（2019人教版必修第三册）高二物理精讲精练 第十一章 电路及其运用总结提升 （原卷版+解析）

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第十一章 电路及其运用知识总结内容1：电源和电流一、电源1．定义：能够把电子从正极搬运到负极的装置。2．作用：（1）维持电源正、负极间始终存在电势差。（2）使电路中的电流能够持续存在。二、恒定电流1．恒定电场：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场。2．自由电荷定向移动的平均速率：在恒定电场的作用下，自由电荷定向加速运动，但在运动过程中与导体内不动的粒子不断碰撞，碰撞的结果是大量自由电荷定向移动的平均速率不随时间变化。3．恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流。4．电流（1）物理意义：表示电流强弱程度的物理量。（2）公式：I＝eq \f(q,t)。（3）单位：在国际单位制中，电流的单位是安培，简称安，符号是A。常用的电流单位还有毫安(mA)和微安(μA)。1 mA＝10－3 A,1 μA＝10－6 A。（4）方向：正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。知识演练1．(多选)在由电源、导线等电路元件所组成的电路中，以下说法正确的是(　　)A．导线中的电场强度处处为零B．导线中的电场强度方向跟导线方向平行C．导线处于静电平衡状态D．导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低2．下列关于电流的说法正确的是(　　)A．根据I＝eq \f(q,t)，可知I与q成正比B．如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流是恒定电流C．电流有方向，电流是矢量D．电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位3．如图所示的电解池，通电1 s，其间共有3 C的正离子和3 C的负离子通过截面xy，则这个电路中的电流是(　　)A．0　　　　　 B．1.5 AC．3 A D．6 A4．(多选)关于电流的方向，下列描述正确的是(　　)A．规定正电荷定向移动的方向为电流的方向B．规定自由电荷定向移动的方向为电流的方向C．在金属导体中，自由电子定向移动的方向为电流的反方向D．在电解液中，由于正、负离子的电荷量相等，定向移动的方向相反，故无电流内容2：电源和电流一、电阻1．定义：导体两端的电压与导体中电流的比值。2．定义式：R＝eq \f(U,I)。3．物理意义：反映导体对电流的阻碍作用的物理量。4．导体的U­I图像的斜率反映导体电阻的大小。二、影响导体电阻的因素1．探究电路2．探究原理a、b、c、d四条不同的导体串联，电流相同，因此，电阻之比等于相应的电压之比。3．探究过程（1）b与a只有长度不同，比较a、b的电阻之比与长度之比的关系。（2）c与a只有横截面积不同，比较a、c的电阻之比与横截面积之比的关系。（3）d与a只有材料不同，比较a、d的电阻是否相同。4．探究结论：导体的电阻与长度、横截面积有定量关系，与电阻的材料也有关。三、导体的电阻率1．导体的电阻：同种材料的导体，其电阻R与它的长度l成正比，与它的横截面积S成反比，导体电阻还与构成它的材料有关。2．电阻定律：R＝ρeq \f(l,S)。3．电阻率ρ的相关因素（1）与导体材料有关：纯金属的电阻率较小，合金的电阻率较大。（2）与导体的温度有关①有些合金的电阻率几乎不受温度变化影响，常用来制作标准电阻。②金属的电阻率随温度的升高而增大，可制作电阻温度计。③一些金属当温度降低到特别低时导体电阻可以降到0，这种现象叫作超导现象。四、导体的伏安特性曲线1．导体的伏安特性曲线：用横坐标表示电压U，用纵坐标表示电流I，这样画出的I­U图像叫做导体的伏安特性曲线。2．线性元件：伏安特性曲线是一条过原点的直线，电流I与电压U成正比，具有这种伏安特性的电学元件叫作线性元件，欧姆定律可适用，例如金属和电解质溶液。3．非线性元件：伏安特性曲线是曲线的电学元件，电流I与电压U不成正比，欧姆定律不适用，例如气态导体和半导体元件。知识演练1．(多选)下列关于电阻率的说法正确的是(　　)A．电阻率与导体的长度和横截面积有关B．电阻率由导体的材料决定，且与温度有关C．电阻率大的导体，电阻一定大D．有些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响，可用来制成标准电阻2. 一根阻值为R的均匀电阻丝，长为l，横截面积为S。设温度不变，在下列情况下其阻值仍为R的是(　　)A．当l不变，S增大一倍时B．当S不变，l增大一倍时C．当l和S都变为原来的eq \f(1,2)时D．当l和横截面的半径都增大一倍时3．如图所示是由相同材料制成的两条长度相同、粗细均匀的电阻丝a、b的伏安特性曲线，下列判断正确的是(　　)A．a电阻丝较粗B．b电阻丝较粗C．a电阻丝的阻值小于b电阻丝的阻值D．图线表示的电阻丝的阻值与电压成正比4．如图所示是“探究导体电阻与长度、横截面积及材料的定量关系”的装置图，a、b、c、d为四条不同的金属导体。在长度、横截面积、材料三个因素方面，b、c、d跟a相比，分别只有一个因素不同；b与a的长度不同；c与a横截面积不同；d与a材料不同。用电压表分别测量a、b、c、d两端的电压。则下列说法正确的是 (　　)A．根据a、c两端的电压的关系可知导体电阻与导体长度有关B．根据a、b两端的电压的关系可知导体电阻与横截面积有关C．根据a、d两端的电压的关系可知导体电阻与材料有关D．由实验结论可得出电压与导体的长度、横截面积、材料无关内容3：串联电路和并联电路一、串联电路和并联电路中的电流、电压和电阻关系1．定义（1）串联电路：把几个导体(用电器)依次首尾连接，接入电路的连接方式，如图甲所示。甲　　　　　　　乙（2）并联电路：把几个导体(用电器)的一端连在一起，另一端也连在一起，再将两端接入电路的连接方式。如图乙所示。2．串、并联电路的特点二、电流表和电压表1．表头小量程的电流表，通过表头的电流可以从刻度盘上读出来。2．表头的三个参数满偏电流Ig、_满偏电压Ug、内阻Rg，根据欧姆定律，三个参数之间的关系是Ug＝IgRg。3．改装（1）电压表改装：测量较大的电压时，将表头上串联一个较大的电阻，就改装成了电压表。（2）电流表改装：测量较大的电流时，将表头上并联一个较小的电阻，就改装成了量程较大的电流表。知识演练1．三个阻值都是6 Ω的电阻可以用不同的方法连接起来，如图所示的四个图中等效电阻(即总电阻)等于4 Ω的是(　　)A　　　　　B　　　　C　　　　D2．已知通过三个并联支路的电流之比是I1∶I2∶I3＝1∶2∶3，则三个并联支路的电阻之比R1∶R2∶R3为(　　)A．1∶2∶3　　　　 B．3∶2∶1C．2∶3∶6 D．6∶3∶23．如图所示，R2＝R4，理想电压表V1的示数为70 V，理想电压表V2的示数为50 V，则A、B间的电压为(　　)A．140 V B．120 VC．100 V D．无法计算4．电流表的内阻是Rg＝200 Ω，满刻度电流值是Ig＝500 μA，现欲把这个电流表改装成量程为1.0 V的电压表，正确的方法是(　　)A．应串联一个0.1 Ω的电阻B．应并联一个0.1 Ω的电阻C．应串联一个1 800 Ω的电阻D．应并联一个1 800 Ω的电阻内容4：实验实验1　长度的测量及测量工具的选用一、游标卡尺1．原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成。不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少 1 mm。2．精度：对应关系为10分度0.1 mm,20分度0.05 mm,50分度0.02 mm。3．读数：若用x表示由主尺上读出的整毫米数，K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数，则记录结果表达为(x＋K×精度) mm。二、螺旋测微器1．原理：测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退0.5 mm，而可动刻度E上的刻度为50等份，每转动一小格，F前进或后退0.01 mm，即螺旋测微器的精确度为0.01 mm。读数时估读到毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺。2．读数：测量时被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出。测量值(mm)＝固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)＋可动刻度数(估读1位)×0.01(mm)。实验2　金属丝电阻率的测量一、实验原理和方法由R＝ρeq \f(l,S)得ρ＝eq \f(RS,l)，因此，只要测出金属丝的长度l、横截面积S和金属丝的电阻R，即可求出金属丝的电阻率ρ。1．把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻Req \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(R＝\f(U,I)))。电路原理如图所示。2．用毫米刻度尺测量金属丝的长度l，用螺旋测微器量得金属丝的直径，算出横截面积S。3．将测量的数据代入公式ρ＝eq \f(RS,l)求金属丝的电阻率。二、实验器材被测金属丝、螺旋测微器、毫米刻度尺、电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干。三、实验步骤1．直径测定用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d，计算出导线的横截面积S＝eq \f(πd2,4)。2．电路连接按如图所示的原理电路图连接好，用伏安法测电阻的实验电路。3．长度测量用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量3次，求出其平均值l。4．U、I测量把上图中滑动变阻器的滑动片调节到最左端，电路经检查确认无误后，闭合开关S，改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入表格内，断开开关S。5．拆去实验线路，整理好实验器材。四、数据处理1．在求Rx的平均值时可用两种方法(1)用Rx＝eq \f(U,I)分别算出各次的数值，再取平均值。(2)用U­I图线的斜率求出。2．计算电阻率将记录的数据Rx、l、d的值代入电阻率计算式ρ＝Rxeq \f(S,l)＝eq \f(πd2U,4lI)。五、误差分析1．金属丝的横截面积是利用直径计算而得，直径的测量是产生误差的主要来源之一。2．采用伏安法测量金属丝的电阻时，由于采用的是电流表外接法，测量值小于真实值，使电阻率的测量值偏小。3．金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差。4．由于金属丝通电后发热升温，会使金属丝的电阻率变大，造成测量误差。六、注意事项1．本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路一般采用电流表外接法。2．实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、开关、电流表、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路，然后再把电压表并联在待测金属导线的两端。3．测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两端点间的待测导线长度，测量时应将导线拉直，反复测量三次，求其平均值。4．测金属导线直径一定要选三个不同部位进行测量，求其平均值。5．闭合开关S之前，一定要将原理图中滑动变阻器的滑片移到最左端。6．在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度I不宜过大(电流表用0～0.6 A量程)，通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。7．求Rx的平均值时可用两种方法：第一种是用Rx＝eq \f(U,I)算出各次的测量值，再取平均值；第二种是用图像(U­I图线)来求出。若采用图像法，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧，个别明显偏离较远的点可以不予考虑。实验3：练习使用多用电表一、实验原理与方法1．认识多用电表下图为一种多用电表的外形图。2．使用多用电表(1)机械调零：用小螺丝刀轻轻转动表盘下面的机械调零螺丝，使指针处于左端零刻度位置。(2)选好正确挡位及量程：测量前一定要明确测量的物理量，然后转动选择开关，确定挡位并选择一个合适的量程。(3)正确接入测量电路：正确选好挡位和量程后，将红、黑表笔接入电路。①测量电压时要与电路并联。②测量电流时要与电路串联。③测量电阻时，应将电阻与其他电路断开，测量前先将多用电表的选择开关旋至欧姆挡，选择合适的倍率挡，将两表笔短接，进行欧姆调零，若需要换挡时，必须重新进行欧姆调零。④测量完毕，应将选择开关置于“OFF”挡或交流电压的最高挡，并拔出表笔，若长期不用，还应将电池取出。3．数字式多用电表如图是某种数字式多用电表。数字式多用电表的测量值以数字形式直接显示，使用方便。数字式多用电表二、实验器材多用电表、电学黑箱、直流电源、开关、导线若干、小灯泡、二极管，定值电阻(大、中、小)三个。三、实验步骤1．测量直流电压(1)将功能选择开关旋转到直流电压挡。(2)根据待测电压的估计值选择量程。如果难以估计待测电压值，应按照由大到小的顺序，先将选择开关旋转到最大量程上试测，然后根据测量出的数值，重新确定适当的量程再进行测量。(3)测量时，用红、黑测试表笔使多用电表跟待测电路并联，注意使电流从“＋”插孔流入多用电表，从“－”插孔流出多用电表，检查无误后再闭合开关S，如图所示。(4)根据挡位所指的量程以及指针所指的刻度值，读出电压表的示数。2．测量直流电流(1)多用电表直流电流挡与电流表原理相同，测量时应使电表与待测电路串联。(2)红表笔插入“＋”插孔，黑表笔插入“－”插孔。测量时，使电流从红表笔流入(即红表笔接与电源的正极相接的一端)，从黑表笔流出(即黑表笔接与电源负极相接的一端)，如图所示。(3)需要注意多用电表直流电流挡是毫安挡，不能测量比较大的电流。(4)选择适当的量程，使指针偏转角尽量大一些，这样测量结果相对较准。3．测量导体的电阻使用多用电表测电阻的步骤。（1）机械调零：使用前若表针没有停在左端“0”刻度位置，要用螺丝刀转动指针定位螺丝，使指针指向零刻度。（2）选挡：估计待测电阻的大小，旋转选择开关，使其尖端对准欧姆挡的合适倍率。（3）欧姆调零：将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指在表盘右端“0”刻度处。（4）测量读数：将两表笔分别与待测电阻的两端接触，表针示数乘以倍率即为待测电阻阻值。（5）测另一电阻时重复(2)(3)(4)三步。（6）实验完毕：应将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡。4．测量二极管的正、反向电阻二极管的全称叫晶体二极管，是用半导体材料制成的电子元件，它有两根引线，一根叫正极，另一根叫负极，二极管的表示符号如图所示。（1）二极管的单向导电性电流从正极流入时电阻比较小，处于导通状态，相当于一个接通的开关；电流从负极流入时电阻比较大，相当于一个断开的开关。（2）测量正向电阻将多用电表的选择开关旋至低倍率的电阻挡，进行欧姆调零，将黑表笔接二极管正极，红表笔接二极管负极，把读得的数值乘以电阻挡倍率，即为二极管的正向电阻。（3）测量反向电阻将多用电表的选择开关旋至高倍率的电阻挡，进行欧姆调零，将黑表笔接二极管负极，红表笔接二极管正极，把读得的数值乘以电阻挡倍率，即为二极管的反向电阻。四、误差分析1．电池用旧后，电动势会减小，内电阻会变大，致使电阻测量值偏大，要及时换电池。2．欧姆表的表盘刻度不均匀，估读时易带来误差。3．由于欧姆表刻度的非线性，表头指针偏转过大或过小都会使误差增大，因此要选用恰当挡位，使指针指中值附近。4．读数时的观测易形成偶然误差，要垂直表盘正对指针读数。五、注意事项1．用多用电表电压挡、电流挡测电压、电流时要注意红、黑表笔与电源的正、负极相连。2．需要注意多用电表直流电流挡是毫安挡，不能测量比较大的电流。选择适当的量程，使指针偏转角尽量大一些，这样测量结果相对较准。3．测电阻时应注意的问题（1）选挡后要进行欧姆调零。（2）换挡后要重新进行欧姆调零。（3）被测电阻要与电源等其他元件分离，不能用手接触表笔的金属杆。（4）被测电阻阻值等于指针示数乘以倍率。（5）使用后，要将两表笔从插孔中拔出，并将选择开关旋至“OFF”挡或交流电压最高挡，若长期不用，应将电池取出。（6）选择倍率时，应使指针尽可能指在中央刻度线附近。知识演练1．(2020-2021学年湖南师大附中高二(上)期中)为了较精确地测量某定值电阻的阻值，某兴趣小组先用多用电表进行粗测，后用伏安法精确测量。现准备了以下器材：A．多用电表B．电压表V(量程，内阻约)C．电流表(量程、内阻)D．电流表(量程、内阻约为)E．定值电阻()F．滑动变阻器R()G．电源(电动势，内电阻较小)H．导线、开关若干（1）在用多用电表粗测时，该兴趣小组首先选用“”欧姆挡，此时欧姆表的指针位置如图甲所示，为了减小误差，多用电表的选择开关换用合适倍率挡；按正确操作规程再次测量该待测电阻的阻值，此时欧姆表的指针位置如图乙所示，其读数是______Ω；（2）请在线框内画出能准确测量电阻的电路图______(要求在电路图上标出元件符号)；（3）请根据设计的电路图写出的测量表达式______；(用U、和表示电压表V、电流表和的示数)（4）若欧姆表内部电路如丙图所示，其中灵敏电流表满偏电流为，内阻为，电池电动势为，内阻为，表内滑动变阻器最大阻值为，欧姆表刻度刻好。当电池电动势下降为，内阻增大为时，欧姆表重新调零后，测得阻值为，则待测电阻的真实阻值为______Ω。2．(2020-2021学年南昌二中高二(上)期末)为了测定某圆柱型导体的电阻率，某同学进行了以下操作：（1）用20分度的游标卡尺测出通电部分长度L=______mm；（2）用螺旋测微器测此导体直径d=______mm；（3）用欧姆表粗测此导体电阻Rx=______Ω(×10倍率挡)；（4）用下列所有器材设计一个伏安法测电阻的电路，要求精确测量阻值。在方框中画出测量电路图，并标明各元件符号。______待测电阻Rx电压表V：量程3V，内阻为30kΩ电流表A：量程50mA,内阻约为10Ω定值电阻R0=50kΩ滑动变阻器R：0~20Ω电源E=10V，内阻很小开关一个，导线若干第二部分 专题讲解专题1：伏安法测电阻1.原理：由R＝eq \f(U,I)知，只要测出电阻两端的电压及通过导体的电流就可算出导体的电阻。2．电路：如图(a)所示，电流表接在电压表的两接线柱外侧，通常叫“外接法”；如图(b)所示，电流表接在电压表的两接线柱内侧，通常叫“内接法”。(a)　　　　　(b)3．伏安法测电阻的误差分析如上(a)、(b)图所示，R为待测电阻，因为电流表、电压表分别有分压、分流作用，因此两种方法测量电阻都有误差。（1）电流表外接法电压表示数：UV＝UR，电流表示数：IA＝IR＋IV＞IR，R测＝eq \f(UV,IA)UR，电流表示数：IA＝IR，R测＝eq \f(UV,IA)>eq \f(UR,IR)＝R真，测量值偏大，适用于测量大阻值电阻。内接法误差来源于电流表的分压作用，分压越小，误差越小，所以该电路适用于测量大电阻，即R≫RA。4．伏安法测电阻时电路选择的方法（1）定量判定法当已知待测电阻的大约值Rx，电流表的内阻RA和电压表的内阻RV，则当eq \f(Rx,RA)>eq \f(RV,Rx)，即Rx>eq \r(RARV)时，选用电流表内接法；当eq \f(Rx,RA)eq \f(UR,IR)＝R真，测量值偏大，适用于测量大阻值电阻。内接法误差来源于电流表的分压作用，分压越小，误差越小，所以该电路适用于测量大电阻，即R≫RA。4．伏安法测电阻时电路选择的方法（1）定量判定法当已知待测电阻的大约值Rx，电流表的内阻RA和电压表的内阻RV，则当eq \f(Rx,RA)>eq \f(RV,Rx)，即Rx>eq \r(RARV)时，选用电流表内接法；当eq \f(Rx,RA)