2024版新教材高中物理第十一章电路及其应用综合提升学案新人教版必修第三册

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第十一章综合提升知识网络构建　核心素养提升情境1　伏安法测电阻——科学探究1．两种接法的比较2.电流表内、外接的选择方法(1)直接比较法：当Rx≫RA时，采用内接法，当Rx≪RV时，采用外接法，可记忆为“大内小外”．(2)公式计算法：大内大，小外小，即待测电阻大，用内接法，测量值偏大；待测电阻小，用外接法，测量值偏小．当＜即Rx＞时，用电流表内接法，当＞即Rx＜时，用电流表外接法，当Rx＝时，两种接法效果相同．(3)试触法：如图，把电压表的可动接线端分别试接b、c两点，观察两电表的示数变化．若电流表的示数变化明显，说明电压表的分流作用对电路影响大，应选用内接法；若电压表的示数有明显变化，说明电流表的分压作用对电路影响大，所以应选外接法．例1 某同学通过实验测定一个阻值约为5 Ω的电阻Rx的阻值．(1)现有电源(4 V)、滑动变阻器(0～50 Ω，额定电流2 A)、开关和导线若干，以及下列电表：A．电流表(0～3 A，内阻约0.025 Ω)B．电流表(0～0.6 A，内阻约0.125 Ω)C．电压表(0～3 V，内阻约3 kΩ)D．电压表(0～15 V，内阻约15 kΩ)为减小测量误差，在实验中，电流表应选用________，电压表应选用________(选填器材前的字母)，实验电路应采用图1中的________(选填“甲”或“乙”)．(2)图2是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，请根据在(1)问中所选的电路图，补充完成图中实物间的连线．(3)接通开关，改变滑动变阻器滑片P的位置，并记录对应的电流表示数I、电压表示数U.某次两电表示数如图3所示，可得该电阻的测量值Rx＝________ Ω(保留2位有效数字)．(4)若在(1)问中选用甲电路，产生误差的主要原因是________________________________________________________________________；若在(1)问中选用乙电路，产生误差的主要原因是________．(均选填选项前的字母)．A．电流表测量值小于流经Rx的电流值B．电流表测量值大于流经Rx的电流值C．电压表测量值小于Rx两端的电压值D．电压表测量值大于Rx两端的电压值情境2　替代法测电阻——科学探究实验原理：如图所示，闭合S1，S2接a，调节R′，使电流表A的示数为I；S2接b，保持R′不变，调节R使电流表A的示数仍为I，记下此时电阻箱的阻值R0，则待测电阻Rx＝R0.例2同学用如图甲所示的电路测量灵敏电流计G的内阻．(1)请在图乙中将实物连线补充完整；(2)闭合开关S1后，将单刀双掷开关S2置于位置1，调节滑动变阻器R1的阻值，使电流表G0有适当示数I0；然后保持R1的阻值不变，将开关S2置于位置2，调节电阻箱R2，使电流表G0示数仍为I0.若此时电阻箱阻值R2＝200 Ω，则灵敏电流计G的内阻Rg＝________ Ω.例3了测定电流表A1的内阻，采用如图甲所示电路．其中A1是待测电流表，量程为0～300 μA，内阻约为100 Ω；A2是标准电流表，量程是0～200 μA；R1是电阻箱，阻值范围0～999.9 Ω；R2是滑动变阻器；R3是保护电阻；E是电压为4 V的电池组；S1是单刀单掷开关，S2是单刀双掷开关．(1)根据电路图，请在实物图乙中画出连线，将器材连接成实验电路．(2)连接好电路，首先将开关S2扳到a处，接通开关S1，调整滑动变阻器R2使电流表A2的读数是150 μA；然后将开关S2扳到b处，保持R2不变，调节电阻箱R1，使A2的读数仍是150 μA.若此时电阻箱各旋钮的位置如图丙所示，则电阻箱R1的阻值是________ Ω，待测电流表A1的内阻Rg＝________ Ω.情境3　半偏法测电表内阻——科学探究1．“半偏法”测电流表的内阻实验电路如图所示．(1)闭合开关S1前，将滑动变阻器R1、电阻箱R2的阻值调到最大；(2)闭合开关S1，调节R1使电流表A的指针满偏；(3)再闭合开关S2，保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱R2的阻值，使电流表A的指针半偏；(4)读取电阻箱的阻值R2，则RA＝R2.注意：R1接入阻值越大，误差越小，故R1应选择总阻值较大的．2．“半偏法”测电压表的内阻实验电路如图所示．(1)闭合开关S之前，电阻箱R的阻值调到零，滑动变阻器R′的滑片P滑到左端；(2)闭合开关S，调节滑片P的位置使电压表的指针满偏；(3)保持滑动变阻器滑片位置不变，再调节电阻箱的阻值，使电压表的指针半偏；(4)读取电阻箱的阻值R，则有RV＝R.注意：R′应选总阻值较小的，有利于减小实验误差．例4学习兴趣小组欲采用如图所示电路测量电压表的内阻RV，待测电压表的量程为1 V，内阻约为1 000 Ω.(1)在备选的甲、乙两个滑动变阻器的铭牌上分别标有“200 Ω　1 A”“10 Ω　2 A”，为尽可能提高测量精度且便于调节，滑动变阻器R1应选用________(选填“甲”或“乙”)．(2)同学们的实验步骤如下，请将步骤Ⅰ补充完整．Ⅰ.正确连接好电路后，在闭合开关之前，将滑动变阻器R1的滑片移到________(选填“最左端”或“最右端”)．Ⅱ.闭合开关S1和S2，调节R1，使电压表指针指到1 V刻度处．Ⅲ.保持S1闭合、滑动变阻器R1的滑片位置不变．断开S2，调整电阻箱R2的阻值，使电压表的指针指到0.5 V刻度处，此时电阻箱R2的示数为990 Ω.(3)该电压表内阻的测量值为________ Ω.例5 理兴趣小组要将一个内阻未知的电流表改装成量程为3 V的电压表，为此它们用如图所示电路测定该电流表的内阻，实验室可提供的器材如下．A．电流表G：满偏电流为300 μA，内阻未知B．干电池E：3 VC．滑动变阻器R1：最大阻值约为5 kΩ，额定电流为1 AD．滑动变阻器R2：最大阻值为16 kΩ，额定电流为0.5 AE．电阻箱R0：阻值范围0～9 999.9 ΩF．开关两个，导线若干(1)滑动变阻器R应选用________(选填“C”或“D”)，将开关S1、S2都断开，连接好实物图，使滑动变阻器接入电路的电阻达到最大后，闭合开关S1，移动滑动变阻器的滑片，使电流表G的示数为200 μA.(2)闭合开关S2，保持滑动变阻器R的滑片位置不变，调节电阻箱R0的阻值为100 Ω时电流表G的示数为100 μA，则电流表G的内阻Rg＝________ Ω.(3)将该电流表改装成量程为3 V的电压表，需串联电阻的阻值为________ Ω.第十一章综合提升核心素养提升[例1]　解析：(1)因电源的电压为4 V，因此电压表选择3 V量程；由于电阻Rx的阻值约为5 Ω，根据欧姆定律可知，电流的最大值为0.8 A，从精确角度来说，电流表选择0.6 A的量程；根据待测电阻的阻值与电压表及电流表的阻值关系，可知应选择电流表外接法，故选择题图中的甲电路．(2)连接的实物图如图所示．(3)电压表的示数为U＝2.50 V，电流表的示数为I＝0.50 A，该电阻的测量值Rx＝＝＝5.0 Ω.(4)题图甲中电路采用的是电流表外接法，实际上电压表并不是理想电表，所以电压表也有电流通过，电流表测量的电流是流经Rx和电压表的电流之和，所以产生误差的主要原因是电流表测量值大于流经Rx的电流值，选B；题图乙中电路采用的是电流表内接法，电压表测量的电压是Rx和电流表两端的电压之和，所以产生误差的主要原因是电压表测量值大于Rx两端的电压值，选D.答案：(1)B　C　甲　(2)图见解析　(3)5.0　(4)B　D[例2]　解析：(1)对比电路图可将实物图连接完整，如图所示．(2)本实验采用等效替代法，两次电流表G0示数相同，故两次回路总电阻相同，在其他元件不变的情况下，电阻箱的示数等于灵敏电流计G的内阻，故Rg＝200 Ω.答案：(1)图见解析(2)200[例3]　解析：(1)根据原理图从电源的正极出发，逐步连接实物如图所示．(2)电阻箱的读数为(10×8＋1×6＋0.1×3)Ω＝86.3 Ω.根据替代法的原理，电阻箱表示的阻值大小等于被测电流表的内阻，所以电流表A1的内阻为86.3 Ω.答案：(1)图见解析　(2)86.3　86.3[例4]　解析：(1)由题图可知，滑动变阻器乙的最大阻值较小，额定电流较大，实验电路选择分压式，所以为保证实验操作安全方便，滑动变阻器应选择乙．(2)由题图电路图可知，滑动变阻器采用分压接法，为保护电路，在闭合开关之前，将滑动变阻器R1的滑片移到最左端，使待测支路电流为零．(3)断开开关S2后认为分压电路分压不变，仍为1 V，电压表示数为0.5 V，说明电阻箱两端电压为0.5 V，电压表与电阻箱串联，它们两端电压相等，由串联电路特点可知，它们的阻值相等，则电压表内阻等于电阻箱阻值990 Ω.答案：(1)乙　(2)最左端　(3)990[例5]　解析：(1)本实验采用半偏法测定电流表内阻，为减小并联电阻箱对电流的影响，滑动变阻器应选择总阻值较大的．(2)闭合开关S2，调节电阻箱R0的阻值为100 Ω时，电流表示数减为原来的一半，说明电流表G的内阻等于电阻箱R0的阻值，为100 Ω.(3)由电压表改装原理得Ig(Rg＋R)＝U，代入数据解得R＝9 900 Ω.答案：(1)D　(2)100　(3)9 900内接法外接法电路误差分析电压表示数：UV＝UR＋UA＞UR电流表示数：IA＝IR　R测＝＞＝R真电压表示数：UV＝UR电流表示数：IA＝IR＋IV＞IR　R测＝＜＝R真误差来源电流表的分压作用电压表的分流作用适用情况测大电阻测小电阻