎ 若补上该步骤后测量，表盘的 示数如图，则该电阻的 阻值是 。‎ 参考答案： ‎ 例1、分析 与解：由于电灯仍正常发光，说明电源是好的，电热壶所在的C、D两点间没有发生短路故障。把试电笔分别插入插座的左、右插孔，氖管均能发光，说明插座的左、右插孔都与火线相通，说明电热壶所在的C、D两点间没有发生断路故障。综合分析可知，故障为导线AB间断路，即C选项正确。‎ 例2、分析与解：先将电路简化，R1与r看成一个等效内阻r，=R1+r,则由V1和A1的两组数据可求得电源的电动势；由A2和V1的数据可求出电阻R3；由V2和A1、A2的数据可求出R2。‎ 当发现两电压表的示数相同时，但又不为零，说明V2的示数也是路端电压，即外电路的电压全降在电阻R2上，由此可推断Rp两端电压为零，这样故障的原因可能有两个，若假设R2是完好的，则Rp一定短路；若假设RP是完好的，则R2一定断路。‎ U/V I/A ‎0‎ ‎2‎ ‎4‎ ‎6‎ ‎8‎ ‎0.2‎ ‎0.4‎ ‎0.6‎ 例3图（答）‎ 例3、分析与解：（1）由于三个电灯完全相同中，所以每个电灯两端的电压UL=12/3V=4V。在图8中画出U=4V的直线，得到和曲线的交点坐标为(4V,0.4A)，所以流过电灯的电流为0.4A，此时每个电灯的电阻值为。‎ ‎（2）设此时电灯两端的电压为U，流过每个电灯的电流为I，根据闭合电路欧姆定律得：E=2IR0+U，代入数据得U=8-20I.‎ 在图5上画出此直线，得到如图所示的图象，可求得到直线和曲线的交点坐标为(2V,0.3A)，即流过电灯的电流为0.3A,流过电流表的电流强度为0.6A,此时电灯的电阻为。‎ 例4、游标卡尺的读数规则是：整毫米数由主尺读出，游标尺的第几刻度线与主尺上的某一刻度线重合，毫米以下的读数就是n分之几，n是游标卡尺上的分度数，该题中，游标卡尺是10分度的，那就是10分之几。图（a）中，从主尺看，整毫米数是23，游标尺上第7条刻度线与主尺上的一条刻度线重合，所以毫米以下的读数就是0.7mm，得到内径的读数为23.7mm=2.37cm。图（b）中主尺上整毫米数是30，游标尺上第3条刻度线与主尺上的一条刻度线重合，所以外径的读数为30.3mm=3.03cm。管壁的厚度为两者之差的一半0.33cm。例5 29.80 例6、54.14‎ 例7、该题考查仪器使用时的注意事项。使用欧姆表要注意的地方比较多。使用前要经过调整（机械调零，选择量程后要电阻调零），使用后要复位（拔出表笔，选择开关应置于“OFF”档或交流高压档），使用过程中换档后要重新调零……。这些往往都是考查的重点。该题中不符合操作规则的是：换到合适的量程后，要重新调整调零旋钮；使用后不能把选择开关置于欧姆档。‎ 例8、（1）选电流表实际上是选量程。先估算一下通过电流表的电流，由小灯泡的规格可知通过的电流最大不能超过0.25A。因此选C。在该题中滑动变阻器接成分压器，此时要求滑动变阻器的电阻比用电器的电阻小，至少应差不多；小灯泡的电阻在正常工作时约为24Ω，所以滑动变阻器不能选F，应选E，但不应忘记还要核对一下电流是否会超过其允许值，E的最大允许电流是2A，实验中的最大电流只有0.25A，选E也是安全的。‎ ‎（2）连接实物图实际上是考查仪器的使用方法。这里要注意电表正负接线柱的接法、滑动变阻器做分压器时连接特点。具体连线时，可以先连主回路，把电源、开关、滑动变阻器连成一个回路；然后再连上支路，从滑动变阻器的滑动头和一个固定端接出，连上电流表、小灯泡，最后将电压表并联在小灯泡上。连接情况如图所示。滑动变阻器常用来调控用电器上的电压，一般有限流和分压两种形式，为了有较大的调节范围，且操作方便，当滑动变阻器的电阻R比用电器电阻R0大得多时，应选用限流的方式；R比R0小或差不多时，应选用分压方式。‎ 例9、该题要求根据电路图设想出实验原理。属于有一定提示的设计型实验。与我们学过的伏安法测电阻相比较，这里被测电阻是电流表的内阻，它能显示出通过自身的电流，因此只要知道其上的电压就行，但没有电压表，却有另一只电流表。根据电路图可以看出，如果图中表A是被测表，则其上电压就是电阻箱上电压，利用两只电流表的读数差和电阻箱上显示的阻值可以求出该电压，这样就可以求出电流表的电阻。‎ ‎（1）电流表A1不能精确测出其内阻，因这时图中的电流表Aˊ应为A2、A3中的一只，这使得电流表A1中的电流不能超过300mA，其指针的偏转极其微小，误差很大。而A2、A3可用此电路精确测出其内阻。‎ ‎（2）若测3，实物连线如图4所示。‎ ‎（3）根据前面的分析，要读出的物理量是A、Aˊ两电流表的示数I、Iˊ和电阻箱的阻值R1，待测内阻的计算公式是 例10、在分组实验中有测定电源的电动势和内电阻的实验，我们从该实验知道测定电源的电动势和内电阻，至少应使电源连接不同负载两次，然后利用全电路欧姆定律求解。但现在只有一个定值电阻可用作负载；另外，应由电流表和电压表两个表，但现在只有一只电压表，而且是没有刻度值的；不过考虑到电压表电阻很大，而且题目只要求测出电源的内阻，应该有变通的办法。‎ 图5‎ ‎（1）我们可以把断路也作为一种负载状态，实验电路如图5所示。S断开时，因电压表内阻远大于电源内阻，可认为是断路状态，S闭合时，又是一种负载状态。‎ ‎（2）实验步骤如下：‎ ‎①按电路图连接好电路。‎ ‎②在开关S断开状态下读出电压表指针所在处的分度格数n1.‎ ‎③闭合开关S，读出电压表指针所在处的分度格数n2.‎ ‎（3）设电压表每一小分度表示的电压为U0。‎ S断开时，有 E=n1U0S闭合时，有解以上两式，得 练习：1．22.3 2．8.474， 6.574 3．甲 甲 甲 乙 ‎4．（1）如下图所示的两个图中任一个均可 （2），I1、I2分别表示通过电流表A1和A2的电流，r1、 r2分别是它们的电阻。‎ ‎5.（1）8.473、100.60 （2）AC 6. ×100 欧姆调零 2200 ‎