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全国版2022高考物理一轮复习专题九恒定电流1练习含解析
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这是一份全国版2022高考物理一轮复习专题九恒定电流1练习含解析，共30页。试卷主要包含了1×103 W B，6 A,内阻约0，0 Ω,R0+RA=25，0×10-3 A =4等内容，欢迎下载使用。
专题九 恒定电流
考点1 电路的分析与计算
高考帮·揭秘热点考向
1.[2020全国Ⅰ,17,6分]图(a)所示的电路中,K与L间接一智能电源,用以控制电容器C两端的电压UC.如果UC随时间t的变化如图(b)所示,则下列描述电阻R两端电压UR随时间t变化的图像中,正确的是( )
A B C D
2.[2020江苏,6,4分,多选]某汽车的电源与启动电机、车灯连接的简化电路如图所示.当汽车启动时,开关S闭合,电机工作,车灯突然变暗,此时 ( )
A.车灯的电流变小
B.路端电压变小
C.电路的总电流变小
D.电源的总功率变大
拓展变式
1.[2017浙江11月选考,12,3分]小明同学家里部分电器的消耗功率及每天工作时间如表所示,则这些电器一天消耗的电能约为 ( )
电器
消耗功率/W
工作时间/h
电茶壶
2 000
1
空调
1 200
3
电视机
100
2
节能灯
16
4
路由器
9
24
A.6.1×103 W B.6.1×103 J C.2.2×104 W D.2.2×107 J
2.如图所示,已知电源电动势E=5 V,内阻r=2 Ω,定值电阻R1=0.5 Ω,滑动变阻器R2的阻值范围为0~10 Ω.
(1)当滑动变阻器R2的阻值为多大时,电阻R1消耗的功率最大?最大功率是多少?
(2)当滑动变阻器的阻值为多大时,滑动变阻器消耗的功率最大?最大功率是多少?
(3)当滑动变阻器的阻值为多大时,电源的输出功率最大?最大功率是多少?
3.[2018江苏,8,4分,多选]如图所示,电源E对电容器C充电,当C两端电压达到80 V时,闪光灯瞬间导通并发光,C放电.放电后,闪光灯断开并熄灭,电源再次对C充电.这样不断地充电和放电,闪光灯就周期性地发光.该电路 ( )
A.充电时,通过R的电流不变
B.若R增大,则充电时间变长
C.若C增大,则闪光灯闪光一次通过的电荷量增大
D.若E减小为85 V,闪光灯闪光一次通过的电荷量不变
4.2020年12月19日,由嫦娥五号采集的重1 731克的月球样品正式交接.我国首次地外天体样品储存、分析和研究工作拉开序幕.嫦娥五号使用的太阳能电池帆板在有光照时,可以将光能转化为电能,太阳能电池帆板作为电源,其路端电压与干路电流的关系如图所示,则下列说法正确的是 ( )
A.该电池帆板的电动势为2.80 V
B.随着外电路电阻增大,其内阻逐渐增大
C.外电路阻值为1 kΩ时,电源输出功率约为3.2 W
D.外电路阻值为1 kΩ时,电源效率约为36%
考点2 实验:测定金属的电阻率
高考帮·揭秘热点考向
1.[2019天津,9(3),8分]现测定长金属丝的电阻率.
①某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示,其读数是 mm.
②利用下列器材设计一个电路,尽量准确地测量一段金属丝的电阻.这段金属丝的电阻Rx约为100 Ω,画出实验电路图,并标明器材代号.
电源E(电动势10 V,内阻约为10 Ω)
电流表A1(量程0~250 mA,内阻R1=5 Ω)
电流表A2(量程0~300 mA,内阻约为5 Ω)
滑动变阻器R(最大阻值10 Ω,额定电流2 A)
开关S及导线若干
③某同学设计方案正确,测量得到电流表A1的读数为I1,电流表A2的读数为I2,则这段金属丝电阻的计算式Rx= .从设计原理看,其测量值与真实值相比 (填“偏大”“偏小”或“相等”).
2.[2019江苏,11,10分]某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率.实验操作如下:
图甲
(1)螺旋测微器如图甲所示.在测量电阻丝直径时,先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间,再旋动 (选填“A”“B”或“C”),直到听见“喀喀”的声音,以保证压力适当,同时防止螺旋测微器的损坏.
(2)选择电阻丝的 (选填“同一”或“不同”)位置进行多次测量,取其平均值作为电阻丝的直径.
(3)如图乙所示,Rx为待测电阻丝.请用笔画线代替导线,将滑动变阻器接入图丙所示实物电路中的正确位置.
图乙 图丙
图丁
(4)为测量Rx,利用图乙所示的电路,调节滑动变阻器测得5组电压U1和电流I1的值,作出的U1-I1关系图线如图丁所示.接着,将电压表改接在a、b两端,测得5组电压U2和电流I2的值,数据见下表:
U2/V
0.50
1.02
1.54
2.05
2.55
I2/mA
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
请根据表中的数据,在方格纸上作出U2-I2图线.
(5)由此,可求得电阻丝的Rx= Ω.根据电阻定律可得到电阻丝的电阻率.
拓展变式
1.[2015海南,11,6分]某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度,测量结果如图(a)和(b)所示.该工件的直径为 cm,高度为 mm.
图(a) 图(b)
2.[2018天津,9(3),10分]某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为10 kΩ),除了Rx、开关S、导线外,还有下列器材供选用:
A.电压表(量程0~1 V,内阻约10 kΩ)
B.电压表(量程0~10 V,内阻约100 kΩ)
C.电流表(量程0~1 mA,内阻约30 Ω)
D.电流表(量程0~0.6 A,内阻约0.05 Ω)
E.电源(电动势1.5 V,额定电流0.5 A,内阻不计)
F.电源(电动势12 V,额定电流2 A,内阻不计)
G.滑动变阻器R0(阻值范围0~10 Ω,额定电流2 A)
(1)为使测量尽量准确,电压表选用 ,电流表选用 ,电源选用 .(均填器材的字母代号)
(2)画出测量Rx阻值的实验电路图.
(3)该同学选择器材、连接电路和操作均正确,从实验原理上看,待测电阻测量值会 其真实值(填“大于”“小于”或“等于”),原因是 .
3.[山东高考]实验室购买了一捆标称长度为100 m的铜导线,某同学想通过实验测定其实际长度.该同学首先测得导线横截面积为 1.0 mm2,查得铜的电阻率为1.7×10-8 Ω·m,再利用图甲所示电路测出铜导线的电阻Rx,从而确定导线的实际长度.
可供使用的器材有:
电流表:量程0.6 A,内阻约0.2 Ω;
电压表:量程3 V,内阻约9 kΩ;
滑动变阻器R1:最大阻值5 Ω;
滑动变阻器R2:最大阻值20 Ω;
定值电阻:R0=3 Ω;
电源:电动势6 V,内阻可不计;
开关、导线若干.
回答下列问题:
(1)实验中滑动变阻器应选 (填“R1”或“R2”),闭合开关S前应将滑片移至 端(填“a”或“b”).
(2)在图乙所示的实物图中,已正确连接了部分导线,请根据图甲电路完成剩余部分的连接.
图甲 图乙 图丙
(3)调节滑动变阻器,当电流表的读数为0.50 A时,电压表示数如图丙所示,读数为 V.
(4)导线实际长度为 m(保留2位有效数字).
4.[2018浙江下半年选考,18,5分]为了比较精确地测定阻值未知的定值电阻Rx,小明设计了如图1所示的电路.
(1)实验时,闭合开关S,滑动变阻器的滑片滑至合适位置保持不变,将c点先后与a、b点连接,发现电压表示数变化较大,电流表示数基本不变,则测量时应将c点接 (选填“a点”或“b点”),按此连接测量,测量结果 (选填“小于”“等于”或“大于”)Rx的真实值.
(2)根据实验测得的6组数据,在图2中描点,作出了2条图线.你认为正确的是 (选填“①”或“②”),并由图线求出电阻Rx= Ω.(保留2位有效数字)
图1
图2
5.[2020四川德阳高三诊断考试]测量电流表G1的内阻r1的电路如图甲所示.供选择的仪器如下:
A.待测电流表G1(0~1 mA,内阻约为200 Ω);
B.电流表G2(0~6 mA,内阻约为50 Ω);
C.定值电阻R1(300 Ω);
D.定值电阻R2(50 Ω);
E.滑动变阻器R3(0~500 Ω);
F.滑动变阻器R4(0~10 Ω);
G.干电池(1.5 V);
H.开关S及导线若干.
(1)定值电阻应选 ,滑动变阻器应选 .(均填器材前对应的字母序号)
(2)补全实验步骤:
①按电路图连接电路, ;
②闭合开关S,移动滑动触头至某一位置,记录G1、G2的读数I1、I2;
③多次移动滑动触头,记录相应的G1、G2的读数I1、I2;
④以I2为纵坐标,I1为横坐标,在图乙中作出相应图线.
(3)根据I2-I1图线的斜率k及定值电阻,写出待测电流表内阻的表达式: (用题中所给字母表示).
6.[2016海南,12,9分]某同学改装和校准电压表的电路图如图所示,图中虚线框内是电压表的改装电路.
(1)已知表头G满偏电流为100 μA,表头上标记的内阻值为900 Ω.R1、R2和R3是定值电阻.利用R1和表头构成1 mA的电流表,然后再将其改装为两个量程的电压表.若使用a、b两个接线柱,电压表的量程为1 V;若使用a、c两个接线柱,电压表的量程为3 V,则根据题给条件,定值电阻的阻值应选R1= Ω,R2= Ω,R3= Ω.
(2)用量程为3 V,内阻为2 500 Ω的标准电压表对改装表3 V挡的不同刻度进行校准.所用电池的电动势E为5 V;滑动变阻器R有两种规格,最大阻值分别为50 Ω和5 kΩ.为方便实验中调节电压,图中R应选用最大阻值为 Ω的滑动变阻器.
(3)校准时,在闭合开关S前,滑动变阻器的滑动端P应靠近 (填“M”或“N”)端.
(4)若由于表头G上标记的内阻值不准,造成改装后电压表的读数比标准电压表的读数偏小,则表头G内阻的真实值 (填“大于”或“小于”)900 Ω.
7.[2016全国Ⅱ,23,9分]某同学利用图(a)所示电路测量量程为2.5 V的电压表的内阻(内阻为数千欧姆),可供选择的器材有:电阻箱R(最大阻值99 999.9 Ω),滑动变阻器R1(最大阻值50 Ω),滑动变阻器R2(最大阻值5 kΩ),直流电源E(电动势3 V),开关1个,导线若干.
实验步骤如下:
①按电路原理图(a)连接线路;
②将电阻箱阻值调节为0,将滑动变阻器的滑片移到与图(a)中最左端所对应的位置,闭合开关S;
③调节滑动变阻器,使电压表满偏;
④保持滑动变阻器滑片的位置不变,调节电阻箱阻值,使电压表的示数为2.00 V,记下电阻箱的阻值.
回答下列问题:
(1)实验中选择滑动变阻器 (填“R1”或“R2”).
(2)根据图(a)所示电路将图(b)中实物图连线.
图(b)
(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0 Ω,若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变.计算可得电压表的内阻为 Ω(结果保留到个位).
(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的,可推断该表头的满刻度电流为 (填正确答案标号).
A.100 μA B.250 μA C.500 μA D.1 mA
考点3 实验:描绘小电珠的伏安特性曲线
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[2020江苏,10,8分]某同学描绘一种电子元件的I-U关系图像,采用的实验电路图如图甲所示,为电压表,为电流表,E为电源(电动势约6 V),R为滑动变阻器(最大阻值20 Ω),R0为定值电阻,S为开关.
(1)请用笔画线代替导线,将图乙所示的实物电路连接完整.
图甲 图乙
(2)调节滑动变阻器,记录电压表和电流表的示数如下表:
电压U/V
0.000
0.250
0.500
0.650
0.700
0.725
0.750
电流I/mA
0.00
0.10
0.25
0.60
1.70
4.30
7.50
图丙
请根据表中的数据,在方格纸上作出该元件的I-U图线.
(3)根据作出的I-U图线可知,该元件是 (选填“线性”或“非线性”)元件.
(4)在上述测量中,如果用导线代替电路中的定值电阻R0,会导致的两个后果是 .
A.电压和电流的测量误差增大
B.可能因电流过大烧坏待测元件
C.滑动变阻器允许的调节范围变小
D.待测元件两端电压的可调节范围变小
拓展变式
1.[2020全国Ⅱ,23,10分]某同学要研究一小灯泡L(3.6 V,0.30 A)的伏安特性.所用器材有:电流表A1(量程200 mA,内阻Rg1=10.0 Ω)、电流表A2(量程500 mA,内阻Rg2=1.0 Ω)、定值电阻R0(阻值R0=10.0 Ω)、滑动变阻器R1(最大阻值10 Ω)、电源E(电动势4.5 V,内阻很小)、开关S和若干导线.该同学设计的电路如图(a)所示.
(1)根据图(a),在图(b)的实物图中画出连线.
(2)若I1、I2分别为流过电流表A1和A2的电流,利用I1、I2、Rg1和R0写出:小灯泡两端的电压U= ,流过小灯泡的电流I= .为保证小灯泡的安全,I1不能超过 mA.
(3)实验时,调节滑动变阻器,使开关闭合后两电流表的示数为零.逐次改变滑动变阻器滑片位置并读取相应的I1和I2.所得实验数据在下表中给出.
I1/mA
32
55
85
125
144
173
I2/mA
171
229
299
379
424
470
根据实验数据可算得,当I1=173 mA时,灯丝电阻R= Ω(保留1位小数).
(4)如果用另一个电阻替代定值电阻R0,其他不变,为了能够测量完整的伏安特性曲线,所用电阻的阻值不能小于 Ω(保留1位小数).
2.[2021浙江绍兴诊断性测试](1)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中:
(i)为完成实验,在图甲提供的实验器材中,除了①②⑥⑨以外,还需要 (填图中序号),共需要 根导线;
图甲 图乙
(ii)小灯泡的规格是“2.5 V,0.75 W”,某次测量时电流表和电压表的示数如图乙所示,则电流I= A,电压U= V.
(2)在学习了伏安法测电阻后,小明用电流表内接法和外接法分别测量了同一个定值电阻的电流、电压,并将得到的数据描绘到U-I图上,如图丙所示.
图丙
(i)其中“×”组数据对应滑动变阻器的 (填“分压”或“限流”)接法;
(ii)在图中,由电流表外接法得到的数据点是用 (填“·”或“×”)表示的.
考点4 实验:测定电源电动势和内阻
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1.[2020天津,9(2),6分]某实验小组选用以下器材测定电池组的电动势和内阻,要求测量结果尽量准确.
电压表(量程0~3 V,内阻约为3 kΩ)
电流表(量程0~0.6 A,内阻约为1 Ω)
滑动变阻器(0~20 Ω,额定电流1 A)
待测电池组(电动势约为3 V,内阻约为1 Ω)
开关、导线若干
①该小组连接的实物电路如图甲所示,经仔细检查,发现电路中有一条导线连接不当,这条导线对应的编号是 .
图甲 图乙
②改正这条导线的连接后开始实验,闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应置于滑动变阻器的 端(填“a”或者“b”).
③实验中发现调节滑动变阻器时,电流表读数变化明显但电压表读数变化不明显.为了解决这个问题,在电池组负极和开关之间串联一个阻值为5 Ω的电阻,之后该小组得到了几组电压表读数U和对应的电流表读数I,并作出U-I图像,如图乙所示.根据图像可知,电池组的电动势为 V,内阻为 Ω.(结果均保留两位有效数字)
2.[2020北京,16,9分]用图1所示的甲、乙两种方法测量某电源的电动势和内电阻(约为1 Ω).其中R为电阻箱,电流表的内电阻约为0.1 Ω,电压表的内电阻约为3 kΩ.
(1)利用图1中甲图实验电路测电源的电动势E和内电阻r,所测量的实际是图2中虚线框所示“等效电源”的电动势E'和内电阻r'.若电流表内电阻用RA表示,请你用E、r和RA表示出E'、r',并简要说明理由.
(2)某同学利用图像分析甲、乙两种方法中
图3
由电表内电阻引起的实验误差.在图3中,实线是根据实验数据(甲:U=IR,乙:I=)描点作图得到的U-I图像;虚线是该电源的路端电压U随电流I变化的U-I图像(没有电表内电阻影响的理想情况).在图3中,对应甲电路分析的U-I图像是: ;对应乙电路分析的U-I图像是: .
(3)综合上述分析,为了减小由电表内电阻引起的实验误差,本实验应选择图1中的 (填“甲”或“乙”).
拓展变式
1.[2020浙江7月选考,18,7分]某同学分别用图1甲和图1乙的电路测量同一节干电池的电动势和内阻.
(1)请在虚线框中画出图1乙的电路图;
甲 乙
图1
(2)某次测量时电流表和电压表的示数如图2所示,则电流I= A,电压U= V;
(3)实验得到如图3所示的两条直线,图中直线Ⅰ对应电路是图1 (选填“甲”或“乙”);
(4)该电池的电动势E= V(保留三位有效数字),内阻r= Ω(保留两位有效数字).
图2
图3
2.某同学要用电阻箱和电压表测量某水果电池组的电动势和内阻,考虑到水果电池组的内阻较大,为了提高实验的精度,需要测量电压表的内阻.实验室中恰好有一块零刻度在表盘中央的双向电压表,该同学便充分利用该电压表,设计了如图甲所示的实验电路图,既能实现对该电压表内阻的测量,又能利用该电压表完成对水果电池组电动势和内阻的测量.该同学用到的实验器材有:待测水果电池组(电动势约4 V、内阻约50 Ω),双向电压表(量程为0~2 V、内阻约为2 kΩ),电阻箱(阻值为0~9 999 Ω),滑动变阻器(阻值为0~200 Ω),一个单刀双掷开关及若干导线.
(1)该同学按图甲所示电路图连接好电路后,首先测量了电压表内阻.请完善测量电压表内阻的实验步骤.
①将R1的滑动触片滑至最左端,将开关S拨向1位置,将电阻箱阻值调为零;
②调节R1的滑动触片,使电压表示数达到满偏电压Umax;
③保持R1的滑动触片位置不变,调节R2,使电压表的示数达到,读出电阻箱的阻值,记为R0,则电压表的内阻RV= .
(2)若测得电压表内阻为2 kΩ,可分析此测量值 (填“大于”“等于”或“小于”)真实值.
(3)接下来测量水果电池组的电动势和内阻,实验步骤如下:
①将电阻箱阻值调至最大,将开关S拨至 (填“1”或“2”)位置,将R1的滑动触片移到最 (填“左”或“右”)端,不再移动;
②调节电阻箱的阻值,使电压表的示数达到一合适值,记录电压表的示数U和电阻箱的阻值R;
③重复步骤②,记录多组电压表的示数和对应的电阻箱的阻值.
(4)根据(3)中记录的数据,作出-图像,如图乙所示,图像的纵截距为b,斜率为k,则水果电池组的电动势为 ,内阻为 .
3.[2018海南,12,12分]某同学利用图(a)中的电路测量电流表的内阻RA(约为5 Ω)和直流电源的电动势E (约为10 V). 图中R1和R2为电阻箱,S1和S2为开关.已知电流表的量程为100 mA,直流电源的内阻为r.
(1)断开S2,闭合S1,调节R1的阻值,使满偏;保持R1的阻值不变,闭合S2,调节R2,当R2的阻值为4.8 Ω时的示数为48.0 mA.忽略S2闭合后电路中总电阻的变化,经计算得RA= Ω;(保留2位有效数字)
(2)保持S1闭合,断开S2,多次改变R1的阻值,并记录电流表的相应示数.若某次R1的示数如图(b)所示,则此次R1的阻值为 Ω;
图(a) 图(b) 图(c)
(3)利用记录的R1的阻值和相应的电流表示数I,作出I-1-R1图线,如图(c)所示.用电源的电动势E、内阻r和电流表内阻RA表示I-1随R1变化的关系式为I-1= . 利用图(c)可求得E= V. (保留2位有效数字)
4.某实验小组设计了如图甲所示的电路来测量蓄电池的电源电动势和内电阻.
U2/V
5.0
4.5
4.0
3.2
3.0
2.5
2.0
U1/V
0.66
1.00
1.33
1.80
2.00
2.32
2.68
(1)定值电阻R1=20 Ω,连接好电路,闭合开关S,改变滑动变阻器滑片位置,发现电压表V1有读数,电压表V2始终无读数,经检查发现电路中存在断路故障,则该故障可能在 (选填“ab”、“bc”或“cd”)两点间.(已知连接电表的导线都是正常的)
(2)排除故障后,闭合开关S,调节滑动变阻器的阻值,记录多组电压表的示数U1、U2,如上表所示,请根据表中数据在图乙中作出U2-U1图像.
(3)由U2-U1图像可知,电源电动势E= V,内阻r= Ω.(结果均保留两位有效数字)
(4)为减小系统误差,R1可以选择比上述 (填“较大”、“较小”)一些的阻值.
考点5 实验:练习使用多用电表
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[2017全国Ⅲ,23,9分]图(a)为某同学组装完成的简易多用电表的电路图.图中E是电池;R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻,R6是可变电阻;表头○G的满偏电流为250 μA,内阻为480 Ω.虚线方框内为换挡开关,A端和B端分别与两表笔相连.该多用电表有5个挡位,5个挡位为:直流电压1 V挡和5 V 挡,直流电流1 mA挡和2.5 mA挡,欧姆×100挡.
图(a) 图(b)
(1)图(a)中的A端与 (填“红”或“黑”)色表笔相连接.
(2)关于R6的使用,下列说法正确的是 (填正确答案标号).
A.在使用多用电表之前,调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置
B.使用欧姆挡时,先将两表笔短接,调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置
C.使用电流挡时,调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置
(3)根据题给条件可得R1+R2= Ω,R4= Ω.
(4)某次测量时该多用电表指针位置如图(b)所示.若此时B端是与“1”相连的,则多用电表读数为 ;若此时B端是与“3”相连的,则读数为 ;若此时B端是与“5”相连的,则读数为 .(结果均保留3位有效数字)
拓展变式
1.在“练习使用多用电表”的实验中:
(1)如图甲为一正在测量中的多用电表表盘.甲同学利用多用电表的直流50 mA挡测量电流,则读数为 mA.
(2)乙同学利用多用电表测量某一只电阻时,他用电阻“×100”挡测量时发现指针偏转角度过小,为了得到比较准确的测量结果,请从下列选项中挑出合理的步骤,操作顺序为 (填写选项前的字母).
A.将选择开关旋转到电阻挡“×1 k”的位置
B.将选择开关旋转到电阻挡“×10 ”的位置
C.将两表笔分别与被测电阻的两根引线相接完成测量
D.将两表笔短接,调节欧姆调零旋钮使指针指向“0 Ω”
(3)丙同学想设计一个实验,测量多用电表“×1 Ω” 挡的内部总电阻和内部电源的电动势.指针式多用电表欧姆挡的内部电路是由直流电源、调零电阻和表头相串联而成.给定的器材有:待测多用电表,量程为100 mA的电流表,最大电阻为20 Ω的滑动变阻器,鳄鱼夹,开关,导线若干. 实验过程如下.
①实验前将多用电表调至“×1 Ω”挡,将红、黑表笔短接,调节旋钮,使指针指向电阻的零刻度.
②用鳄鱼夹将红、黑表笔固定在图乙的两接线柱上,请用笔画线代替导线将图乙电路连接完整.
③调节滑动变阻器,读出多用电表示数 R、毫安表示数 I,求出电流倒数,记录在下面的表格中,请根据表格数据在图丙的坐标系中描点作图.
R/Ω
4
7
10
14
18
20
I/10-3 A
8.0
67.0
60.0
52.0
45.0
43.0
/A-1
12.8
14.9
16.7
19.2
22.2
23.2
④请通过图线求出多用电表内部电源的电动势为 V,内部总电阻为 Ω.(结果保留三位有效数字)
⑤电流表存在一定的内阻,这对实验结果 (填“有影响”或“无影响”).
2.某兴趣小组自制了一个多量程的欧姆表,其电路图如图甲所示.其中电池的电动势E=1.5 V,内阻可忽略不计;表头G的量程Ig=60 μA,内阻Rg=2 kΩ,表头的表盘如图乙所示.
(1)①开关S1拨至“×1 k”挡,将滑动变阻器R0滑片调到最左端.
②将红、黑表笔短接,此时表头的读数如图乙所示,该读数为 μA.由此可知,滑动变阻器R0的最大阻值为 kΩ(结果保留2位有效数字).
③调节滑动变阻器R0的滑片位置,使电表指针满偏.
④将被测电阻Rx接在红、黑表笔之间,此时电表指针指向20 μA处,则该被测电阻的阻值为 kΩ(结果保留2位有效数字).
⑤根据上述原理,将表头的电流刻度改成与之相对的电阻值刻度,即做成一个欧姆表.
(2)图中R3的阻值为 kΩ(结果保留3位有效数字).
(3)电池使用一段时间后电动势E减小为1.44 V,改装后的欧姆表仍可以调零.若某次测量结果的读数为50 kΩ,则该被测电阻的真实阻值是 kΩ;若测量结果的读数为25 Ω,则该被测电阻的真实阻值是 Ω.(结果均保留2位有效数字)
3.如图所示,已知黑箱外有A、B、C三个接线柱,黑箱内有一个定值电阻和一个二极管,它们的两端都直接接在接线柱上.用多用电表依次测三个接线柱间的阻值,结果如下表所示.请判定黑箱内的结构.
红表笔
A
A
B
C
C
B
黑表笔
B
C
C
B
A
A
阻值/Ω
100
150
50
2 000
2 100
100
答 案
专题九 恒定电流
考点1 电路的分析与计算
1.A 由题图(b)可知,在0~1 s时间内,电容器两极板之间电压为零,说明电容器没有充放电,电路中没有电流,根据欧姆定律可知电阻R两端电压为零;在1~2 s时间内,电容器两极板之间电压均匀增大,根据I1==C,可知电路中有恒定电流对电容器充电,则电阻R两端电压也恒定且为=I1R;在2~3 s时间内,电容器两极板之间电压恒定且不为零,说明电容器带电荷量不变,电路中没有电流,电阻R两端电压为零;在3~5 s时间内,由I2=,Δt2=2Δt1,Δ=I2R可知,Δ=2Δ,又电容器充放电时电流反向,综合分析选项A正确.
2.ABD 开关S闭合,电机工作,外电路的总电阻减小,由闭合电路欧姆定律可知总电流增大,电源的内阻分压增大,路端电压减小,则车灯两端的电压减小,流过车灯的电流减小,A、B正确,C错误;由P=EI可知,由于电路的总电流增大,则电源的总功率增大,D正确.
1.D 根据公式W=Pt及表可知,这些电器一天消耗的电能为W=2 kW·1 h+1.2 kW·3 h+0.1 kW·2 h+0.016 kW·4 h+0.009 kW·24 h=6.08 kW·h,又知1 kW·h=3.6×106 J,可得W≈2.2×107 J,选项D正确.
2.(1)R2=0时,电阻R1消耗的功率最大,最大功率是2 W.
(2)R2=2.5 Ω时,滑动变阻器消耗的功率最大,最大功率是2.5 W.
(3)R2=1.5 Ω时,电源的输出功率最大,最大功率是3.125 W.
解析:(1)定值电阻R1消耗的电功率为P1=I2R1=,可见当滑动变阻器的阻值R2=0时,R1消耗的功率最大,最大功率为P1 max==2 W.
(2)将定值电阻R1看作电源内阻的一部分,则电源的等效内阻r'=R1+r=2.5 Ω,故当滑动变阻器的阻值R2=r'=2.5 Ω时,滑动变阻器消耗的功率最大,最大功率为P2 max==2.5 W.
(3)由电源的输出功率与外电阻的关系可知,当R1+R2=r,即R2=r-R1=(2-0.5) Ω=1.5 Ω时,电源有最大输出功率,最大功率为P出max==3.125 W.
3.BCD 充电时,通过R的电流逐渐减小,选项A错误;若R增大,充电的最大电流减小,电容器充电时间变长,选项B正确;若C增大,电容器充满电后所带的电荷量增多,则闪光灯闪光一次通过的电荷量增大,选项C正确;若E减小为85 V,此时E仍大于闪光灯导通所需要的电压,所以电容器充满电后电压仍然等于闪光灯导通所需要的电压,所以闪光灯闪光一次通过的电荷量不变,选项D正确.
4.A 在电源的路端电压与干路电流的关系图像中,图线与纵轴的交点表示电动势,所以由题图可知该电池帆板的电动势为2.80 V,A正确.由闭合电路欧姆定律E=U+Ir可知内阻r=,取外电路电阻R1>R2,两电阻的U-I图线与原图线(如图甲所示)分别交于P1、P2,则r1=为E与P1连线的斜率,r2=为E与P2连线的斜率,由分析可知r1
考点2 实验:测定金属的电阻率
1.①0.200(0.196~0.204均可) ②如图所示
③ 相等
解析:①由螺旋测微器的读数规则可知,该金属丝的直径应为0 mm+20.0×0.01 mm=0.200 mm.②对提供的实验器材分析可知,由于滑动变阻器的总电阻比待测电阻的阻值小得多,因此滑动变阻器应采用分压接法,由于没有提供电压表,因此可以用内阻已知的电流表充当电压表,即将A1作为电压表,由于A1的内阻已知,因此A2应采用外接法.③由电路图可知,Rx=,由于A1的内阻已知,因此该实验不存在系统误差,因此测量值与真实值相等.
2.(1)C (2)不同 (3)如图1所示 (4)如图2所示 (5)23.5(23.0~24.0都算对)
图1 图2
解析:(1)A起固定作用,便于读数;B为粗调,调节B使电阻丝与测微螺杆、测砧刚好接触;然后调节C,C起微调作用.(2)电阻丝阻值R=ρ,S为这段电阻丝的横截面积,而不是某位置处的横截面积,故应在不同位置进行多次测量,取平均值作为电阻丝的直径以减小误差.(4)把U2和I2的数据在方格纸中描点连线,如图2所示.(5)结合题图丁中图线的斜率可知R0+Rx+RA=49.0 Ω,R0+RA=25.5 Ω,解得Rx=23.5 Ω.
1.1.220 6.860
解析:题图(a)为20分度的游标卡尺,其精度为0.05 mm.主尺读数为12 mm,游标尺上第4条刻度线与主尺上的一条刻度线对齐,故测量结果为12 mm+4×0.05mm=12.20 mm=1.220 cm.螺旋测微器的精度为0.01 mm,由题图(b)知固定刻度读数为6.5 mm,可动刻度读数为36.0×0.01 mm,故工件的高度为6.5 mm+36.0×0.01 mm=6.860 mm.
2.(1)B C F (2)如图所示 (3)大于 电压表的读数大于待测电阻两端实际电压
解析:(1)若选用电动势为1.5 V的电源,则实验中电流最大值仅为0.15 mA,两个电流表均无法准确测量,故选用电动势为12 V的电源F;此时,实验中最大电流约为1.2 mA,故电流表选用C;电压表选用B.(2)由于滑动变阻器的最大阻值远小于待测电阻的阻值,所以滑动变阻器采用分压式接法;待测电阻的阻值远大于电流表内阻,所以电流表内接,根据题意画出如图所示电路图.(3)由于电流表的分压作用,电阻测量值偏大,所以电阻测量值大于其真实值.
3.(1)R2 a (2)如图所示 (3)2.30(2.29~2.31均正确) (4)94(93、95均正确)
解析:(1)根据电阻定律估算得铜导线的电阻大约为Rx=ρ=1.7 Ω,而R0+Rx=4.7 Ω,根据电路图,电压表的量程是3 V,电源的电动势为6 V,所以滑动变阻器连入电路的电阻最小为4.7 Ω,为了多测几组数据,以保证实验结果的准确性,滑动变阻器应选R2;滑动变阻器起到限流作用,开始时接入电路的阻值应最大,故滑片应移至a端.
(3)电压表最小刻度表示0.1 V,读数时应估读到下一位,所以读数为2.30 V.
(4)因为Rx=-R0=ρ,所以l=(-R0)=94 m.
4.(1)a点 小于 (2)② 7.5(7.3~7.7)
解析:(1)将c点先后与a、b点连接,发现电压表示数变化较大,说明电流表分压较大,即电流表内阻较大,则测量时应采用电流表外接法,将c点接a点.测量值实际为定值电阻Rx与电压表并联的等效电阻,所以测量结果小于真实值.(2)根据欧姆定律I=,可知图线过原点,所以正确的图线是②,由图线求出电阻Rx== Ω=7.5 Ω.
5.(1)D F (2)①将滑动变阻器滑动触头移至最左端 (3)r1=(k-1)R2
解析:(1)测量时应尽可能使两个电流表都能接近满偏,而待测电流表内阻约200 Ω,量程为1 mA,已知电流表G2量程为6 mA,因此定值电阻应分5 mA左右的电流,定值电阻应选D.为了调节方便,滑动变阻器应选阻值小的F.
(2)①为了保护电路仪器,闭合开关前,将滑动变阻器滑动触头移至最左端.
(3)根据欧姆定律r1=,由图像可知k=,联立可得r1=(k-1)R2.
6.(1)100 910 2 000 (2)50 (3)M (4)大于
解析:(1)R1与表头G构成1 mA的电流表,则IgRg=(I-Ig)R1,得R1=100 Ω;若使用a、b两个接线柱,电压表的量程为1 V,则R2==910 Ω;若使用a、c两个接线柱,电压表的量程为
3 V,则R3=-R2=2 000 Ω.
(2)电压表与改装电表并联之后,并联部分电阻小于2 500 Ω,对于分压式电路,要求滑动变阻器的最大阻值小于并联部分电阻,同时还要便于调节,故滑动变阻器选择阻值范围小的,即选择最大阻值为50 Ω的.
(3)在闭合开关S前,滑动变阻器的滑动端P应靠近M端,使并联部分分压为零,起到保护作用.
(4)改装后电压表的读数比标准电压表的读数偏小,说明通过表头G的电流偏小,可知改装电压表的实际电阻偏大,故表头G内阻的真实值大于900 Ω.
7.(1)R1 (2)连线如图所示 (3)2 520 (4)D
解析:(1)为了使电阻箱调节时,滑动变阻器分得的电压变化很小,分压电路中滑动变阻器的最大阻值越小越好,因此应选用R1.
(3)如果认为滑动变阻器分得的电压不变,则调节电阻箱后,电压表两端的电压为2.00 V,电阻箱两端的电压为0.5 V,根据串联电路的分压原理,=,求得电压表的内阻RV=4×
630.0 Ω=2 520 Ω.
(4)如果此电压表由一个表头与一个电阻串联组成,可知此表头的满偏电流为Ig=≈
1 mA,D项正确.
考点3 实验:描绘小电珠的伏安特性曲线
(1)如图1所示 (2)如图2所示 (3)非线性 (4)BC
图1 图2
解析:(1)根据电路原理图,按着电流的方向进行实物电路图的连线,如图1所示.
(2)由表格中的数据在题图丙上按着标度描出对应的各点,然后用平滑的曲线连接,使尽可能多的点位于曲线上,如图2所示.
(3)根据作出的I-U图线可知,待测元件为非线性元件.
(4)根据电路的原理图可知,若用导线代替电路中的定值电阻R0,在调节滑动变阻器滑片时所允许的调节范围会变小,此时若调节滑动变阻器滑片,稍有不慎就会使通过待测元件的电流过大,烧坏待测元件或电流表,B、C正确;电压测量值与待测元件两端电压一致,即测量值误差不变,A错误;去掉R0,导线不分电压,待测元件两端电压可调节范围变大,D错误.
1.(1)如图所示 (2)I1(Rg1+R0) I2-I1 180
(3)11.6 (4)8.0
解析:(2)根据串、并联知识可得小灯泡两端的电压U=I1(Rg1+R0),流过小灯泡的电流I=I2-I1,小灯泡的额定电压为U额=3.6 V,由U额=I1(Rg1+R0)可得I1=180 mA,即为了保证小灯泡的安全,I1不能超过180 mA.
(3)灯丝的电阻R==,当I1=173 mA时,I2=470 mA,解得R=11.6 Ω.
(4)小灯泡的额定电压为U额=3.6 V,由Ig1(Rg1+R)≥U额可得R≥8.0 Ω.
2.(1) ④⑦⑧ 8 0.20 1.52(1.51~1.53均可) (2)分压 ×
解析:(1) (i)本实验需要测量小灯泡的电压和电流,故需要电流表和电压表;同时本实验需要从零开始测量灯泡的电压和电流,滑动变阻器应采用分压式接法,为了调节方便,滑动变阻器应该选择总阻值较小的,故选④⑦⑧;电路图如图所示,则由电路图可知,需要8根导线;(ii)根据P=UI可知,灯泡的额定电流约为0.3 A,故电流表选用小量程,电流表示数为0.20 A;小灯泡的额定电压为2.5 V,故电压表选用小量程,电压表的示数为1.52 V.(2)(i) “×”组数据从零开始,对应滑动变阻器的分压式接法;(ii)若电流表采用内接法,则电流表示数为灯泡的实际电流,电压测量值包含了电流表的分压,电压值偏大,相同电流值,“×”数据的电压值较小,故电流表外接法得到的数据点是用 “×”表示的.
考点4 实验:测定电源电动势和内阻
1.①5 ②a ③2.9 0.80
解析:①应用伏安法测电源电动势和内阻,电压表应测量电源两端的电压,故导线5接滑动变阻器的一端应改接到电源的正极;②滑动变阻器起保护电路的作用,因此闭合开关前,应将其接入电路的电阻调为最大值,故滑片P应置于a端;③在电池组负极和开关间串联一个阻值为5 Ω的电阻,由闭合电路欧姆定律有U=E-I(r+R),所以U-I图线的纵截距表示电源电动势,E=2.9 V,图线斜率的绝对值表示电源内阻与定值电阻串联后的总电阻,所以电源内阻为r=(-5) Ω=0.80 Ω.
2.(1)E'=E r'=r+RA 说明见解析 (2)C A (3)乙
解析:(1)断路时,“等效电源”路端电压的数值E等于其电动势E',故E'=E.短路时,短路电流I==,故“等效电源”的内阻r'=r+RA.
(2)图1的甲电路中,由于电流表的分压作用,会造成系统误差,但当电流为零时,电流表内阻就没有影响,电压就没有误差,实线和虚线重合;当路端电压为零时,由于不计电流表内阻,故虚线对应电流较大,故C正确.图1的乙电路中,由于电压表的分流作用,会造成系统误差,但当电压为零时,电压表内阻就没有影响,电流就没有误差,实线和虚线重合;图乙电路等效电源的等效内阻为电压表内阻与电源内阻的并联值,稍小于电源内阻,故实线斜率的绝对值比虚线小,故A正确.
(3)图1中的甲电路,电源内阻的测量值r'=r+RA约1.1 Ω,真实值r约1 Ω,相对误差在10%左右;图1中的乙电路电压表内阻较大,分流较小可忽略,故乙电路的误差较小.
1.(1)电路图如图所示 (2)0.40(0.39~0.41均可) 1.30(1.29~1.31均可) (3)乙 (4)1.52(1.51~1.54均可) 0.53(0.52~0.54均可)
解析:(1)按照题图1乙电路画出电路图.
(2)由题图可知,电压表量程选择3 V,电流表量程选择0.6 A,根据电流表和电压表读数规则,电流I=0.40 A,电压U=1.30 V.
(3)题图1甲的电路将电流表与干电池串联,测量出来的干电池内阻实际为干电池内阻与电流表内阻之和,对应图线斜率的绝对值较大,所以题图3中直线Ⅱ对应为题图1甲电路,直线Ⅰ对应为题图1乙电路.
(4)根据实验图像与纵轴交点的纵坐标为电池电动势,可知该电池的电动势E=1.52 V,由题图3中直线Ⅰ斜率的绝对值可得电池内阻r=0.53 Ω.
2.(1)③ (2)大于 (3)①2 左 (4)
解析:(1)③根据半偏法测电阻的原理可知,滑动变阻器的滑动触片位置不变,电压表与电阻箱两端总电压不变,电压表示数变为时,根据串联电路分压可知,电阻箱的分压为Umax,电阻箱接入电路的阻值等于电压表内阻的2倍,因此电压表的内阻RV=.
(2)调节电阻箱阻值使电压表示数变为满偏电压的时,电路总电阻变大,电路总电流变小,滑动变阻器接在干路上的电阻与水果电池组内阻的分压总和变小,电阻箱与电压表两端总电压变大,当电压表示数变为满偏电压的时,电阻箱两端电压大于电压表满偏电压的,实际上电压表内阻小于,因此电压表内阻的测量值大于真实值.
(3)测水果电池组的电动势与内阻时,应使电阻箱只与电压表并联,因此要将开关S拨至2位置,将R1的滑动触片移到最左端,不再移动.
(4)由题图甲所示电路图及(3)中的实验步骤可知,在闭合电路中,水果电池组的电动势E=U+(+)r,则=(1+)+·,题图乙所示图像纵截距b=(1+),斜率k=,又RV=,则电动势E=,内阻r=.
3. (1)5.2 (2)148.2 (3) + 9.1(8.9~9.4均可)
解析:(1)忽略S2闭合后电路中总电阻的变化,即认为电路中电流不变,由欧姆定律有RA×48.0×10-3 A =4.8 Ω×(100-48.0)×10-3 A,解得RA=5.2 Ω.
(2)根据电阻箱读数规则,此次R1的阻值为R1=1×100 Ω+4×10 Ω+8×1 Ω+2×0.1 Ω=148.2 Ω.
(3)由闭合电路欧姆定律得E=I(r+RA+ R1),变化为I-1=R1+,对照题图(c)所示的图线可知,当R1=100 Ω时,I-1=12 A-1,代入I-1=R1+,得12 A-1=100 Ω× +;当R1=196 Ω时,I-1=22.5 A-1,代入I-1=R1+,得22.5 A-1=196 Ω× +,联立解得E=9.1 V.
4. (1)bc (2)如图所示 (3)6.0 10 (4)较小
解析:(1)连接电表的导线都是正常的,若发生断路的是ab,则两电压表示数均为零;若发生断路的是cd,则电压表V2有读数,电压表V1无读数;若发生断路的是bc,电压表V1有读数,电压表V2无读数,故发生断路的是bc.
(2)根据表中数据利用描点法可得出对应的图像如图所示.
(3)根据电路图由闭合电路欧姆定律可知E=U1+U2+r,整理可得U2=E-U1,由图可知,图像与纵轴的截距表示电动势,则E=6.0 V,故图像的斜率k==,解得r=10 Ω.
(4)本实验中由于电压表V1的分流作用而使测量电流偏小,从而出现误差.为减小系统误差,R1可以选择比上述较小一些的阻值.
考点5 实验:练习使用多用电表
(1)黑 (2)B (3)160 880 (4)1.47 mA 1.10×103 Ω 2.95 V
解析:(1)A端与电池正极相连,电流从A端流出,A端与黑表笔相连.(2)使用多用电表前,应机械调零,即应调整“指针定位螺丝”,使指针指在表盘左端电流“0”位置,与R6无关,选项A错误;使用欧姆挡时,需要红、黑表笔短接,使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置,选项B正确;使用电流挡时,B端与“1”或“2”相连,与R6无关,选项C错误.(3)B端与“1”“2”相连时,该多用电表挡位分别为直流2.5 mA挡、直流1 mA挡,如图1所示,由电表的改装原理可知,B端与“2”相连时,有I2=IG+,解得R1+R2=160 Ω;B端与“4”相连时,如图2所示,多用电表为直流电压1 V挡,表头并联部分电阻R0=,R4=-R0=880 Ω.
(4)B端与“1”相连时,电表读数为1.47 mA;B端与“3”相连时,多用电表为欧姆“×100”挡,读数为11.0×100 Ω=1.10×103 Ω;B端与“5”相连时,多用电表为直流电压5 V挡,读数为×5 V=2.95 V.
图1 图2
1.(1)20.0(19.8~20.0均可) (2)ADC(不可以改变顺序) (3)②见解析图1 ③见解析图2 ④1.54(1.45~1.55均可) 15.4(14.5~15.5均可) ⑤无影响
解析:(1)直流50 mA挡最小刻度是1 mA,估读一位,读数为20.0 mA.
(2)指针偏转角度过小,说明阻值较大,应改为大倍率挡,重新进行欧姆调零后,再进行测量.故操作顺序为ADC.
(3)②多用电表内部电源的正极与黑表笔接触;同时滑动变阻器采用限流接法;测量电路如图1所示.
③根据描点法可得出对应的图像如图2所示.
④根据闭合电路欧姆定律可知I=,变形可得R=-r,则由图可知,当电阻为零时,=10,故0=-r,图像的斜率表示电源的电动势,则E= V=1.54 V,多用电表内阻r=15.4 Ω.
⑤由于使用欧姆表直接读出的阻值中包含了电流表内阻,故电流表内阻对实验没有影响.
2.(1)②49 29 ④50 (2)2.78 (3)48 24
解析:(1)②将红、黑表笔短接,此时表头的读数为49 μA.由此可知,滑动变阻器R0的最大阻值为R0=-Rg=×10-3 kΩ-2 kΩ≈29 kΩ.
④当电表指针满偏时,有Ig=;当电表指针指向20 μA处时,有Ig=,解得Rx=50 kΩ.
(2)由以上计算可知,当电表指针指向20 μA处时,欧姆表内阻R内两端电压为UG=E=0.5 V,当S1拨至“×1 k”位置时,对应的待测电阻为50 kΩ,可知当S1拨至“×100”位置时,对应的待测电阻为Rx=50×100 Ω=5 kΩ,此时Rx两端电压为U=E-UG=1 V,则电流为Ix===0.2 mA,此时通过R3的电流为I3=Ix-IG=200 μA-20 μA=180 μA,则R3== Ω≈2.78 kΩ.
(3)当电池电动势为E=1.5 V时,调零后,有Ig=;当电池电动势为E'=1.44 V时,调零后,有Ig=;当测量某电阻R'x时,则I'==,联立可得=.当Rx测=50 kΩ时,代入解得Rx真=48 kΩ;当Rx测=25 Ω时,代入解得Rx真=24 Ω.
3.如图所示
解析:由表可知,两表笔分别接B、C和C、B时测量结果不同,故在B、C间一定有二极管存在.同理可知在A、C间也有二极管存在,并且A、C间的正向电阻大于B、C之间的正向电阻,故A、C间包含电阻.而两表笔分别接A、B和B、A时电阻不变,说明A、B间只有电阻,B、C间接二极管.两表笔接B、C时,C接黑表笔比B接黑表笔时阻值小,故C接二极管正极,所以黑箱内的结构如图所示.
专题九 恒定电流
考点1 电路的分析与计算
高考帮·揭秘热点考向
1.[2020全国Ⅰ,17,6分]图(a)所示的电路中,K与L间接一智能电源,用以控制电容器C两端的电压UC.如果UC随时间t的变化如图(b)所示,则下列描述电阻R两端电压UR随时间t变化的图像中,正确的是( )
A B C D
2.[2020江苏,6,4分,多选]某汽车的电源与启动电机、车灯连接的简化电路如图所示.当汽车启动时,开关S闭合,电机工作,车灯突然变暗,此时 ( )
A.车灯的电流变小
B.路端电压变小
C.电路的总电流变小
D.电源的总功率变大
拓展变式
1.[2017浙江11月选考,12,3分]小明同学家里部分电器的消耗功率及每天工作时间如表所示,则这些电器一天消耗的电能约为 ( )
电器
消耗功率/W
工作时间/h
电茶壶
2 000
1
空调
1 200
3
电视机
100
2
节能灯
16
4
路由器
9
24
A.6.1×103 W B.6.1×103 J C.2.2×104 W D.2.2×107 J
2.如图所示,已知电源电动势E=5 V,内阻r=2 Ω,定值电阻R1=0.5 Ω,滑动变阻器R2的阻值范围为0~10 Ω.
(1)当滑动变阻器R2的阻值为多大时,电阻R1消耗的功率最大?最大功率是多少?
(2)当滑动变阻器的阻值为多大时,滑动变阻器消耗的功率最大?最大功率是多少?
(3)当滑动变阻器的阻值为多大时,电源的输出功率最大?最大功率是多少?
3.[2018江苏,8,4分,多选]如图所示,电源E对电容器C充电,当C两端电压达到80 V时,闪光灯瞬间导通并发光,C放电.放电后,闪光灯断开并熄灭,电源再次对C充电.这样不断地充电和放电,闪光灯就周期性地发光.该电路 ( )
A.充电时,通过R的电流不变
B.若R增大,则充电时间变长
C.若C增大,则闪光灯闪光一次通过的电荷量增大
D.若E减小为85 V,闪光灯闪光一次通过的电荷量不变
4.2020年12月19日,由嫦娥五号采集的重1 731克的月球样品正式交接.我国首次地外天体样品储存、分析和研究工作拉开序幕.嫦娥五号使用的太阳能电池帆板在有光照时,可以将光能转化为电能,太阳能电池帆板作为电源,其路端电压与干路电流的关系如图所示,则下列说法正确的是 ( )
A.该电池帆板的电动势为2.80 V
B.随着外电路电阻增大,其内阻逐渐增大
C.外电路阻值为1 kΩ时,电源输出功率约为3.2 W
D.外电路阻值为1 kΩ时,电源效率约为36%
考点2 实验:测定金属的电阻率
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1.[2019天津,9(3),8分]现测定长金属丝的电阻率.
①某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示,其读数是 mm.
②利用下列器材设计一个电路,尽量准确地测量一段金属丝的电阻.这段金属丝的电阻Rx约为100 Ω,画出实验电路图,并标明器材代号.
电源E(电动势10 V,内阻约为10 Ω)
电流表A1(量程0~250 mA,内阻R1=5 Ω)
电流表A2(量程0~300 mA,内阻约为5 Ω)
滑动变阻器R(最大阻值10 Ω,额定电流2 A)
开关S及导线若干
③某同学设计方案正确,测量得到电流表A1的读数为I1,电流表A2的读数为I2,则这段金属丝电阻的计算式Rx= .从设计原理看,其测量值与真实值相比 (填“偏大”“偏小”或“相等”).
2.[2019江苏,11,10分]某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率.实验操作如下:
图甲
(1)螺旋测微器如图甲所示.在测量电阻丝直径时,先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间,再旋动 (选填“A”“B”或“C”),直到听见“喀喀”的声音,以保证压力适当,同时防止螺旋测微器的损坏.
(2)选择电阻丝的 (选填“同一”或“不同”)位置进行多次测量,取其平均值作为电阻丝的直径.
(3)如图乙所示,Rx为待测电阻丝.请用笔画线代替导线,将滑动变阻器接入图丙所示实物电路中的正确位置.
图乙 图丙
图丁
(4)为测量Rx,利用图乙所示的电路,调节滑动变阻器测得5组电压U1和电流I1的值,作出的U1-I1关系图线如图丁所示.接着,将电压表改接在a、b两端,测得5组电压U2和电流I2的值,数据见下表:
U2/V
0.50
1.02
1.54
2.05
2.55
I2/mA
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
请根据表中的数据,在方格纸上作出U2-I2图线.
(5)由此,可求得电阻丝的Rx= Ω.根据电阻定律可得到电阻丝的电阻率.
拓展变式
1.[2015海南,11,6分]某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度,测量结果如图(a)和(b)所示.该工件的直径为 cm,高度为 mm.
图(a) 图(b)
2.[2018天津,9(3),10分]某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为10 kΩ),除了Rx、开关S、导线外,还有下列器材供选用:
A.电压表(量程0~1 V,内阻约10 kΩ)
B.电压表(量程0~10 V,内阻约100 kΩ)
C.电流表(量程0~1 mA,内阻约30 Ω)
D.电流表(量程0~0.6 A,内阻约0.05 Ω)
E.电源(电动势1.5 V,额定电流0.5 A,内阻不计)
F.电源(电动势12 V,额定电流2 A,内阻不计)
G.滑动变阻器R0(阻值范围0~10 Ω,额定电流2 A)
(1)为使测量尽量准确,电压表选用 ,电流表选用 ,电源选用 .(均填器材的字母代号)
(2)画出测量Rx阻值的实验电路图.
(3)该同学选择器材、连接电路和操作均正确,从实验原理上看,待测电阻测量值会 其真实值(填“大于”“小于”或“等于”),原因是 .
3.[山东高考]实验室购买了一捆标称长度为100 m的铜导线,某同学想通过实验测定其实际长度.该同学首先测得导线横截面积为 1.0 mm2,查得铜的电阻率为1.7×10-8 Ω·m,再利用图甲所示电路测出铜导线的电阻Rx,从而确定导线的实际长度.
可供使用的器材有:
电流表:量程0.6 A,内阻约0.2 Ω;
电压表:量程3 V,内阻约9 kΩ;
滑动变阻器R1:最大阻值5 Ω;
滑动变阻器R2:最大阻值20 Ω;
定值电阻:R0=3 Ω;
电源:电动势6 V,内阻可不计;
开关、导线若干.
回答下列问题:
(1)实验中滑动变阻器应选 (填“R1”或“R2”),闭合开关S前应将滑片移至 端(填“a”或“b”).
(2)在图乙所示的实物图中,已正确连接了部分导线,请根据图甲电路完成剩余部分的连接.
图甲 图乙 图丙
(3)调节滑动变阻器,当电流表的读数为0.50 A时,电压表示数如图丙所示,读数为 V.
(4)导线实际长度为 m(保留2位有效数字).
4.[2018浙江下半年选考,18,5分]为了比较精确地测定阻值未知的定值电阻Rx,小明设计了如图1所示的电路.
(1)实验时,闭合开关S,滑动变阻器的滑片滑至合适位置保持不变,将c点先后与a、b点连接,发现电压表示数变化较大,电流表示数基本不变,则测量时应将c点接 (选填“a点”或“b点”),按此连接测量,测量结果 (选填“小于”“等于”或“大于”)Rx的真实值.
(2)根据实验测得的6组数据,在图2中描点,作出了2条图线.你认为正确的是 (选填“①”或“②”),并由图线求出电阻Rx= Ω.(保留2位有效数字)
图1
图2
5.[2020四川德阳高三诊断考试]测量电流表G1的内阻r1的电路如图甲所示.供选择的仪器如下:
A.待测电流表G1(0~1 mA,内阻约为200 Ω);
B.电流表G2(0~6 mA,内阻约为50 Ω);
C.定值电阻R1(300 Ω);
D.定值电阻R2(50 Ω);
E.滑动变阻器R3(0~500 Ω);
F.滑动变阻器R4(0~10 Ω);
G.干电池(1.5 V);
H.开关S及导线若干.
(1)定值电阻应选 ,滑动变阻器应选 .(均填器材前对应的字母序号)
(2)补全实验步骤:
①按电路图连接电路, ;
②闭合开关S,移动滑动触头至某一位置,记录G1、G2的读数I1、I2;
③多次移动滑动触头,记录相应的G1、G2的读数I1、I2;
④以I2为纵坐标,I1为横坐标,在图乙中作出相应图线.
(3)根据I2-I1图线的斜率k及定值电阻,写出待测电流表内阻的表达式: (用题中所给字母表示).
6.[2016海南,12,9分]某同学改装和校准电压表的电路图如图所示,图中虚线框内是电压表的改装电路.
(1)已知表头G满偏电流为100 μA,表头上标记的内阻值为900 Ω.R1、R2和R3是定值电阻.利用R1和表头构成1 mA的电流表,然后再将其改装为两个量程的电压表.若使用a、b两个接线柱,电压表的量程为1 V;若使用a、c两个接线柱,电压表的量程为3 V,则根据题给条件,定值电阻的阻值应选R1= Ω,R2= Ω,R3= Ω.
(2)用量程为3 V,内阻为2 500 Ω的标准电压表对改装表3 V挡的不同刻度进行校准.所用电池的电动势E为5 V;滑动变阻器R有两种规格,最大阻值分别为50 Ω和5 kΩ.为方便实验中调节电压,图中R应选用最大阻值为 Ω的滑动变阻器.
(3)校准时,在闭合开关S前,滑动变阻器的滑动端P应靠近 (填“M”或“N”)端.
(4)若由于表头G上标记的内阻值不准,造成改装后电压表的读数比标准电压表的读数偏小,则表头G内阻的真实值 (填“大于”或“小于”)900 Ω.
7.[2016全国Ⅱ,23,9分]某同学利用图(a)所示电路测量量程为2.5 V的电压表的内阻(内阻为数千欧姆),可供选择的器材有:电阻箱R(最大阻值99 999.9 Ω),滑动变阻器R1(最大阻值50 Ω),滑动变阻器R2(最大阻值5 kΩ),直流电源E(电动势3 V),开关1个,导线若干.
实验步骤如下:
①按电路原理图(a)连接线路;
②将电阻箱阻值调节为0,将滑动变阻器的滑片移到与图(a)中最左端所对应的位置,闭合开关S;
③调节滑动变阻器,使电压表满偏;
④保持滑动变阻器滑片的位置不变,调节电阻箱阻值,使电压表的示数为2.00 V,记下电阻箱的阻值.
回答下列问题:
(1)实验中选择滑动变阻器 (填“R1”或“R2”).
(2)根据图(a)所示电路将图(b)中实物图连线.
图(b)
(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0 Ω,若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变.计算可得电压表的内阻为 Ω(结果保留到个位).
(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的,可推断该表头的满刻度电流为 (填正确答案标号).
A.100 μA B.250 μA C.500 μA D.1 mA
考点3 实验:描绘小电珠的伏安特性曲线
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[2020江苏,10,8分]某同学描绘一种电子元件的I-U关系图像,采用的实验电路图如图甲所示,为电压表,为电流表,E为电源(电动势约6 V),R为滑动变阻器(最大阻值20 Ω),R0为定值电阻,S为开关.
(1)请用笔画线代替导线,将图乙所示的实物电路连接完整.
图甲 图乙
(2)调节滑动变阻器,记录电压表和电流表的示数如下表:
电压U/V
0.000
0.250
0.500
0.650
0.700
0.725
0.750
电流I/mA
0.00
0.10
0.25
0.60
1.70
4.30
7.50
图丙
请根据表中的数据,在方格纸上作出该元件的I-U图线.
(3)根据作出的I-U图线可知,该元件是 (选填“线性”或“非线性”)元件.
(4)在上述测量中,如果用导线代替电路中的定值电阻R0,会导致的两个后果是 .
A.电压和电流的测量误差增大
B.可能因电流过大烧坏待测元件
C.滑动变阻器允许的调节范围变小
D.待测元件两端电压的可调节范围变小
拓展变式
1.[2020全国Ⅱ,23,10分]某同学要研究一小灯泡L(3.6 V,0.30 A)的伏安特性.所用器材有:电流表A1(量程200 mA,内阻Rg1=10.0 Ω)、电流表A2(量程500 mA,内阻Rg2=1.0 Ω)、定值电阻R0(阻值R0=10.0 Ω)、滑动变阻器R1(最大阻值10 Ω)、电源E(电动势4.5 V,内阻很小)、开关S和若干导线.该同学设计的电路如图(a)所示.
(1)根据图(a),在图(b)的实物图中画出连线.
(2)若I1、I2分别为流过电流表A1和A2的电流,利用I1、I2、Rg1和R0写出:小灯泡两端的电压U= ,流过小灯泡的电流I= .为保证小灯泡的安全,I1不能超过 mA.
(3)实验时,调节滑动变阻器,使开关闭合后两电流表的示数为零.逐次改变滑动变阻器滑片位置并读取相应的I1和I2.所得实验数据在下表中给出.
I1/mA
32
55
85
125
144
173
I2/mA
171
229
299
379
424
470
根据实验数据可算得,当I1=173 mA时,灯丝电阻R= Ω(保留1位小数).
(4)如果用另一个电阻替代定值电阻R0,其他不变,为了能够测量完整的伏安特性曲线,所用电阻的阻值不能小于 Ω(保留1位小数).
2.[2021浙江绍兴诊断性测试](1)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中:
(i)为完成实验,在图甲提供的实验器材中,除了①②⑥⑨以外,还需要 (填图中序号),共需要 根导线;
图甲 图乙
(ii)小灯泡的规格是“2.5 V,0.75 W”,某次测量时电流表和电压表的示数如图乙所示,则电流I= A,电压U= V.
(2)在学习了伏安法测电阻后,小明用电流表内接法和外接法分别测量了同一个定值电阻的电流、电压,并将得到的数据描绘到U-I图上,如图丙所示.
图丙
(i)其中“×”组数据对应滑动变阻器的 (填“分压”或“限流”)接法;
(ii)在图中,由电流表外接法得到的数据点是用 (填“·”或“×”)表示的.
考点4 实验:测定电源电动势和内阻
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1.[2020天津,9(2),6分]某实验小组选用以下器材测定电池组的电动势和内阻,要求测量结果尽量准确.
电压表(量程0~3 V,内阻约为3 kΩ)
电流表(量程0~0.6 A,内阻约为1 Ω)
滑动变阻器(0~20 Ω,额定电流1 A)
待测电池组(电动势约为3 V,内阻约为1 Ω)
开关、导线若干
①该小组连接的实物电路如图甲所示,经仔细检查,发现电路中有一条导线连接不当,这条导线对应的编号是 .
图甲 图乙
②改正这条导线的连接后开始实验,闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应置于滑动变阻器的 端(填“a”或者“b”).
③实验中发现调节滑动变阻器时,电流表读数变化明显但电压表读数变化不明显.为了解决这个问题,在电池组负极和开关之间串联一个阻值为5 Ω的电阻,之后该小组得到了几组电压表读数U和对应的电流表读数I,并作出U-I图像,如图乙所示.根据图像可知,电池组的电动势为 V,内阻为 Ω.(结果均保留两位有效数字)
2.[2020北京,16,9分]用图1所示的甲、乙两种方法测量某电源的电动势和内电阻(约为1 Ω).其中R为电阻箱,电流表的内电阻约为0.1 Ω,电压表的内电阻约为3 kΩ.
(1)利用图1中甲图实验电路测电源的电动势E和内电阻r,所测量的实际是图2中虚线框所示“等效电源”的电动势E'和内电阻r'.若电流表内电阻用RA表示,请你用E、r和RA表示出E'、r',并简要说明理由.
(2)某同学利用图像分析甲、乙两种方法中
图3
由电表内电阻引起的实验误差.在图3中,实线是根据实验数据(甲:U=IR,乙:I=)描点作图得到的U-I图像;虚线是该电源的路端电压U随电流I变化的U-I图像(没有电表内电阻影响的理想情况).在图3中,对应甲电路分析的U-I图像是: ;对应乙电路分析的U-I图像是: .
(3)综合上述分析,为了减小由电表内电阻引起的实验误差,本实验应选择图1中的 (填“甲”或“乙”).
拓展变式
1.[2020浙江7月选考,18,7分]某同学分别用图1甲和图1乙的电路测量同一节干电池的电动势和内阻.
(1)请在虚线框中画出图1乙的电路图;
甲 乙
图1
(2)某次测量时电流表和电压表的示数如图2所示,则电流I= A,电压U= V;
(3)实验得到如图3所示的两条直线,图中直线Ⅰ对应电路是图1 (选填“甲”或“乙”);
(4)该电池的电动势E= V(保留三位有效数字),内阻r= Ω(保留两位有效数字).
图2
图3
2.某同学要用电阻箱和电压表测量某水果电池组的电动势和内阻,考虑到水果电池组的内阻较大,为了提高实验的精度,需要测量电压表的内阻.实验室中恰好有一块零刻度在表盘中央的双向电压表,该同学便充分利用该电压表,设计了如图甲所示的实验电路图,既能实现对该电压表内阻的测量,又能利用该电压表完成对水果电池组电动势和内阻的测量.该同学用到的实验器材有:待测水果电池组(电动势约4 V、内阻约50 Ω),双向电压表(量程为0~2 V、内阻约为2 kΩ),电阻箱(阻值为0~9 999 Ω),滑动变阻器(阻值为0~200 Ω),一个单刀双掷开关及若干导线.
(1)该同学按图甲所示电路图连接好电路后,首先测量了电压表内阻.请完善测量电压表内阻的实验步骤.
①将R1的滑动触片滑至最左端,将开关S拨向1位置,将电阻箱阻值调为零;
②调节R1的滑动触片,使电压表示数达到满偏电压Umax;
③保持R1的滑动触片位置不变,调节R2,使电压表的示数达到,读出电阻箱的阻值,记为R0,则电压表的内阻RV= .
(2)若测得电压表内阻为2 kΩ,可分析此测量值 (填“大于”“等于”或“小于”)真实值.
(3)接下来测量水果电池组的电动势和内阻,实验步骤如下:
①将电阻箱阻值调至最大,将开关S拨至 (填“1”或“2”)位置,将R1的滑动触片移到最 (填“左”或“右”)端,不再移动;
②调节电阻箱的阻值,使电压表的示数达到一合适值,记录电压表的示数U和电阻箱的阻值R;
③重复步骤②,记录多组电压表的示数和对应的电阻箱的阻值.
(4)根据(3)中记录的数据,作出-图像,如图乙所示,图像的纵截距为b,斜率为k,则水果电池组的电动势为 ,内阻为 .
3.[2018海南,12,12分]某同学利用图(a)中的电路测量电流表的内阻RA(约为5 Ω)和直流电源的电动势E (约为10 V). 图中R1和R2为电阻箱,S1和S2为开关.已知电流表的量程为100 mA,直流电源的内阻为r.
(1)断开S2,闭合S1,调节R1的阻值,使满偏;保持R1的阻值不变,闭合S2,调节R2,当R2的阻值为4.8 Ω时的示数为48.0 mA.忽略S2闭合后电路中总电阻的变化,经计算得RA= Ω;(保留2位有效数字)
(2)保持S1闭合,断开S2,多次改变R1的阻值,并记录电流表的相应示数.若某次R1的示数如图(b)所示,则此次R1的阻值为 Ω;
图(a) 图(b) 图(c)
(3)利用记录的R1的阻值和相应的电流表示数I,作出I-1-R1图线,如图(c)所示.用电源的电动势E、内阻r和电流表内阻RA表示I-1随R1变化的关系式为I-1= . 利用图(c)可求得E= V. (保留2位有效数字)
4.某实验小组设计了如图甲所示的电路来测量蓄电池的电源电动势和内电阻.
U2/V
5.0
4.5
4.0
3.2
3.0
2.5
2.0
U1/V
0.66
1.00
1.33
1.80
2.00
2.32
2.68
(1)定值电阻R1=20 Ω,连接好电路,闭合开关S,改变滑动变阻器滑片位置,发现电压表V1有读数,电压表V2始终无读数,经检查发现电路中存在断路故障,则该故障可能在 (选填“ab”、“bc”或“cd”)两点间.(已知连接电表的导线都是正常的)
(2)排除故障后,闭合开关S,调节滑动变阻器的阻值,记录多组电压表的示数U1、U2,如上表所示,请根据表中数据在图乙中作出U2-U1图像.
(3)由U2-U1图像可知,电源电动势E= V,内阻r= Ω.(结果均保留两位有效数字)
(4)为减小系统误差,R1可以选择比上述 (填“较大”、“较小”)一些的阻值.
考点5 实验:练习使用多用电表
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[2017全国Ⅲ,23,9分]图(a)为某同学组装完成的简易多用电表的电路图.图中E是电池;R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻,R6是可变电阻;表头○G的满偏电流为250 μA,内阻为480 Ω.虚线方框内为换挡开关,A端和B端分别与两表笔相连.该多用电表有5个挡位,5个挡位为:直流电压1 V挡和5 V 挡,直流电流1 mA挡和2.5 mA挡,欧姆×100挡.
图(a) 图(b)
(1)图(a)中的A端与 (填“红”或“黑”)色表笔相连接.
(2)关于R6的使用,下列说法正确的是 (填正确答案标号).
A.在使用多用电表之前,调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置
B.使用欧姆挡时,先将两表笔短接,调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置
C.使用电流挡时,调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置
(3)根据题给条件可得R1+R2= Ω,R4= Ω.
(4)某次测量时该多用电表指针位置如图(b)所示.若此时B端是与“1”相连的,则多用电表读数为 ;若此时B端是与“3”相连的,则读数为 ;若此时B端是与“5”相连的,则读数为 .(结果均保留3位有效数字)
拓展变式
1.在“练习使用多用电表”的实验中:
(1)如图甲为一正在测量中的多用电表表盘.甲同学利用多用电表的直流50 mA挡测量电流,则读数为 mA.
(2)乙同学利用多用电表测量某一只电阻时,他用电阻“×100”挡测量时发现指针偏转角度过小,为了得到比较准确的测量结果,请从下列选项中挑出合理的步骤,操作顺序为 (填写选项前的字母).
A.将选择开关旋转到电阻挡“×1 k”的位置
B.将选择开关旋转到电阻挡“×10 ”的位置
C.将两表笔分别与被测电阻的两根引线相接完成测量
D.将两表笔短接,调节欧姆调零旋钮使指针指向“0 Ω”
(3)丙同学想设计一个实验,测量多用电表“×1 Ω” 挡的内部总电阻和内部电源的电动势.指针式多用电表欧姆挡的内部电路是由直流电源、调零电阻和表头相串联而成.给定的器材有:待测多用电表,量程为100 mA的电流表,最大电阻为20 Ω的滑动变阻器,鳄鱼夹,开关,导线若干. 实验过程如下.
①实验前将多用电表调至“×1 Ω”挡,将红、黑表笔短接,调节旋钮,使指针指向电阻的零刻度.
②用鳄鱼夹将红、黑表笔固定在图乙的两接线柱上,请用笔画线代替导线将图乙电路连接完整.
③调节滑动变阻器,读出多用电表示数 R、毫安表示数 I,求出电流倒数,记录在下面的表格中,请根据表格数据在图丙的坐标系中描点作图.
R/Ω
4
7
10
14
18
20
I/10-3 A
8.0
67.0
60.0
52.0
45.0
43.0
/A-1
12.8
14.9
16.7
19.2
22.2
23.2
④请通过图线求出多用电表内部电源的电动势为 V,内部总电阻为 Ω.(结果保留三位有效数字)
⑤电流表存在一定的内阻,这对实验结果 (填“有影响”或“无影响”).
2.某兴趣小组自制了一个多量程的欧姆表,其电路图如图甲所示.其中电池的电动势E=1.5 V,内阻可忽略不计;表头G的量程Ig=60 μA,内阻Rg=2 kΩ,表头的表盘如图乙所示.
(1)①开关S1拨至“×1 k”挡,将滑动变阻器R0滑片调到最左端.
②将红、黑表笔短接,此时表头的读数如图乙所示,该读数为 μA.由此可知,滑动变阻器R0的最大阻值为 kΩ(结果保留2位有效数字).
③调节滑动变阻器R0的滑片位置,使电表指针满偏.
④将被测电阻Rx接在红、黑表笔之间,此时电表指针指向20 μA处,则该被测电阻的阻值为 kΩ(结果保留2位有效数字).
⑤根据上述原理,将表头的电流刻度改成与之相对的电阻值刻度,即做成一个欧姆表.
(2)图中R3的阻值为 kΩ(结果保留3位有效数字).
(3)电池使用一段时间后电动势E减小为1.44 V,改装后的欧姆表仍可以调零.若某次测量结果的读数为50 kΩ,则该被测电阻的真实阻值是 kΩ;若测量结果的读数为25 Ω,则该被测电阻的真实阻值是 Ω.(结果均保留2位有效数字)
3.如图所示,已知黑箱外有A、B、C三个接线柱,黑箱内有一个定值电阻和一个二极管,它们的两端都直接接在接线柱上.用多用电表依次测三个接线柱间的阻值,结果如下表所示.请判定黑箱内的结构.
红表笔
A
A
B
C
C
B
黑表笔
B
C
C
B
A
A
阻值/Ω
100
150
50
2 000
2 100
100
答 案
专题九 恒定电流
考点1 电路的分析与计算
1.A 由题图(b)可知,在0~1 s时间内,电容器两极板之间电压为零,说明电容器没有充放电,电路中没有电流,根据欧姆定律可知电阻R两端电压为零;在1~2 s时间内,电容器两极板之间电压均匀增大,根据I1==C,可知电路中有恒定电流对电容器充电,则电阻R两端电压也恒定且为=I1R;在2~3 s时间内,电容器两极板之间电压恒定且不为零,说明电容器带电荷量不变,电路中没有电流,电阻R两端电压为零;在3~5 s时间内,由I2=,Δt2=2Δt1,Δ=I2R可知,Δ=2Δ,又电容器充放电时电流反向,综合分析选项A正确.
2.ABD 开关S闭合,电机工作,外电路的总电阻减小,由闭合电路欧姆定律可知总电流增大,电源的内阻分压增大,路端电压减小,则车灯两端的电压减小,流过车灯的电流减小,A、B正确,C错误;由P=EI可知,由于电路的总电流增大,则电源的总功率增大,D正确.
1.D 根据公式W=Pt及表可知,这些电器一天消耗的电能为W=2 kW·1 h+1.2 kW·3 h+0.1 kW·2 h+0.016 kW·4 h+0.009 kW·24 h=6.08 kW·h,又知1 kW·h=3.6×106 J,可得W≈2.2×107 J,选项D正确.
2.(1)R2=0时,电阻R1消耗的功率最大,最大功率是2 W.
(2)R2=2.5 Ω时,滑动变阻器消耗的功率最大,最大功率是2.5 W.
(3)R2=1.5 Ω时,电源的输出功率最大,最大功率是3.125 W.
解析:(1)定值电阻R1消耗的电功率为P1=I2R1=,可见当滑动变阻器的阻值R2=0时,R1消耗的功率最大,最大功率为P1 max==2 W.
(2)将定值电阻R1看作电源内阻的一部分,则电源的等效内阻r'=R1+r=2.5 Ω,故当滑动变阻器的阻值R2=r'=2.5 Ω时,滑动变阻器消耗的功率最大,最大功率为P2 max==2.5 W.
(3)由电源的输出功率与外电阻的关系可知,当R1+R2=r,即R2=r-R1=(2-0.5) Ω=1.5 Ω时,电源有最大输出功率,最大功率为P出max==3.125 W.
3.BCD 充电时,通过R的电流逐渐减小,选项A错误;若R增大,充电的最大电流减小,电容器充电时间变长,选项B正确;若C增大,电容器充满电后所带的电荷量增多,则闪光灯闪光一次通过的电荷量增大,选项C正确;若E减小为85 V,此时E仍大于闪光灯导通所需要的电压,所以电容器充满电后电压仍然等于闪光灯导通所需要的电压,所以闪光灯闪光一次通过的电荷量不变,选项D正确.
4.A 在电源的路端电压与干路电流的关系图像中,图线与纵轴的交点表示电动势,所以由题图可知该电池帆板的电动势为2.80 V,A正确.由闭合电路欧姆定律E=U+Ir可知内阻r=,取外电路电阻R1>R2,两电阻的U-I图线与原图线(如图甲所示)分别交于P1、P2,则r1=为E与P1连线的斜率,r2=为E与P2连线的斜率,由分析可知r1
考点2 实验:测定金属的电阻率
1.①0.200(0.196~0.204均可) ②如图所示
③ 相等
解析:①由螺旋测微器的读数规则可知,该金属丝的直径应为0 mm+20.0×0.01 mm=0.200 mm.②对提供的实验器材分析可知,由于滑动变阻器的总电阻比待测电阻的阻值小得多,因此滑动变阻器应采用分压接法,由于没有提供电压表,因此可以用内阻已知的电流表充当电压表,即将A1作为电压表,由于A1的内阻已知,因此A2应采用外接法.③由电路图可知,Rx=,由于A1的内阻已知,因此该实验不存在系统误差,因此测量值与真实值相等.
2.(1)C (2)不同 (3)如图1所示 (4)如图2所示 (5)23.5(23.0~24.0都算对)
图1 图2
解析:(1)A起固定作用,便于读数;B为粗调,调节B使电阻丝与测微螺杆、测砧刚好接触;然后调节C,C起微调作用.(2)电阻丝阻值R=ρ,S为这段电阻丝的横截面积,而不是某位置处的横截面积,故应在不同位置进行多次测量,取平均值作为电阻丝的直径以减小误差.(4)把U2和I2的数据在方格纸中描点连线,如图2所示.(5)结合题图丁中图线的斜率可知R0+Rx+RA=49.0 Ω,R0+RA=25.5 Ω,解得Rx=23.5 Ω.
1.1.220 6.860
解析:题图(a)为20分度的游标卡尺,其精度为0.05 mm.主尺读数为12 mm,游标尺上第4条刻度线与主尺上的一条刻度线对齐,故测量结果为12 mm+4×0.05mm=12.20 mm=1.220 cm.螺旋测微器的精度为0.01 mm,由题图(b)知固定刻度读数为6.5 mm,可动刻度读数为36.0×0.01 mm,故工件的高度为6.5 mm+36.0×0.01 mm=6.860 mm.
2.(1)B C F (2)如图所示 (3)大于 电压表的读数大于待测电阻两端实际电压
解析:(1)若选用电动势为1.5 V的电源,则实验中电流最大值仅为0.15 mA,两个电流表均无法准确测量,故选用电动势为12 V的电源F;此时,实验中最大电流约为1.2 mA,故电流表选用C;电压表选用B.(2)由于滑动变阻器的最大阻值远小于待测电阻的阻值,所以滑动变阻器采用分压式接法;待测电阻的阻值远大于电流表内阻,所以电流表内接,根据题意画出如图所示电路图.(3)由于电流表的分压作用,电阻测量值偏大,所以电阻测量值大于其真实值.
3.(1)R2 a (2)如图所示 (3)2.30(2.29~2.31均正确) (4)94(93、95均正确)
解析:(1)根据电阻定律估算得铜导线的电阻大约为Rx=ρ=1.7 Ω,而R0+Rx=4.7 Ω,根据电路图,电压表的量程是3 V,电源的电动势为6 V,所以滑动变阻器连入电路的电阻最小为4.7 Ω,为了多测几组数据,以保证实验结果的准确性,滑动变阻器应选R2;滑动变阻器起到限流作用,开始时接入电路的阻值应最大,故滑片应移至a端.
(3)电压表最小刻度表示0.1 V,读数时应估读到下一位,所以读数为2.30 V.
(4)因为Rx=-R0=ρ,所以l=(-R0)=94 m.
4.(1)a点 小于 (2)② 7.5(7.3~7.7)
解析:(1)将c点先后与a、b点连接,发现电压表示数变化较大,说明电流表分压较大,即电流表内阻较大,则测量时应采用电流表外接法,将c点接a点.测量值实际为定值电阻Rx与电压表并联的等效电阻,所以测量结果小于真实值.(2)根据欧姆定律I=,可知图线过原点,所以正确的图线是②,由图线求出电阻Rx== Ω=7.5 Ω.
5.(1)D F (2)①将滑动变阻器滑动触头移至最左端 (3)r1=(k-1)R2
解析:(1)测量时应尽可能使两个电流表都能接近满偏,而待测电流表内阻约200 Ω,量程为1 mA,已知电流表G2量程为6 mA,因此定值电阻应分5 mA左右的电流,定值电阻应选D.为了调节方便,滑动变阻器应选阻值小的F.
(2)①为了保护电路仪器,闭合开关前,将滑动变阻器滑动触头移至最左端.
(3)根据欧姆定律r1=,由图像可知k=,联立可得r1=(k-1)R2.
6.(1)100 910 2 000 (2)50 (3)M (4)大于
解析:(1)R1与表头G构成1 mA的电流表,则IgRg=(I-Ig)R1,得R1=100 Ω;若使用a、b两个接线柱,电压表的量程为1 V,则R2==910 Ω;若使用a、c两个接线柱,电压表的量程为
3 V,则R3=-R2=2 000 Ω.
(2)电压表与改装电表并联之后,并联部分电阻小于2 500 Ω,对于分压式电路,要求滑动变阻器的最大阻值小于并联部分电阻,同时还要便于调节,故滑动变阻器选择阻值范围小的,即选择最大阻值为50 Ω的.
(3)在闭合开关S前,滑动变阻器的滑动端P应靠近M端,使并联部分分压为零,起到保护作用.
(4)改装后电压表的读数比标准电压表的读数偏小,说明通过表头G的电流偏小,可知改装电压表的实际电阻偏大,故表头G内阻的真实值大于900 Ω.
7.(1)R1 (2)连线如图所示 (3)2 520 (4)D
解析:(1)为了使电阻箱调节时,滑动变阻器分得的电压变化很小,分压电路中滑动变阻器的最大阻值越小越好,因此应选用R1.
(3)如果认为滑动变阻器分得的电压不变,则调节电阻箱后,电压表两端的电压为2.00 V,电阻箱两端的电压为0.5 V,根据串联电路的分压原理,=,求得电压表的内阻RV=4×
630.0 Ω=2 520 Ω.
(4)如果此电压表由一个表头与一个电阻串联组成,可知此表头的满偏电流为Ig=≈
1 mA,D项正确.
考点3 实验:描绘小电珠的伏安特性曲线
(1)如图1所示 (2)如图2所示 (3)非线性 (4)BC
图1 图2
解析:(1)根据电路原理图,按着电流的方向进行实物电路图的连线,如图1所示.
(2)由表格中的数据在题图丙上按着标度描出对应的各点,然后用平滑的曲线连接,使尽可能多的点位于曲线上,如图2所示.
(3)根据作出的I-U图线可知,待测元件为非线性元件.
(4)根据电路的原理图可知,若用导线代替电路中的定值电阻R0,在调节滑动变阻器滑片时所允许的调节范围会变小,此时若调节滑动变阻器滑片,稍有不慎就会使通过待测元件的电流过大,烧坏待测元件或电流表,B、C正确;电压测量值与待测元件两端电压一致,即测量值误差不变,A错误;去掉R0,导线不分电压,待测元件两端电压可调节范围变大,D错误.
1.(1)如图所示 (2)I1(Rg1+R0) I2-I1 180
(3)11.6 (4)8.0
解析:(2)根据串、并联知识可得小灯泡两端的电压U=I1(Rg1+R0),流过小灯泡的电流I=I2-I1,小灯泡的额定电压为U额=3.6 V,由U额=I1(Rg1+R0)可得I1=180 mA,即为了保证小灯泡的安全,I1不能超过180 mA.
(3)灯丝的电阻R==,当I1=173 mA时,I2=470 mA,解得R=11.6 Ω.
(4)小灯泡的额定电压为U额=3.6 V,由Ig1(Rg1+R)≥U额可得R≥8.0 Ω.
2.(1) ④⑦⑧ 8 0.20 1.52(1.51~1.53均可) (2)分压 ×
解析:(1) (i)本实验需要测量小灯泡的电压和电流,故需要电流表和电压表;同时本实验需要从零开始测量灯泡的电压和电流,滑动变阻器应采用分压式接法,为了调节方便,滑动变阻器应该选择总阻值较小的,故选④⑦⑧;电路图如图所示,则由电路图可知,需要8根导线;(ii)根据P=UI可知,灯泡的额定电流约为0.3 A,故电流表选用小量程,电流表示数为0.20 A;小灯泡的额定电压为2.5 V,故电压表选用小量程,电压表的示数为1.52 V.(2)(i) “×”组数据从零开始,对应滑动变阻器的分压式接法;(ii)若电流表采用内接法,则电流表示数为灯泡的实际电流,电压测量值包含了电流表的分压,电压值偏大,相同电流值,“×”数据的电压值较小,故电流表外接法得到的数据点是用 “×”表示的.
考点4 实验:测定电源电动势和内阻
1.①5 ②a ③2.9 0.80
解析:①应用伏安法测电源电动势和内阻,电压表应测量电源两端的电压,故导线5接滑动变阻器的一端应改接到电源的正极;②滑动变阻器起保护电路的作用,因此闭合开关前,应将其接入电路的电阻调为最大值,故滑片P应置于a端;③在电池组负极和开关间串联一个阻值为5 Ω的电阻,由闭合电路欧姆定律有U=E-I(r+R),所以U-I图线的纵截距表示电源电动势,E=2.9 V,图线斜率的绝对值表示电源内阻与定值电阻串联后的总电阻,所以电源内阻为r=(-5) Ω=0.80 Ω.
2.(1)E'=E r'=r+RA 说明见解析 (2)C A (3)乙
解析:(1)断路时,“等效电源”路端电压的数值E等于其电动势E',故E'=E.短路时,短路电流I==,故“等效电源”的内阻r'=r+RA.
(2)图1的甲电路中,由于电流表的分压作用,会造成系统误差,但当电流为零时,电流表内阻就没有影响,电压就没有误差,实线和虚线重合;当路端电压为零时,由于不计电流表内阻,故虚线对应电流较大,故C正确.图1的乙电路中,由于电压表的分流作用,会造成系统误差,但当电压为零时,电压表内阻就没有影响,电流就没有误差,实线和虚线重合;图乙电路等效电源的等效内阻为电压表内阻与电源内阻的并联值,稍小于电源内阻,故实线斜率的绝对值比虚线小,故A正确.
(3)图1中的甲电路,电源内阻的测量值r'=r+RA约1.1 Ω,真实值r约1 Ω,相对误差在10%左右;图1中的乙电路电压表内阻较大,分流较小可忽略,故乙电路的误差较小.
1.(1)电路图如图所示 (2)0.40(0.39~0.41均可) 1.30(1.29~1.31均可) (3)乙 (4)1.52(1.51~1.54均可) 0.53(0.52~0.54均可)
解析:(1)按照题图1乙电路画出电路图.
(2)由题图可知,电压表量程选择3 V,电流表量程选择0.6 A,根据电流表和电压表读数规则,电流I=0.40 A,电压U=1.30 V.
(3)题图1甲的电路将电流表与干电池串联,测量出来的干电池内阻实际为干电池内阻与电流表内阻之和,对应图线斜率的绝对值较大,所以题图3中直线Ⅱ对应为题图1甲电路,直线Ⅰ对应为题图1乙电路.
(4)根据实验图像与纵轴交点的纵坐标为电池电动势,可知该电池的电动势E=1.52 V,由题图3中直线Ⅰ斜率的绝对值可得电池内阻r=0.53 Ω.
2.(1)③ (2)大于 (3)①2 左 (4)
解析:(1)③根据半偏法测电阻的原理可知,滑动变阻器的滑动触片位置不变,电压表与电阻箱两端总电压不变,电压表示数变为时,根据串联电路分压可知,电阻箱的分压为Umax,电阻箱接入电路的阻值等于电压表内阻的2倍,因此电压表的内阻RV=.
(2)调节电阻箱阻值使电压表示数变为满偏电压的时,电路总电阻变大,电路总电流变小,滑动变阻器接在干路上的电阻与水果电池组内阻的分压总和变小,电阻箱与电压表两端总电压变大,当电压表示数变为满偏电压的时,电阻箱两端电压大于电压表满偏电压的,实际上电压表内阻小于,因此电压表内阻的测量值大于真实值.
(3)测水果电池组的电动势与内阻时,应使电阻箱只与电压表并联,因此要将开关S拨至2位置,将R1的滑动触片移到最左端,不再移动.
(4)由题图甲所示电路图及(3)中的实验步骤可知,在闭合电路中,水果电池组的电动势E=U+(+)r,则=(1+)+·,题图乙所示图像纵截距b=(1+),斜率k=,又RV=,则电动势E=,内阻r=.
3. (1)5.2 (2)148.2 (3) + 9.1(8.9~9.4均可)
解析:(1)忽略S2闭合后电路中总电阻的变化,即认为电路中电流不变,由欧姆定律有RA×48.0×10-3 A =4.8 Ω×(100-48.0)×10-3 A,解得RA=5.2 Ω.
(2)根据电阻箱读数规则,此次R1的阻值为R1=1×100 Ω+4×10 Ω+8×1 Ω+2×0.1 Ω=148.2 Ω.
(3)由闭合电路欧姆定律得E=I(r+RA+ R1),变化为I-1=R1+,对照题图(c)所示的图线可知,当R1=100 Ω时,I-1=12 A-1,代入I-1=R1+,得12 A-1=100 Ω× +;当R1=196 Ω时,I-1=22.5 A-1,代入I-1=R1+,得22.5 A-1=196 Ω× +,联立解得E=9.1 V.
4. (1)bc (2)如图所示 (3)6.0 10 (4)较小
解析:(1)连接电表的导线都是正常的,若发生断路的是ab,则两电压表示数均为零;若发生断路的是cd,则电压表V2有读数,电压表V1无读数;若发生断路的是bc,电压表V1有读数,电压表V2无读数,故发生断路的是bc.
(2)根据表中数据利用描点法可得出对应的图像如图所示.
(3)根据电路图由闭合电路欧姆定律可知E=U1+U2+r,整理可得U2=E-U1,由图可知,图像与纵轴的截距表示电动势,则E=6.0 V,故图像的斜率k==,解得r=10 Ω.
(4)本实验中由于电压表V1的分流作用而使测量电流偏小,从而出现误差.为减小系统误差,R1可以选择比上述较小一些的阻值.
考点5 实验:练习使用多用电表
(1)黑 (2)B (3)160 880 (4)1.47 mA 1.10×103 Ω 2.95 V
解析:(1)A端与电池正极相连,电流从A端流出,A端与黑表笔相连.(2)使用多用电表前,应机械调零,即应调整“指针定位螺丝”,使指针指在表盘左端电流“0”位置,与R6无关,选项A错误;使用欧姆挡时,需要红、黑表笔短接,使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置,选项B正确;使用电流挡时,B端与“1”或“2”相连,与R6无关,选项C错误.(3)B端与“1”“2”相连时,该多用电表挡位分别为直流2.5 mA挡、直流1 mA挡,如图1所示,由电表的改装原理可知,B端与“2”相连时,有I2=IG+,解得R1+R2=160 Ω;B端与“4”相连时,如图2所示,多用电表为直流电压1 V挡,表头并联部分电阻R0=,R4=-R0=880 Ω.
(4)B端与“1”相连时,电表读数为1.47 mA;B端与“3”相连时,多用电表为欧姆“×100”挡,读数为11.0×100 Ω=1.10×103 Ω;B端与“5”相连时,多用电表为直流电压5 V挡,读数为×5 V=2.95 V.
图1 图2
1.(1)20.0(19.8~20.0均可) (2)ADC(不可以改变顺序) (3)②见解析图1 ③见解析图2 ④1.54(1.45~1.55均可) 15.4(14.5~15.5均可) ⑤无影响
解析:(1)直流50 mA挡最小刻度是1 mA,估读一位,读数为20.0 mA.
(2)指针偏转角度过小,说明阻值较大,应改为大倍率挡,重新进行欧姆调零后,再进行测量.故操作顺序为ADC.
(3)②多用电表内部电源的正极与黑表笔接触;同时滑动变阻器采用限流接法;测量电路如图1所示.
③根据描点法可得出对应的图像如图2所示.
④根据闭合电路欧姆定律可知I=,变形可得R=-r,则由图可知,当电阻为零时,=10,故0=-r,图像的斜率表示电源的电动势,则E= V=1.54 V,多用电表内阻r=15.4 Ω.
⑤由于使用欧姆表直接读出的阻值中包含了电流表内阻,故电流表内阻对实验没有影响.
2.(1)②49 29 ④50 (2)2.78 (3)48 24
解析:(1)②将红、黑表笔短接,此时表头的读数为49 μA.由此可知,滑动变阻器R0的最大阻值为R0=-Rg=×10-3 kΩ-2 kΩ≈29 kΩ.
④当电表指针满偏时,有Ig=;当电表指针指向20 μA处时,有Ig=,解得Rx=50 kΩ.
(2)由以上计算可知,当电表指针指向20 μA处时,欧姆表内阻R内两端电压为UG=E=0.5 V,当S1拨至“×1 k”位置时,对应的待测电阻为50 kΩ,可知当S1拨至“×100”位置时,对应的待测电阻为Rx=50×100 Ω=5 kΩ,此时Rx两端电压为U=E-UG=1 V,则电流为Ix===0.2 mA,此时通过R3的电流为I3=Ix-IG=200 μA-20 μA=180 μA,则R3== Ω≈2.78 kΩ.
(3)当电池电动势为E=1.5 V时,调零后,有Ig=;当电池电动势为E'=1.44 V时,调零后,有Ig=;当测量某电阻R'x时,则I'==,联立可得=.当Rx测=50 kΩ时,代入解得Rx真=48 kΩ;当Rx测=25 Ω时,代入解得Rx真=24 Ω.
3.如图所示
解析:由表可知,两表笔分别接B、C和C、B时测量结果不同,故在B、C间一定有二极管存在.同理可知在A、C间也有二极管存在,并且A、C间的正向电阻大于B、C之间的正向电阻,故A、C间包含电阻.而两表笔分别接A、B和B、A时电阻不变,说明A、B间只有电阻,B、C间接二极管.两表笔接B、C时,C接黑表笔比B接黑表笔时阻值小,故C接二极管正极,所以黑箱内的结构如图所示.
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