高考物理一轮复习 第七章 恒定电流冲刺训练
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第七章 恒定电流
(一)电学实验的3大创新考查角度
在高考中对电学实验一般不直接考查课本上的学生实验，而是在学生实验的基础上进行创新，比如常常在实验原理、实验器材、数据处理等方面加以改进；学生应以常规实验为依据，从实验电路图入手，结合实验的具体要求进行推理分析。
角 度 一
对实验原理的创新考查 在高考的电学实验中，并不仅仅测量电阻的阻值或测定电源的电动势和内阻，有时可能会测定二极管的导电特性、电容器的充、放电规律等。处理此类问题时，首先要掌握被测实验器材的电学特性，其次要熟练把握控制电路、测量电路的特点。
[典例1] 二极管具有独特的单向导电性，当在二极管两极之间所加正向电压小于某值时，二极管的电阻很大(1×106 Ω，甚至更大)，而当正向电压超过某值时，二极管的电阻随两端电压的升高而急剧减小。为了探究二极管的导电特性：
(1)实验小组先用多用电表判断二极管的极性。步骤如下：
A．将多用电表置于欧姆表“×100”挡，短接红、黑表笔，调整________，使指针指向表盘右侧“0”位置；
B．将二极管串接在两表笔之间，多用电表示数如图甲中a所示；
C．将二极管两极对调，多用电表示数如图甲中b所示，则此时与红表笔接触的是二极管的________(填“正”或“负”)极。
(2)实验小组设计了如图乙所示的实验电路，通过实验测得相关数据如下表。
正向电压
U/V 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.55 0.60 0.65 0.68 0.70
正向电流
I/mA 0 0 0 0.02 0.26 0.56 1.13 1.79 2.37 3.00
①由二极管的特性和表中数据可知，当电压表示数为0～0.30 V时，图乙中开关S一定接在位置________；
②根据表中数据，在图丙中作出二极管的伏安特性曲线(要求保留所描的点迹)，由图线可知，二极管是________(填“线性”或“非线性”)元件。
(3)若此二极管为发光二极管，正常发光时通过的电流为3.00 mA，若用1.5 V的电源供电，则应该给二极管________(填“串”或“并”)联一个约________ Ω的电阻。
[解析] (1)A.欧姆表选挡后要进行欧姆调零，即短接两表笔，调整欧姆调零旋钮，使指针指在表盘右侧“0”位置；
C．步骤B中欧姆表示数很大，而步骤C中示数很小，由题中所给条件知，当示数很小时红表笔所接为二极管负极。
(2)①题图乙的设计为伏安法测电阻的内接法和外接法可以互换的电路，当开关S接位置1时为电流表内接法，接位置2时为电流表外接法。由表中数据可知，当电压表示数为0～0.3 V时电流表示数为0，故电流表内接，开关S接在位置1。
②描点作图如图所示，由图线可知二极管是非线性元件。
(3)发光二极管正常工作时两端电压为0.7 V，电源电动势高于0.7 V，应串联一个电阻，阻值R＝E－UI＝1.5－0.73×10－3 Ω≈267 Ω。
[答案] (1)A.欧姆调零旋钮 C．负 (2)①1 ②见解析图 非线性 (3)串 267
[题后悟通]
本例源于教材中某晶体二极管的伏安特性曲线图，如果在平时的学习中阅读过教材里的相关内容，审题就轻松得多。虽然二极管具有单向导电性，但仍需要正向电压高于一定值，二极管才会有正向电流。
[对点训练]
1．(2016·全国丙卷)某同学用图中所给器材进行与安培力有关的实验。两根金属导轨ab和a1b1固定在同一水平面内且相互平行，足够大的电磁铁(未画出)的N极位于两导轨的正上方，S极位于两导轨的正下方，一金属棒属于导轨上且与两导轨垂直。
(1)在图中画出连线，完成实验电路。要求滑动变阻器以限流方式接入电路，且在开关闭合后，金属棒沿箭头所示的方向移动。
(2)为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度，有人提出以下建议：
A．适当增加两导轨间的距离
B．换一根更长的金属棒
C．适当增大金属棒中的电流
其中正确的是________(填入正确选项前的标号)。
解析：(1)实验电路连线如图所示。
(2)为使金属棒获得更大的速度，
则金属棒运动时需要更大的加速度，
根据牛顿第二定律有a＝BILm，
所以增加磁感应强度、增大电流、增加两导轨间的距离都可以使加速度增大。
故选项A、C正确，选项B错误。
答案：(1)实验电路连线见解析图
(2)AC
角 度 二
对实验器材的创新考查 在测量电表的内阻时，要把电表当作能读数的电阻，充分利用待测电表自身的测量功能，即电流表可测定通过自身的电流，电压表可测定自身两端的电压，不需要其他的电表来测量。
[典例2] 某校进行实验电路设计比赛，实验台上备有下列器材：
A．电压表V1(量程约2 V，内阻约1 kΩ)
B．电压表V2(量程为6 V，内阻为2 kΩ)
C．电流计G(量程为3 mA，内阻约500 Ω)
D．电流表A(量程为0.6 A，内阻为0.5 Ω)
E．滑动变阻器R1(0～15 Ω，0.5 A)
F．滑动变阻器R2(0～1 kΩ，0.1 A)
G．电阻箱R3(0～999.9 Ω，0.1 A)
H．电阻箱R4(0～9 999.9 Ω，0.2 A)
I．电源(6 V,0.5 A)
J．开关、导线若干
(1)利用以上器材在图中虚线框内设计最佳测量电路，要求既能确定电压表V1的量程，又能尽量准确地测定其内阻，在图中标明选用器材的符号。图中滑动变阻器R应选择________(填写元件符号)。
(2)若已知电压表V1量程为2 V，则下列实验小组设计的电路图中，能用来测定电压表V1的内阻且设计合理的是________。
[解析] (1)分压电路中，在额定电流允许的前提下选择阻值较小的滑动变阻器更方便调节，因此选择R1。
给定器材中电阻箱R4的最大阻值约为电压表V1内阻的10倍，因此最简测量电路为半偏法电路，如图所示。由于待测电压表V1量程未知，不能读数，要确定V1的量程，需在半偏法电路两端并联电压表V2以便读取总电压U，这样既不影响半偏法实验测量，同时又可以测出测量电路两端电压，保证此电压在调整电阻箱和滑动变阻器时保持不变，以减小实验误差。
(2)若电压表V1量程已知，则可采用伏安法直接测量，电压表额定电流约为IV＝21 000 A＝2 mA，可用电流计G测量电流，电压则由V1读取，滑动变阻器阻值R1远小于测量电路总电阻，应采用分压电路，选项A中电路图设计合理；选项B中，滑动变阻器用R2接成限流电路，R2接入电路中的阻值最大时，每1 kΩ电阻的电压约为62.5 V＝2.4 V，超过V1量程，不合理；选项C中V2与V1串联，可将V2当电流表使用，满偏电流IV2＝62 000 A＝3 mA，与电流计G量程相同，且R2接入电路中的阻值最大时，每1 kΩ电阻的电压约为64 V＝1.5 V，设计合理；同理，选项D中V2与V1并联，V2多余且只能测量电压，不能计算V1内阻，设计不合理。
[答案] (1)设计电路见解析 R1 (2)AC
[对点训练]
2．要测量电压表V1的内阻RV，其量程为2 V，内阻约为2 kΩ。实验室提供的器材有：
电流表A，量程0.6 A，内阻约0.1 Ω；
电压表V2，量程5 V，内阻为5 kΩ；
定值电阻R1，阻值为30 Ω；
定值电阻R2，阻值为3 kΩ；
滑动变阻器R3，阻值为100 Ω，额定电流为1.5 A；
电源E，电动势为6 V，内阻约0.5 Ω；
开关S一个，导线若干。
(1)有人拟将待测电压表V1和电流表A串联接入电压合适的测量电路中，测出V1的电压和电流，再计算出RV。该方案实际上不可行，其最主要的原因是______________________
________________________________________________________________________。
(2)请从上述器材中选择必要的器材，设计一个测量电压表V1内阻RV的实验电路。要求测量尽量准确，实验须在同一电路中，且在不增减元件的条件下完成。试画出符合要求的实验电路图(图中电源与开关已连接好)，并标出所选元件的相应字母代号。
(3)由上问写出电压表V1内阻RV的表达方式，说明式中各测量量的物理意义。
解析：(1)由于电压表V1量程为2 V，内阻约2 kΩ，则流过的电流最大值为1 mA，而电流表A的量程为0.6 A，电流表的指针几乎不动，无法准确读取电流值。
(2)电压表V2的量程为5 V，内阻为5 kΩ；电压表V1的量程为2 V，内阻约2 kΩ，定值电阻R2的阻值为3 kΩ；通过对比联想不难设想出：先将电压表V1与定值电阻R2串联，再与电压表V2并联，此时两个电压表恰好匹配，电路如图所示。
(3)根据U2＝U1＋U1RVR2，得RV＝U1R2U2－U1。U1表示电压表V1的电压，U2表示电压表V1和R2串联的总电压。
答案：(1)电流表A不能准确测量出流过电压表V1的电流
(2)见解析图 (3)见解析
3．实际电压表内阻并不是无限大，可等效为理想电流表与较大的电阻的串联。现要测量一只量程已知的电压表的内阻，器材如下：
A．待测电压表一只(量程3 V，内阻约3 kΩ)；
B．电流表一只(量程3 A，内阻0.01 Ω)；
C．电池组(电动势约为3 V，内阻不计)；
D．滑动变阻器一个；
E．变阻箱一个(可以读出电阻值，0～9 999 Ω)；
F．开关和导线若干。
某同学利用上面所给器材，进行如下实验操作：
(1)该同学设计了如图甲、乙两个实验电路。为了更准确地测出该电压表内阻的大小，你认为其中相对比较合理的是________(填“甲”或“乙”)电路。
(2)用你选择的电路进行实验时，闭合开关S，改变阻值，记录需要直接测量的物理量：电压表的读数U和________(填上文字和符号)。
(3)由所测物理量选择下面适当坐标轴，能作出相应的直线图线，计算出电压表的内阻的是( )
A．UI B．U1I
C.1UR D．UR
(4)设直线图像的斜率为k、截距为b，请写出待测电压表内阻表达式RV＝________。
解析：(1)题图甲所示电路滑动变阻器与电压表串联接入电路，电源电动势约为3 V，电压表内阻约为3 kΩ，由于电压表内阻太大，电路电流很小几乎为零，电流表无法准确读数，因此甲电路不合理；由于电阻箱电阻最大阻值为9 999 Ω，改变电阻箱阻值可以改变电压表示数，测出多组实验数据，因此比较合理的实验电路是图乙。
(2)选用图乙所示实验电路，闭合开关S，改变阻值，记录需要直接测量的物理量：电压表的读数U和电阻箱阻值R。
(3)由于电源内阻可以忽略不计，由闭合电路欧姆定律可得E＝U＋URVR，应用图像法处理实验数据时，应作出1UR图像，故选C。
