【步步高】版高考物理(全国通用)专题 电学实验

单元小结练 电学实验综合练习(限时：30分钟)1．分别用如图1所示的甲、乙两种电路测量同一未知电阻的阻值．图甲中两表的示数分别为3 V 、4 mA ，图乙中两表的示数分别为4 V 、3.9 mA ，则待测电阻R x 的真实值为( )图1A ．略小于1 k ΩB ．略小于750 ΩC ．略大于1 k ΩD ．略大于750 Ω 答案 D解析 先判断采用的测量方法，由于在两种不同的接法中电压表的示数变化大，说明测量的是小电阻，这样电流表分压较大，应该采用图甲进行测量比较准确．图甲中测量值为R测＝U 测I 测＝750 Ω，较真实值偏小．故D 项正确． 2．用螺旋测微器测圆柱体的直径时，示数如图2所示，此示数为________mm.用游标为50分度的卡尺(测量值可准确到0.02 mm)测定某圆柱的直径时，卡尺上的示数如图3所示，可读出圆柱的图2直径为________mm.图3答案 8.116 42.12解析 螺旋测微器读数时，首先要明确其精确度为0.01 mm ，读取固定刻度上的数值时，要看半毫米刻度线是否露出；游标卡尺读数时应注意精确度、单位，读法为主尺读数加游标尺读数．螺旋测微器读数为(8＋11.6×0.01) mm＝8.116 mm.游标卡尺读数为(42＋6×0.02) mm＝42.12 mm.3．如图4所示为一正在测量中的多用电表表盘．图4(1)如果是用×10 Ω挡测量电阻，则读数为________ Ω.(2)如果是用直流10 mA挡测量电流，则读数为______ mA.(3)如果是用直流5 V挡测量电压，则读数为________ V.答案(1)60 (2)7.2 (3)3.57解析用欧姆挡测量时，用最上面一排数据读数，读数为6×10 Ω＝60 Ω；用直流电流挡测量时，读取中间的三排数据的最底下一排数据，读数为7.2 mA；用直流电压挡测量时，读取中间的三排数据的中间一排数据较好，读数为35.7×0.1 V＝3.57 V. 4．(2012·天津理综·9(3))某同学在进行扩大电流表量程的实验时，需要知道电流表的满偏电流和内阻．他设计了一个用标准电流表G1来校对待测电流表G2的满偏电流和测定G2内阻的电路，如图5所示．已知G1的量程略大于G2的量程，图中R1为滑动变阻器，R2为电阻箱．该同学顺利完成了这个实验．图5①实验过程包含以下步骤，其合理的顺序依次为________(填步骤的字母代号)；A．合上开关S2B．分别将R1和R2的阻值调至最大C．记下R2的最终示数D．反复调节R1和R2的阻值，使G1的示数仍为I1，使G2的指针偏转到满刻度的一半，此时R2的最终示数为rE．合上开关S1F．调节R1使G2的指针偏转到满刻度，此时G1的示数为I1，记下此时G1的示数②仅从实验设计原理上看，用上述方法得到的G2内阻的测量值与真实值相比________(选填“偏大”“偏小”或“相等”)；③若要将G2的量程扩大为I，并结合前述实验过程中测量的结果，写出需在G2上并联的分流电阻R S的表达式，R S＝________.答案①BEFADC②相等③I1rI－I1解析①开关闭合前应使回路中的总电阻值最大，实验时，先闭合S1，调整R1使G2满偏，测出G2的满偏电流，然后利用半偏法(比较法)测出G2的电阻．故合理的顺序依次为BEFADC.②根据串、并联电路的特点，R 2、G 2两端的电压相等，即I 12r g ＝I 12r ，所以r g ＝r ，即测量值与真实值相等．③改装表的原理图如图所示，则I 1r ＝(I －I 1)R S所以分流电阻R S ＝I 1r I －I 1. 5．(2012·四川理综·22(2))为测量一电源的电动势及内阻(1)在下列三个电压表中选一个改装成量程为9 V 的电压表A ．量程为1 V 、内阻大约为1 k Ω的电压表B ．量程为2 V 、内阻大约为2 k Ω的电压表C ．量程为3 V 、内阻为3 k Ω的电压表选择电压表________串联________k Ω的电阻可以改装成量程为9 V 的电压表．(2)利用一个电阻箱、一只开关、若干导线和改装好的电压表(此表用符号、或与一个电阻串联来表示，且可视为理想电压表)，在虚线框内画出测量电源电动势及内阻的实验原理电路图．(3)根据以上实验原理电路图进行实验，读出电压表示数为1.50 V 时，电阻箱的阻值为15.0 Ω；电压表示数为2.00 V 时，电阻箱的阻值为40.0 Ω，则电源的电动势E ＝____ V ，内阻r ＝________Ω.答案 (1)或C 6 (2)见解析图 (3)7.5 10.0解析 (1)、的内阻不确定，故应选择进行改装，串联电阻R ＝(U U 0－1)R V ＝(93－1)× 3 k Ω＝6 k Ω.(2)本实验的原理为U ＝E －Ir ，利用变阻箱和电压表可获取电流I ，故电路图如图所示．(3)根据闭合电路欧姆定律知：E ＝3U ＋3U R ′·r 将U 1＝1.50 V ，R 1′＝15.0 Ω及U 2＝2.00 V ，R 2′＝40.0 Ω分别代入上式联立解方程组得E ＝7.5 V ，r ＝10.0 Ω.6．两位同学在实验室中利用如图6甲所示的电路测定值电阻R0、电源的电动势E和内阻r，调节滑动变阻器的滑动触头P向某一方向移动时，一个同学记录的是电流表A和电压表V1的测量数据，另一位同学记录的是电流表A和电压表V2的测量数据，并根据数据描绘了如图乙所示的两条U－I图线．回答下列问题：甲乙图6(1)根据甲、乙两同学描绘的图线，可知( )A．甲同学是根据电压表V1和电流表A的数据B．甲同学是根据电压表V2和电流表A的数据C．乙同学是根据电压表V1和电流表A的数据D．乙同学是根据电压表V2和电流表A的数据(2)图象中两直线的交点表示的物理意义是( )A．滑动变阻器的滑动触头P滑到了最右端B．电源的输出功率最大C．定值电阻R0上消耗的功率为0.5 WD．电源的效率达到最大值(3)根据图乙，可以求出定值电阻R0＝________Ω，电源电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.(4)该电路中电流表的读数能否达到0.6 A，试说明理由．________________________________________________________________________ 答案(1)AD (2)BC (3)2 1.5 1 (4)见解析解析(1)从电路连接可以看出，电流表A的读数增大时，电压表V1的读数减小，电压表V2的读数增大．甲同学是根据电压表V1和电流表A的数据绘制图象的，A正确，B错误；乙同学是根据电压表V2和电流表A的数据绘制图象的，C错误，D正确．(2)图象中两直线的交点表示电压表V1的读数与电压表V2的读数相等，即滑动变阻器的阻值为0，滑动变阻器的滑动触头P滑到了最左端，A错误；从图象可以得出电阻R0的阻值大于电源的内阻，滑动变阻器的阻值减小，电源的输出功率增大，两直线的交点对应滑动变阻器的阻值为0，即电源的输出功率最大，B正确；定值电阻R0消耗的功率为：P ＝U 2I ＝1.0×0.5 W＝0.5 W ，C 正确；电源的效率为：η＝UI EI ＝U E，U 越大，效率越大，D 错误．(3)从图象乙可以得出定值电阻R 0的阻值为：R 0＝U 2I ＝1.00.5Ω＝2 Ω；从甲同学的图象可以得出图象在U 轴上的截距为1.5 V ，即电源的电动势为1.5 V ，图象斜率的绝对值为：k ＝|ΔU 1ΔI |＝0.50.5＝1，即电源的内阻为r ＝1 Ω. (4)该电路中的电流为：I ＝E R ＋R 0＋r ，当R 最小为0时，电流最大，最大值为：I m ＝E R 0＋r＝1.52＋1A ＝0.5 A ，故该电路中电流表的读数不能达到0.6 A. 7．有一个小灯泡上标有“4 V,2 W”的字样，现在要用伏安法测量这个小灯泡的伏安特性曲线．现有下列器材供选用：A ．电压表V 1(0～5 V ，内阻约10 k Ω)B ．电压表V 2(0～10 V ，内阻约20 k Ω)C ．电流表A 1(0～0.3 A ，内阻约1 Ω)D ．电流表A 2(0～0.6 A ，内阻约0.4 Ω)E ．滑动变阻器R 1(0～10 Ω，2 A)F ．滑动变阻器R 2(0～100 Ω，0.2 A)G ．学生电源(直流6 V)、开关及导线(1)为了调节方便，测量尽可能准确，实验中应选用电压表________，电流表________，滑动变阻器________．(填器材前的选项符号)(2)为使实验误差尽量减小，要求从零开始多取几组数据，请在下面的虚线框中画出实验电路图．(3)P 为图7中图线上的一点，PN 为图线上P 点的切线，PQ 为U 轴的垂线，PM 为I 轴的垂线，则由图可知：随着所加电压的增加，小灯泡的电阻将________(填“增大”、“减小”或“不变”)；对应P 点，小灯泡的电阻值约为________Ω.(保留三位有效数字)图7答案 (1)A D E (2)见解析图 (3)增大 5.33解析 (1)由灯泡“4 V,2W”可知，I ＝P U ＝0.5 A ，故电压表选A ，电流表选D ，要求电压从0开始增大，可知用分压式接法，故滑动变阻器选E.(2)由R L R A <R VR L可知电流表外接，电路图如图所示．(3)I －U 图象中图线的斜率为电阻的倒数，所以随着电压的增加，小灯泡的电阻增大，结合图象和R ＝U I ，可得R ＝2.40.45Ω≈5.33 Ω. 8．某同学为了研究“3 V,0.3 W”的小灯泡L 从较低温度到正常发光过程中的电阻情况．设置了如下器材：电流表A 1(量程400 mA ，内阻r 1＝5 Ω)；电流表A 2(量程600 mA ，内阻r 2约为1 Ω)；电压表V(量程15 V ，内阻约为3 k Ω)；定值电阻R 0(5 Ω)；滑动变阻器R 1(0～10 Ω，额定电流为1 A)；滑动变阻器R 2(0～250 Ω，额定电流为0.3 A)；电源E (电动势3 V ，内阻较小)；开关一个，导线若干．(1)从以上给定的器材中选择恰当的器材．在虚线框内画出实验电路原理图，并在图中标出所用仪器的代号．(2)根据设计的方案，将图8中的器材连成符合要求的电路(有个别仪器可能不用)．图8(3)闭合开关S ，移动滑片P ，使________时，可知灯泡正常发光，此时灯泡的电阻为________(用测量的物理量表示)．答案 (1)、(2)见解析图 (3)A 1的示数为300 mA I 1r 1＋R 0I 2－I 1解析 测电阻的基本方法是伏安法，但由于小灯泡的额定电压为3 V ，比电压表的量程小得多，故无法用电压表测电压．可设计让定值电阻R 0与A 1串联，改装成一个适当量程的电压表，然后用A 2测量小灯泡和改装电表并联后的总电流，这样通过两表的示数就可以知道通过小灯泡的电流为I 2－I 1，小灯泡两端的电压为I 1(R 0＋r 1)，故小灯泡的电阻为R L ＝I 1r 1＋R 0I 2－I 1. 实验要求测量小灯泡L 从较低温度到正常发光过程中的电阻情况，即要求电压从0开始调节，故滑动变阻器应选用分压式接法．由于滑动变阻器R 2阻值太大，所以滑动变阻器选R 1；小灯泡正常发光时电压为3 V ，对应电流表读数为I 1＝U R 0＋r 1＝0.3 A ＝300 mA.则电路原理图如图甲所示，实物连接图如图乙所示使A 1的示数为300 mA 时，灯泡正常发光，此时R L ＝I 1r ＋R 0I 2－I 1，式中I 2为A 1表示数为300 mA 时，电流表A 2的读数，故I 1＝300 mA.。

实验九测定电源的电动势和内阻考纲解读 1.掌握用电流表和电压表测定电源的电动势和内阻的方法.2.掌握用图象处理实验数据的方法.3.掌握实物图连接的技巧．图1①图线与纵轴交点为E；考点一 对实验原理与操作的考查例1 图2甲是利用两个电流表和测量干电池电动势E 和内阻r 的电路原理图．图中S为开关，R 为滑动变阻器，固定电阻R 1的阻值和电流表的内阻之和为10 000 Ω(比r 和滑动变阻器的总电阻都大得多)，为理想电流表．(1)按电路原理图在图乙虚线框内各实物图之间画出连线完成实物电路图．图2(2)在闭合开关S 前，将滑动变阻器的滑动端c 移动至____(填“a 端”、“中央”或“b 端”)．(3)闭合开关S ，移动滑动变阻器的滑动端c 至某一位置，读出电流表和的示数I 1和I 2.多次改变滑动端c 的位置，得到的数据为在图31212图3(4)利用所得图线求得电源的电动势E ＝________ V ，内阻r ＝________ Ω.(保留两位小数)(5)该电路中电源输出的短路电流I 短＝________ A.解析 本题主要考查了实物图连接、实验注意事项、数据处理，本实验是用两个电流表测定电源的电动势和内阻，实质是将电流表与一定值电阻串联，改装成电压表使用． (1)实物连接如图所示(2)实验前应使滑动变阻器接入电路的电阻最大，因此应使滑片移到b 端． (3)作I 1－I 2图象如图所示(4)电动势E ＝I 1′(图象与纵轴截距)×10 000 V ＝1.49 V ，电源的内阻r ＝|k (图象斜率)|×10 000 Ω＝0.60 Ω.(5)电源输出的短路电流I 短＝Er≈2.5 A.答案 (1)见解析 (2)b 端 (3)见解析 (4)1.49(1.48～1.50) 0.60(0.55～0.65) (5)2.5(2.3～2.7)考点二对数据处理与图象应用的考查例2某中学生课外科技活动小组利用铜片、锌片和家乡盛产的柑橘制作了果汁电池，他们测量这种电池的电动势E和内阻r，并探究电极间距对E和r的影响．实验器材如图4所示．图4(1)测量E和r的实验方案为：调节滑动变阻器，改变电源两端的电压U和流过电源的电流I，依据公式________，利用测量数据作出U－I图象，得出E和r.(2)将电压表视为理想表，要求避免电流表分压作用对测量结果的影响，请在图4中用笔画线代替导线连接电路．(3)实验中依次减小铜片与锌片的间距，分别得到相应果汁电池的U－I图象如图5中(a)、(b)、(c)、(d)所示，由此可知：在该实验中，随电极间距的减小，电源电动势________(填“增大”、“减小”或“不变”)，电源内阻________(填“增大”、“减小”或“不变”)．图5解析(1)本题是利用伏安法测电源的电动势和内阻，由E＝U＋Ir得U＝E－Ir.(2)连接电路图要从电源正极出发，先连接串联部分，最后再进行并联，并注意电压表、电流表的正、负接线柱，以防接反．(3)在电源的U－I图象中，纵轴截距表示电源电动势，斜率的绝对值表示电源的内阻，由题图可得，电极间距减小时，电源电动势不变，内阻增大． 答案 (1)U ＝E －Ir (2)如图所示(3)不变 增大创新实验设计测定电源的电动势和内阻的其他几种方法1．安阻法：用一个电流表和电阻箱测量，电路如图6所示，测量原理为：E ＝I 1(R 1＋r )，E＝I 2(R 2＋r )，由此可求出E 和r ，此种方法使测得的电动势无偏差，但内阻偏大．图62．伏阻法：用一个电压表和电阻箱测量，电路如图7所示，测量原理为：E ＝U 1＋U 1R 1r ，E＝U 2＋U 2R 2r .由此可求出r 和E ，此种方法测得的电动势和内阻均偏小．图73．伏伏法：用两个电压表可测得电源的电动势，电路如图8所示．测量方法为：断开S ，测得V 1、V 2的示数分别为U 1、U 2，此时，E ＝U 1＋U 2＋U 1R V r ，R V 为V 1的内阻；再闭合S ，V 1的示数为U 1′，此时E ＝U 1′＋U 1′R Vr ，解方程组可求得E 、r .图84．粗测法：用一只电压表粗测电动势，直接将电压表接在电源两端，所测值近似认为是电源的电动势，此时U ＝ER VR V ＋r≈E ，需满足R V ≫r .例3 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，为了提高实验的精确度，需要测量电压表的内阻．实验器材中恰好有一块零刻度在中央的双向电压表，该同学便充分利用这块电压表，设计了如图9所示的实验电路，既能实现对该电压表的内阻的测量，又能利用该表完成水果电池组电动势和内阻的测量．他用到的实验器材有：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2 V ，内阻约为2 kΩ)、电阻箱(0～9 999 Ω)、滑动变阻器(0～200 Ω)，一个单刀双掷开关及若干导线．图9(1)该同学按如图9所示电路图连线后，首先测出了电压表的内阻．请完善测量电压表内阻的实验步骤：①将R 1的滑动触头滑至最左端，将S 拨向1位置，将电阻箱阻值调为0；②调节R 1的滑动触头，使电压表示数达到满偏；③保持__________不变，调节R 2，使电压表的示数达到________； ④读出电阻箱的阻值，记为R 2，则电压表的内阻R V ＝________.(2)若测得电压表内阻为2 kΩ，可分析此测量值应________真实值．(填“大于”、“等于”或“小于”)(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将开关S 拨至________(填“1”或“2”)位置，将R 1的滑动触片移到最________端，不再移动；②调节电阻箱的阻值，使电压表的示数达到一个合适值，记录下电压表的示数和电阻箱的阻值；③重复步骤②，记录多组电压表的示数及对应的电阻箱的阻值．(4)若将电阻箱与电压表并联后的阻值记录为R ，作出1U －1R图象，则可消除系统误差，如图10所示，其中纵截距为b ，斜率为k ，则电动势的表达式为________，内阻的表达式为________．图10解析 (1)由题图可知，当S 拨向1位置，滑动变阻器R 1在电路中为分压式接法，利用电压表的半偏法得：调节R 1使电压表满偏，保持R 1不变，R 2与电压表串联，调节R 2使电压表的示数达到半偏(或最大值的一半)，则电压表的内阻R 1与电阻箱示数R 2相同．(2)由闭合电路欧姆定律可知，调节R 2变大使电压表达到半偏的过程中，总电阻值变大，干路总电流变小，由E ＝I ·r ＋U 外得U 外变大，由电路知U 外＝U 并＋U 右，变阻器的滑动触头右侧分得的电压U右＝I ·R 右变小，则U 并变大，电压表半偏时，R 2上分得的电压就会大于电压表上分得的电压，那么R 2的阻值就会大于电压表的阻值．(3)测水果电池组的电动势和内阻，利用伏阻法，S 拨到2，同时将R 1的滑动触头移到最左端．利用E ＝U 1＋U 1R 2·r ，E ＝U 1′＋U 1′R 2′·r ，联合求E 、r .(4)由闭合电路欧姆定律得E ＝U ＋U R ·r ，变形得1U ＝r E ·1R ＋1E ，r E ＝k ，1E ＝b ，得E ＝1b ，r ＝kb .答案 (1)③R 1 半偏(或最大值的一半) ④R 2 (2)大于 (3)①2 左 (4)E ＝1b r ＝k b1．下列给出多种用伏安法测定电源电动势和内阻的数据处理方法，其中既能减小偶然误差，又直观、简便的方法是( )A ．测出两组I 、U 的数据，代入方程组E ＝U 1＋I 1r 和E ＝U 2＋I 2r ，求出E 和rB ．多测几组I 、U 的数据，求出几组E 、r ，最后分别求出其平均值C ．测出多组I 、U 的数据，画出U —I 图象，再根据图象求出E 、rD ．测出多组I 、U 的数据，分别求出I 和U 的平均值，用电压表测出断路时的路端电压即为电动势E ，再用闭合电路欧姆定律求出内电阻r 答案 C解析A中只测两组数据求出E、r，偶然误差较大；B中计算E、r平均值虽然能减小误差，但太繁琐；D中分别求I、U的平均值是错误的做法．2．用电流表和电压表测干电池的电动势和内阻，提供的器材如图11甲所示．(1)用笔画线代替导线把图甲所示的实物连接成测量电路．(两节干电池串联作为电源，图中有部分线路已连接好)图11(2)图乙中的6个点表示实验中测得的6组电流I、电压U的值，按照这些实验值作出U－I图线，由此图线求得的电源电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.(结果保留小数点后两位数字)答案(1)测量电路如图所示．(2)按照实验值作出的U－I图线如图所示2．95(2.94～2.96均可)0.71(0.68～0.74均可)解析(1)由于电压表内阻较大，电压表的分流作用对干路电流的测量影响很小，可以不考虑，故电压表应接在干电池两端；注意开关要控制整个电路．(2)描点连线的原则：尽可能多的点在直线上，不在直线上的点要均匀分布在直线的两侧．U－I图线中的纵轴的截距表示电源的电动势，即E＝2.95 V；斜率的绝对值表示电源的内阻，即r ＝|ΔUΔI|＝0.71 Ω.3．某班举行了一次物理实验操作技能比赛，其中一项比赛为用规定的电学元件设计合理的电路图，并能较准确地测量一电池组的电动势及其内阻．给定的器材如下： A ．电流表G(满偏电流10 mA ，内阻10 Ω) B ．电流表A(0～0.6 A ～3 A ，内阻未知) C ．滑动变阻器R 0(0～100 Ω，1 A) D ．定值电阻R (阻值990 Ω) E ．多用电表 F ．开关与导线若干(1)小刘同学首先用多用电表的直流10 V 挡粗略测量电池组的电动势，电表指针如图12所示，则该电表读数为________V .图12(2)该同学再用提供的其他实验器材，设计了如图13甲所示的电路，请你按照电路图在图乙上完成实物连线．图13(3)图丙为该同学根据上述设计的实验电路利用测出的数据绘出的I 1－I 2图线(I 1为电流表G 的示数，I 2为电流表A 的示数)，则由图线可以得到被测电池组的电动势E ＝________V ，内阻r ＝________Ω(保留2位有效数字)． 答案 (1)7.2 (2)如图所示 (3)7.5 5.04．小明要测量一电源的电动势E 和内阻r ，实验器材有：一只DIS 电流传感器(可视为理想电流表，测得的电流用I 表示)，一只电阻箱(阻值用R 表示)，一只开关和导线若干．该同学设计了如图14所示的电路进行实验和采集数据．图14(1)小明设计该实验的原理表达式是________(用E 、r 、I 、R 表示)；(2)小明在闭合开关之前，应先将电阻箱阻值调至________(选填“最大值”、“最小值”或“任意值”)，在实验过程中，将电阻箱调至如图15所示位置，则此时电阻箱接入电路的阻值为________Ω；图15(3)小明根据实验采集到的数据作出如图16所示的1I －R 图象，则由图象求得，该电源的电动势E ＝________V ，内阻r ＝________Ω(结果均保留两位有效数字)．图16答案 (1)E ＝I (R ＋r ) (2)最大值 25 (3)6.2(6.0～6.4均可) 2.5(2.4～2.6均可)解析 (1)在闭合电路中，E 、I 、R 、r 几个量之间的关系是E ＝I (R ＋r )．(2)为了整个电路的安全，所以开始电流要最小，即电阻箱电阻调到最大值；题图中电阻箱读数为25 Ω.(3)根据E ＝I (R ＋r )，推出1I ＝R E ＋r E ，再结合1I －R 图象可知：图线的斜率为1E ，截距为r E，解得E ＝6.2 V(6.0～6.4均可)，r ＝2.5 Ω(2.4～2.6均可)．5．(2013·安徽理综·21Ⅲ)根据闭合电路欧姆定律，用图17所示电路可以测定电池的电动势和内电阻．图中R 0是定值电阻，通过改变R 的阻值，测出R 0两端的对应电压U 12，对所得的实验数据进行处理，就可以实现测量目的，根据实验数据在1U 12—R 坐标系中描出坐标点，如图18所示．已知R 0＝150 Ω，请完成以下数据分析和处理．图17图18(1)图18中电阻为________Ω的数据点应剔除；(2)在坐标纸上画出1U 12—R 关系图线； (3)图线的斜率是________(V －1·Ω－1)，由此可得电池电动势E x ＝________V .答案 (1)80.0 (2)见解析图 (3)4.44×10－3 1.50 解析 (1)由闭合电路欧姆定律可知：E x ＝U 12R 0(R ＋r x )＋U 12 即1U 12＝1E x R 0R ＋1E x ⎝⎛⎭⎫1＋r x R 0 由此可知1U 12—R 关系图线是一条直线．电阻R ＝80.0 Ω的点偏离直线较为明显，应剔除．(2)画出1U 12—R 关系图线如图所示(3)斜率k ＝1.52－0.72180V －1·Ω－1＝4.44×10－3 V －1·Ω－1 结合1U 12＝1E x R 0R ＋1E x (1＋r x R 0)可知： 1E x R 0＝4.44×10－3 所以E x ＝1.50 V。

2025高考物理步步高同步练习选修2第二章1楞次定律课时1实验：探究影响感应电流方向的因素[学习目标] 1.通过实验探究电流表指针的偏转方向与感应电流方向之间的关系.2.通过实验探究感应电流的方向与磁通量的变化之间的关系．一、实验原理1．由电流表指针偏转方向与电流方向的关系，找出感应电流的方向．2．通过实验，观察、分析原磁场方向和磁通量的变化，记录感应电流的方向，然后归纳出感应电流的方向与原磁场方向、原磁通量变化之间的关系．二、实验器材条形磁体，螺线管，电流表，导线若干，滑动变阻器，开关，干电池，电池盒．三、实验过程1．探究电流表指针的偏转方向和电流方向之间的关系．实验电路如图1甲、乙所示：图1结论：电流从哪一侧接线柱流入，指针就向哪一侧偏转，即左进左偏，右进右偏．(指针偏转方向应由实验得出，并非所有电流表都是这样的)2．探究条形磁体插入或拔出线圈时感应电流的方向(1)按图2连接电路，明确螺线管的绕线方向．(2)按照控制变量的方法分别进行N极(S极)向下插入线圈和N极(S极)向下时抽出线圈的实验．图2(3)观察并记录磁场方向、电流方向、磁通量大小变化情况，并将结果填入表格．甲乙丙丁条形磁体运动的情况N极向下插入线圈S极向下插入线圈N极朝下时抽出线圈S极朝下时抽出线圈原磁场方向(“向上”或“向下”)穿过线圈的磁通量变化情况(“增加”或“减少”)感应电流的方向(在螺线管上方俯视)逆时针顺时针顺时针逆时针感应电流的磁场方向(“向上”或“向下”)原磁场与感应电流磁场方向的关系(4)整理器材．四、结果分析根据上表记录，得到下述结果：甲、乙两种情况下，磁通量都增加，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，阻碍磁通量的增加；丙、丁两种情况下，磁通量都减少，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，阻碍磁通量的减少．实验结论：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化．五、注意事项1．确定电流方向与电流表指针偏转方向的关系时，要用试触法并注意减小电流强度，防止电流过大或通电时间过长损坏电流表．2．电流表选用零刻度在中间的灵敏电流计．3．实验前设计好表格，并明确线圈的绕线方向．4．按照控制变量的思想进行实验．5．完成一种操作后，等电流计指针回零后再进行下一步操作.我们可以通过实验探究电磁感应现象中感应电流方向的决定因素和其所遵循的物理规律．以下是实验探究过程的一部分．(1)如图3甲所示，当磁体的N极向下运动时，发现电流表指针偏转，若要探究线圈中产生的感应电流的方向，必须知道电流从正(负)接线柱流入时，_______________________________.图3(2)如图乙所示，实验中发现闭合开关时，电流表指针向右偏转，电路稳定后，若向左移动滑动变阻器滑片，则电流表指针向________偏转；若将线圈A抽出，则电流表指针向________偏转．(均填“左”或“右”)答案(1)电流表指针的偏转方向(2)右左解析(1)要探究线圈中感应电流的方向，必须知道感应电流从正(负)接线柱流入时，电流表指针的偏转方向．(2)闭合开关时，线圈A中的磁场增强，线圈B中产生的感应电流使电流表指针向右偏转．当向左移动滑动变阻器滑片时，会使线圈A中的磁场增强，电流表指针将向右偏转；当将线圈A抽出时，线圈A在线圈B处的磁场减弱，线圈B中产生的感应电流将使电流表指针向左偏转．针对训练(2020·南充市高级中学高二期中)有一灵敏电流计，当电流从它的正接线柱流入时，指针向正接线柱一侧偏转．现把它与一个线圈串联，将磁体从线圈上方插入或拔出，如图4所示．请完成下列填空：图4(1)图甲中灵敏电流计指针的偏转方向为_______．(填“偏向正接线柱”或“偏向负接线柱”)(2)图乙中磁体下方的极性是________．(填“N极”或“S极”)(3)图丙中磁体的运动方向是________．(填“向上”或“向下”)(4)图丁中线圈从上向下看的电流方向是________．(填“顺时针”或“逆时针”)答案(1)偏向正接线柱(2)S极(3)向上(4)逆时针解析(1)由题图甲可知，磁体向下运动，穿过线圈的磁通量增加，原磁场方向向下，则线圈中感应电流方向(从上向下看)为逆时针方向，即电流从正接线柱流入电流计，指针偏向正接线柱．(2)由题图乙可知，电流从负接线柱流入电流计，根据安培定则，感应电流的磁场方向向下，又知磁通量增加，根据楞次定律可知，磁体下方的极性为S极．(3)由题图丙可知，磁场方向向下，电流从负接线柱流入电流计，根据安培定则，感应电流的磁场方向向下，根据楞次定律可知，磁通量减小，磁体向上运动．(4)由题图丁可知，磁体向上运动，穿过线圈的磁通量减小，原磁场方向向上，根据楞次定律可知感应电流方向(从上向下看)为逆时针方向．现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流表及开关按图5所示连接，在保持开关闭合、线圈A放在线圈B中的情况下．某同学发现当他将滑动变阻器的滑片P向左加速滑动时，电流表指针向右偏转．由此可以推断()图5A．线圈A向上移动或滑动变阻器的滑片P向右加速滑动，都能引起电流表指针向左偏转B．线圈A向上移动或断开开关，都能引起电流表指针向右偏转C．滑动变阻器的滑片P匀速向左或匀速向右滑动，都能使电流表指针静止在中央D．因为线圈A、线圈B的绕线方向未知，所以无法判断电流表指针偏转的方向答案 B解析线圈A向上移动或断开开关时，穿过线圈B的磁通量减少，电流表指针向右偏转，故A错误，B正确；P匀速向左滑动时穿过线圈B的磁通量减少，电流表指针向右偏转，P匀速向右滑动时穿过线圈B的磁通量增加，电流表指针向左偏转，故C错误；由以上分析可知，D错误.1．某同学用如图6所示的实验器材探究电磁感应现象．他连接好电路并检查无误后，闭合开关的瞬间观察到电流表指针向右偏转．开关闭合后，他将滑动变阻器的滑片P向E端快速移动，电流表指针将________．(选填“左偏”“右偏”或“不偏”)图6答案左偏解析闭合开关的瞬间，穿过线圈B的磁通量增加，电流表指针向右偏转，这说明线圈B磁通量增加，指针向右偏；开关闭合后，将滑动变阻器的滑片P向E端快速移动，穿过线圈B 的磁通量减少，电流表指针将向左偏转．2．(2020·沈阳市期末)如图7所示是“探究影响感应电流方向的因素”的实验装置．图7(1)将图中所缺导线补充完整．(2)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关后，将A线圈迅速插入B线圈中，电流计指针将________(填“向左偏”或“向右偏”)，A线圈插入B线圈后，将滑动变阻器滑片迅速向左移动时，电流计指针将________(填“向左偏”或“向右偏”)．(3)在灵敏电流计所在的电路中，为电路提供电流的是________(填图中仪器的字母)．答案(1)见解析图(2)向右偏向左偏(3)B解析(1)将线圈B和灵敏电流计串联组成一个回路，将开关、滑动变阻器、电源、线圈A串联组成另一个回路即可，连接图如图所示．(2)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，说明穿过B线圈的磁通量增加，电流计指针向右偏，合上开关后，将A线圈迅速插入B线圈中时，穿过B线圈的磁通量增加，灵敏电流计指针将向右偏；A线圈插入B线圈后，将滑动变阻器滑片迅速向左移动时，线圈A中电流减小，穿过B线圈的磁通量减少，电流计指针将向左偏．(3)在灵敏电流计所在的电路中，为电路提供电流的是线圈B.3．在“探究感应电流的方向与哪些因素有关”的实验中，请完成下列实验步骤：(1)为弄清灵敏电流表指针偏转方向与电流方向的关系，可以使用一个已知正负极的直流电源进行探究．某同学想到了多用电表内部某一挡，含有直流电源，他应选用多用电表的________(选填“欧姆”“直流电流”“直流电压”“交流电流”或“交流电压”)挡，对灵敏电流表进行测试，由实验可知当电流从正接线柱流入电流表时，指针向右摆动．(2)该同学先将多用电表的红表笔接灵敏电流表的正接线柱，再将黑表笔________(选填“短暂”或“持续”)接灵敏电流表的负接线柱，若灵敏电流表的指针向左摆动，说明电流是由电流表的________(选填“正”或“负”)接线柱流入灵敏电流表的．(3)实验中该同学将磁体某极向下从线圈上方插入线圈时，发现电流表的指针向右偏转，请在图8中用箭头画出线圈电流方向并用字母N、S标出磁体的极性．图8答案(1)欧姆(2)短暂负(3)见解析图解析(1)用多用电表的欧姆挡时，内部电路含有直流电源．(2)灵敏电流表量程太小，欧姆表内部电源电压相对偏大，电流超过电流表量程，长时间超量程通电会损坏电流表；欧姆表红表笔连接着电源的负极，灵敏电流表的指针向左摆动，说明电流从电流表的负接线柱流入．(3)电流表的指针向右偏转，说明电流从正接线柱进入电流表，感应电流的磁场方向向下，故原磁场方向向上，插入的是S极，如图所示．课时2楞次定律[学习目标] 1.理解楞次定律中“阻碍”的含义，能熟练运用楞次定律判断感应电流的方向.2.掌握右手定则，认识右手定则是楞次定律的一种具体表现形式．一、楞次定律1．内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化．2．从能量角度理解楞次定律感应电流沿着楞次定律所述的方向，是能量守恒定律的必然结果，当磁极插入线圈或从线圈内抽出时，推力或拉力做功，使机械能转化为感应电流的电能．二、右手定则伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向．1．判断下列说法的正误．(1)感应电流的磁场总是与引起感应电流的磁场方向相反．(×)(2)感应电流的磁场可能与引起感应电流的磁场方向相同．(√)(3)感应电流的磁场总是阻止引起感应电流的磁通量的变化．(×)(4)右手定则和楞次定律都适用于所有电磁感应现象中感应电流方向的判断．(×)(5)感应电流沿楞次定律所描述的电流方向，说明电磁感应现象遵守能量守恒定律．(√) 2．如图1所示，光滑平行金属导轨PP′和QQ′都处于同一水平面内，P、Q之间连接一电阻R，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中．现垂直于导轨放置一根导体棒MN，MN向右运动时，MN中的电流方向为________，MN向左运动时，MN中的电流方向为________．(均选填“M→N”或“N→M”)图1答案N→M M→N一、对楞次定律的理解1．楞次定律中的因果关系楞次定律反映了电磁感应现象中的因果关系，磁通量发生变化是原因，产生感应电流是结果．2．对“阻碍”的理解问题结论谁阻碍谁感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁场(原磁场)的磁通量的变化为何阻碍原磁场的磁通量发生了变化阻碍什么阻碍的是磁通量的变化，而不是阻碍磁通量本身如何阻碍当原磁场的磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反；当原磁场的磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同，即“增反减同”结果如何阻碍并不是阻止，只是延缓了磁通量的变化，这种变化将继续进行，最终结果不受影响3.“阻碍”的表现形式从磁通量变化的角度看：感应电流的效果是阻碍磁通量的变化．从相对运动的角度看：感应电流的效果是阻碍相对运动．关于楞次定律，下列说法正确的是()A．感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化B．感应电流的磁场总是阻止磁通量的变化C．原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场同向D．感应电流的磁场总是与原磁场反向，阻碍原磁场的变化答案 A解析感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，阻碍并不是阻止，只是起到延缓的作用，选项A正确，B错误；原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场反向，选项C错误；当原磁通量增加时感应电流的磁场与原磁场反向，当原磁通量减少时感应电流的磁场与原磁场同向，选项D错误．二、楞次定律的应用应用楞次定律判断感应电流方向的步骤(1)明确所研究的闭合回路，判断原磁场方向．(2)判断闭合回路内原磁场的磁通量变化．(3)依据楞次定律判断感应电流的磁场方向．(4)利用右手螺旋定则(安培定则)判断感应电流的方向．某磁场的磁感线如图2所示，有一闭合铝质线圈自图示位置A落至位置B，在下落的过程中，自上向下看，铝质线圈中的感应电流方向是()图2A．先沿顺时针方向，再沿逆时针方向B．先沿逆时针方向，再沿顺时针方向C．始终沿顺时针方向D．始终沿逆时针方向答案 A解析在线圈在下落过程中，磁感应强度先增大后减小，所以穿过线圈的磁通量先增大后减小，线圈从A处落到磁感应强度最大位置处的过程中，穿过线圈的磁通量变大，感应电流产生的磁场方向向下，所以感应电流的方向为顺时针．线圈从磁感应强度最大位置处落到B处的过程中，穿过线圈的磁通量减小，感应电流产生的磁场方向向上，所以感应电流的方向为逆时针，A正确，B、C、D错误．针对训练1如图3所示，一圆形金属环与两固定的平行长直导线在同一竖直面内，环的圆心与两导线距离相等，环的直径小于两导线间距．两导线中通有大小相等、方向向下的恒定电流．则下列说法正确的是()图3A．若金属环向上运动，则环上的感应电流方向为顺时针方向B．若金属环向下运动，则环上的感应电流方向为顺时针方向C．若金属环向左侧直导线靠近，则环上的感应电流方向为逆时针方向D．若金属环向右侧直导线靠近，则环上的感应电流方向为逆时针方向答案 D解析根据楞次定律，当金属圆环上、下运动时，穿过圆环的磁通量不发生变化，故没有感应电流产生，故A、B错误；当金属圆环向左侧直导线靠近时，穿过圆环垂直纸面向外的磁场增强，根据楞次定律及安培定则可知，产生的感应电流方向为顺时针，故C错误；当金属圆环向右侧直导线靠近时，穿过圆环垂直纸面向里的磁场增强，根据楞次定律及安培定则可知，产生的感应电流方向为逆时针，故D正确．三、右手定则的理解和应用导学探究如图4所示，导体棒ab向右做切割磁感线运动．图4(1)请用楞次定律判断感应电流的方向．(2)感应电流I的方向、原磁场B的方向、导体棒运动的速度v的方向三者之间满足什么关系？根据课本P27右手定则，自己试着做一做．答案(1)感应电流的方向为a→d→c→b→a；(2)满足右手定则．知识深化1．右手定则适用范围：闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流方向的判断．2．右手定则反映了磁场方向、导体运动方向和感应电流方向三者之间的关系：(1)大拇指所指的方向是导体相对磁场切割磁感线的运动方向，既可以是导体运动而磁场未动，也可以是导体未动而磁场运动，还可以是两者以不同速度同时运动．(2)四指指向电流方向，切割磁感线的导体相当于电源．3．楞次定律与右手定则的比较规律比较内容楞次定律右手定则区别研究对象整个闭合回路闭合回路的一部分，即做切割磁感线运动的导体适用范围各种电磁感应现象只适用于部分导体在磁场中做切割磁感线运动的情况联系右手定则是楞次定律的特例如图5所示，边长为d的正方形线圈，从位置A开始向右运动，并穿过宽度为L(L>d)的匀强磁场区域到达位置B，则()图5A．整个过程，线圈中始终有感应电流B．整个过程，线圈中始终没有感应电流C．线圈进入磁场和离开磁场的过程中，有感应电流，方向都是逆时针方向D．线圈进入磁场过程中，感应电流的方向为逆时针方向；离开磁场的过程中，感应电流的方向为顺时针方向答案 D解析在线圈进入或离开磁场的过程中，穿过线圈的磁通量发生变化，有感应电流产生，线圈完全在磁场中时，穿过线圈的磁通量不变，没有感应电流产生，选项A、B错误；由右手定则可知，线圈进入磁场过程中，线圈中感应电流沿逆时针方向，线圈离开磁场过程中，感应电流沿顺时针方向，选项C错误，D正确．针对训练2如图所示为闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情景，分析各图中感应电流的方向，在导体中由a→b的是()答案 A解析题图四幅图都属于闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动的情景，用右手定则判断可得：A中电流由a→b，B中电流由b→a，C中电流沿a→c→b→a方向，D中电流由b→a，故A正确．1.(楞次定律的应用)如图6所示，在匀强磁场中有一个用比较软的金属导线制成的闭合圆环．在此圆环的形状由圆形变成正方形的过程中()图6A．环中有感应电流，方向为a→d→c→b→aB．环中有感应电流，方向为a→b→c→d→aC．环中无感应电流D．条件不够，无法确定有无感应电流答案 A解析由圆形变成正方形的过程中，面积减小，磁通量减小，由楞次定律可知，环中产生a→d→c→b→a方向的感应电流，A正确．2．(楞次定律的应用)如图7所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd在细长磁铁的N极附近竖直下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，位置Ⅰ和位置Ⅲ都很接近位置Ⅱ，这个过程中线圈中的感应电流()图7A．沿abcda流动B．沿dcbad流动C．先沿abcda流动，后沿dcbad流动D．先沿dcbad流动，后沿abcda流动答案 A解析由条形磁铁的磁场分布可知，线圈在位置Ⅱ时穿过闭合线圈的磁通量最小，为零，线圈从位置Ⅰ到位置Ⅱ，从下向上穿过线圈的磁通量在减少，线圈从位置Ⅱ到位置Ⅲ，从上向下穿过线圈的磁通量在增加，根据楞次定律及右手螺旋定则可知感应电流的方向是abcda，故选A.3．(右手定则的应用)(多选)闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，如图所示，能正确表示磁感应强度B的方向、导体运动速度方向与产生的感应电流方向间关系的是()答案BC解析图A中导体不切割磁感线，导体中无电流，A错误；由右手定则可判断B、C正确；图D中感应电流方向应垂直纸面向外，D错误．考点一楞次定律的理解和应用1．(多选)关于感应电流，下列说法正确的是()A．根据楞次定律知，感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁通量B．感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化C．感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向可能相同，也可能相反D．当导体做切割磁感线运动时，只能用安培定则确定感应电流的方向答案BC2.(多选)如图1所示，有界匀强磁场竖直向下穿过光滑的水平桌面，一椭圆形导体框平放在桌面上，使导体框从左边进入磁场，从右边穿出磁场．下列说法正确的是()图1A．导体框进入磁场过程中，感应电流的方向为顺时针方向B．导体框离开磁场过程中，感应电流的方向为顺时针方向C．导体框全部在磁场中运动时，感应电流的方向为顺时针方向D．导体框全部在磁场中运动时，无感应电流产生答案BD解析根据楞次定律，导体框进入磁场过程中，感应电流的方向为逆时针方向，导体框离开磁场过程中，感应电流的方向为顺时针方向，导体框全部在磁场中运动时，没有感应电流产生，故A、C错误，B、D正确．3.(2020·辽宁师大附中高二上月考)1931年，英国物理学家狄拉克从理论上预言：存在只有一个磁极的粒子，即“磁单极子”.1982年，美国物理学家卡布莱设计了一个寻找磁单极子的实验：他设想，如果一个只有N极的磁单极子从上向下穿过如图2所示的闭合超导线圈，那么，从上向下看，这个线圈中将出现()图2A．先是逆时针方向，然后是顺时针方向的感应电流B．先是顺时针方向，然后是逆时针方向的感应电流C．顺时针方向的持续流动的感应电流D．逆时针方向的持续流动的感应电流答案 D解析当N磁单极子向下靠近线圈时，穿过线圈向下的磁通量增加，当N磁单极子向下远离线圈时，穿过线圈的磁通量向上且减小，根据楞次定律结合安培定则可知，产生的感应电流均为逆时针方向，选项D正确．4.如图3所示，通有恒定电流的直导线右侧有一矩形线框abcd，导线与线框共面．如果线框运动时产生方向为abcda的感应电流，线框可能的运动是()图3A．向上平移B．向下平移C．向左平移D．向右平移答案 C解析导线中电流不变时，产生的磁场不变，导线周围的磁感应强度不变，线框上下平移时穿过线框的磁通量不变，即不会产生感应电流，故A、B错误；线框向左平移时，线框中的磁感应强度增大，穿过线框的磁通量增大，可以产生感应电流，根据楞次定律可知电流方向为abcda，故C正确；线框向右平移时，线框中的磁感应强度减小，穿过线框的磁通量减小，可以产生感应电流，根据楞次定律可知电流方向为adcba，故D错误．5.(2020·厦门外国语学校期末)1831年法拉第把两个线圈绕在一个铁环上，A线圈与电源、滑动变阻器R组成一个回路，B线圈与开关S、电流表G组成另一个回路，如图4所示．通过多次实验，法拉第终于总结出产生感应电流的条件．关于该实验，下列说法正确的是()图4A．闭合开关S的瞬间，电流表G中有a→b的感应电流B．闭合开关S的瞬间，电流表G中有b→a的感应电流C．闭合开关S后，在增大滑动变阻器R接入电路的阻值的过程中，电流表G中有a→b的感应电流D．闭合开关S后，在增大滑动变阻器R接入电路的阻值的过程中，电流表G中有b→a的感应电流答案 D解析闭合开关S的瞬间，通过B线圈的磁通量不发生变化，B线圈中不产生感应电流，故选项A、B错误；闭合开关S后，在增大滑动变阻器R接入电路的阻值的过程中，A线圈中的电流逐渐减小，即B线圈处于逐渐减弱的磁场中，由安培定则和楞次定律可知，电流表G 中的感应电流方向为b→a，故选项C错误，D正确．6.如图5所示，AOC是光滑的金属导轨，AO沿竖直方向，OC沿水平方向，ab是一根金属棒，与导轨接触良好，它从图示位置由静止开始在重力作用下运动，运动过程中b端始终在OC 上，a端始终在OA上，直到金属棒完全落在OC上，空间存在着匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，则ab棒在上述过程中()图5A．感应电流方向是b→aB．感应电流方向是a→bC．感应电流方向先是b→a，后是a→bD．感应电流方向先是a→b，后是b→a答案 C解析由几何知识可知，在金属棒向下滑动的过程中，金属棒与导轨所围成的三角形面积先增大后减小，三角形aOb内的磁通量先增大后减小，由楞次定律可知，感应电流方向先是b→a，后是a→b，C项正确．。

2025高考物理步步高同步练习必修3学习笔记第十章静电场中的能量第2课时实验：观察电容器的充、放电现象一、实验原理1．电容器的充电过程如图所示，当开关S接1时，电容器接通电源，在静电力的作用下自由电子从正极板经过电源向负极板移动，正极板因________电子而带________电，负极板因________电子而带________电．正、负极板带________的正、负电荷．电荷在移动的过程中形成电流．在充电开始时电流比较________(填“大”或“小”)，以后随着极板上电荷的增多，电流逐渐________(填“增大”或“减小”)，当电容器两极板间电压等于电源电压时电荷停止定向移动，电流I＝0.2．电容器的放电过程如图所示，当开关S接2时，电容器通过电阻R放电，放电电流由电容器的正极板经过电阻R流向电容器的负极板，电容器正、负极板上电荷发生________．放电开始时电流较________(填“大”或“小”)，随着两极板上的电荷量逐渐减小，电路中的电流逐渐________(填“增大”或“减小”)，两极板间的电压也逐渐减小到零．二、实验器材6 V的直流电源、单刀双掷开关、平行板电容器、电流表、电压表、小灯泡、导线若干．三、实验步骤1．按图连接好电路．2．把单刀双掷开关S接在上面，使触点1和触点2连通，观察电容器的充电现象，并将结果记录在表格中．3．将单刀双掷开关S接在下面，使触点3和触点2连通，观察电容器的放电现象，并将结果记录在表格中．4．记录好实验结果，关闭电源．四、实验记录和分析实验项目实验现象电容器充电灯泡灯泡的亮度由________到________最后________(选填“明”“暗”或“熄灭”)电流表1电流表1的读数由________到________最后为________(选填“大”“小”或“零”)电压表电压表的读数由______(选填“大”或“小”)到______(选填“大”或“小”)最后为________电容器放电灯泡灯泡的亮度由__________到________最后________(选填“明”“暗”或“熄灭”)电流表2电流表2的读数由________到________最后为________(选填“大”“小”或“零”)电压表电压表的读数由______(选填“大”或“小”)到______(选填“大”或“小”)最后为_________________五、注意事项1．电流表要选用小量程的灵敏电流计．2．要选择大容量的电容器．3．实验要在干燥的环境中进行．4．在做放电实验时，在电路中串联一个电阻(小灯泡)，以免烧坏电流表.一、电容器充、放电现象的定性分析例1在如图所示实验中，关于平行板电容器的充、放电，下列说法正确的是()A．开关接1时，平行板电容器充电，且上极板带正电B．开关接1时，平行板电容器充电，且上极板带负电C ．开关接2时，平行板电容器充电，且上极板带正电D ．开关接2时，平行板电容器充电，且上极板带负电电容器的充电和放电1．充电：把电容器的两个极板与电源的正负极相连，使两个极板上带上等量异种电荷的过程．充电后，跟电源正极相连的极板带正电，跟电源负极相连的极板带负电．充电过程如图甲所示．2．放电：用导线把充电后的电容器的两个极板接通，两个极板上的电荷中和，电容器失去电荷的过程．放电后，电容器任一极板带电荷量均为零．放电过程如图乙所示．针对训练1 (多选)关于电容器的充、放电，下列说法中正确的是( ) A ．充、放电过程中外电路有电流 B ．充、放电过程中外电路有恒定电流 C ．充电过程中电源提供的电能全部转化为内能 D ．放电过程中电容器中的电场能逐渐减少针对训练2 据报道，科学家发明了一种新型超级电容器，能让手机几分钟内充满电．某同学假日登山途中，用该种电容器给手机电池充电，下列说法正确的是( ) A ．该电容器给手机电池充电时，电容器的电容变大 B ．该电容器给手机电池充电时，电容器存储的电能变少 C ．该电容器给手机电池充电时，电容器所带的电荷量可能不变 D ．充电结束后，电容器不带电，电容器的电容为零 二、电容器充、放电现象的定量计算例2 电流传感器可以像电流表一样测量电流，不同的是反应比较灵敏，且可以和计算机相连，能画出电流随时间的变化图像．图甲是用电流传感器观察电容器充、放电过程的实验电路图，图中电源电压为6 V ．(已知电流I ＝Qt)先使开关S与1接通，待充电完成后，再把开关S与2接通，电容器通过电阻放电，电流传感器将电流信息传入计算机，显示出电流随时间变化的I－t图像如图乙所示．已知图线与时间轴围成的面积表示电荷量，根据图像估算出电容器整个放电过程中释放的电荷量为________ C，该电容器电容为______________ μF.(结果均保留三位有效数字)例3电路中电流大小可以用电流传感器测量，用电流传感器和计算机可以方便地测出电路中电流随时间变化的曲线．某兴趣小组要测定一个电容器的电容，选用器材如下：待测电容器(额定电压为16 V)；电流传感器和计算机；直流稳压电源；定值电阻R0＝100 Ω；单刀双掷开关；导线若干．实验过程如下：①按照图甲正确连接电路；②将开关S与1端连接，电源向电容器充电；③将开关S掷向2端，测得电流随时间变化的I－t图线如图乙中的实线a所示；④利用计算机软件测出I－t曲线和两坐标轴所围的面积．请回答下列问题：(1)已知测出的I－t曲线和两坐标轴所围的面积为42.3 mA·s，则电容器的电容C＝______ F；(2)若将定值电阻换为R1＝180 Ω，重复上述实验步骤，则电流随时间变化的I－t图线应该是图丙中的曲线________(选填“b”或“c”)．5 带电粒子在电场中的运动[学习目标] 1.会分析带电粒子在电场中的直线运动，掌握求解带电粒子直线运动问题的两种方法.2.会用运动的合成与分解的知识，分析带电粒子在电场中的偏转问题．一、带电粒子在电场中的加速 分析带电粒子的加速问题有两种思路：1．利用________________定律结合匀变速直线运动公式分析．适用于________电场． 2．利用静电力做功结合动能定理分析．对于匀强电场和非匀强电场都适用，公式有qEd ＝12m v 2－12m v 02(匀强电场)或qU ＝12m v 2－12m v 02(任何电场)等． 二、带电粒子在电场中的偏转如图所示，质量为m 、带电荷量为q 的粒子(忽略重力)，以初速度v 0平行于两极板进入匀强电场，极板长为l ，极板间距离为d ，极板间电压为U .1．运动性质：(1)沿初速度方向：速度为________的________________运动． (2)垂直v 0的方向：初速度为________的匀加速直线运动． 2．运动规律：(1)t ＝____________，a ＝____________， 偏移距离y ＝12at 2＝____________.(2)v y ＝at ＝____________， tan θ＝v yv 0＝____________.1．判断下列说法的正误．(1)带电粒子(不计重力)在电场中由静止释放时，一定做匀加速直线运动．( )(2)对带电粒子在电场中的运动，从受力的角度来看，遵循牛顿运动定律；从做功的角度来看，遵循能量守恒定律．( )(3)动能定理既能分析匀强电场中的直线运动问题，也能分析非匀强电场中的直线运动问题．( )(4)带电粒子在匀强电场中偏转时，加速度不变，粒子的运动是匀变速曲线运动．( ) 2．下列粒子从静止状态经过电压为U 的电场加速后速度最大的是( ) A ．质子(11H) B ．氘核(21H) C ．α粒子(42He)D ．氚核(31H)一、带电粒子在电场中的加速 导学探究(1)研究电子、质子、α粒子在电场中的运动时，重力能否忽略不计？(2)带电粒子在匀强电场或非匀强电场中加速，计算末速度，分别应用什么规律研究？知识深化1．带电粒子的分类及受力特点(1)电子、质子、α粒子、离子等粒子，一般都不考虑重力，但不能忽略质量．(2)质量较大的微粒，如带电小球、带电油滴、带电颗粒等，除有说明或有明确的暗示外，处理问题时一般都不能忽略重力．(3)受力分析仍按力学中受力分析的方法分析，切勿漏掉静电力． 2．求带电粒子的速度的两种方法(1)从动力学角度出发，用牛顿第二定律和运动学知识求解．(适用于匀强电场)由牛顿第二定律可知，带电粒子运动的加速度的大小a ＝F m ＝qE m ＝qU md .若一个带正电荷的粒子，在静电力作用下由静止开始从正极板向负极板做匀加速直线运动，两极板间的距离为d ，则由v 2－v 02＝2ad 可求得带电粒子到达负极板时的速度v ＝2ad ＝2qUm. (2)从功能关系角度出发，用动能定理求解．(可以是匀强电场，也可以是非匀强电场) 带电粒子在运动过程中，只受静电力作用，静电力做的功W ＝qU ，根据动能定理，当初速度为零时，W ＝12m v 2－0，解得v ＝2qU m ；当初速度不为零时，W ＝12m v 2－12m v 02，解得v ＝2qUm＋v 02. 例1 (2021·滁州市高二期末)如图所示，P 和Q 为两平行金属板，板间有一定电压，在P 板附近有一电子(不计重力)由静止开始向Q 板运动，下列说法正确的是( )A ．两板间距离越大，加速时间越短B ．两板间距离越小，电子的加速度就越小C ．电子到达Q 板时的速率，与两板间距离无关，仅与加速电压有关D ．电子到达Q 板时的速率，与加速电压无关，仅与两板间距离有关针对训练 (多选)(2021·重庆巴蜀中学期中)如图所示，M 、N 是真空中的两块相距为d 的平行金属板，质量为m 、电荷量为q 的带电粒子，以初速度v 0由小孔进入电场，当M 、N 间电压为U 时，粒子恰好能到达N 板．如果要使这个带电粒子到达距N 板d3后返回，下列措施中能满足要求的是(不计带电粒子的重力)( )A ．使初速度减为原来的13B ．使M 、N 间电压提高到原来的1.5倍C ．使M 、N 间电压提高到原来的3倍D ．使初速度和M 、N 间电压减为原来的23二、带电粒子在电场中的偏转如图所示，质量为m 、电荷量为＋q 的粒子以初速度v 0垂直于电场方向射入两极板间，两平行板间存在方向竖直向下的匀强电场，已知板长为l ，板间电压为U ，板间距离为d ，不计粒子的重力，设粒子不与平行板相撞．粒子在板间做类平抛运动，应用运动分解的知识进行分析处理，如图所示．1．基本规律初速度方向：粒子做匀速直线运动，通过电场的时间t ＝lv 0静电力方向：做初速度为零的匀加速直线运动．加速度a ＝qE m ＝qUmd离开电场时垂直于板方向的分速度v y ＝at ＝qUlmd v 0速度方向与初速度方向夹角的正切值tan θ＝v y v 0＝qUlmd v 02离开电场时沿静电力方向的偏移量y ＝12at 2＝qUl 22md v 02.2．几个常用推论(1)粒子从偏转电场中射出时，其速度方向的反向延长线与初速度方向的延长线交于一点，此点为粒子沿初速度方向位移的中点．(2)位移方向与初速度方向间夹角α的正切值为速度偏转角θ正切值的12，即tan α＝12tan θ.(3)不同的带电粒子(电性相同，初速度为零)，经过同一电场加速后，又进入同一偏转电场，则它们的运动轨迹必定重合．注意：分析粒子的偏转问题也可以利用动能定理，即qEy ＝ΔE k ，其中y 为粒子在偏转电场中沿静电力方向的偏移量．例2 如图所示，平行板电容器板间电压为U ，板间距为d ，两板间为匀强电场，让质子以初速度v 0沿着两板中心线射入，沿a 轨迹落到下板的中央，现只改变其中一个条件，让质子沿b 轨迹落到下板边缘，则可以将( )A ．开关S 断开B ．初速度变为2v 0C ．板间电压变为U2D ．竖直移动上板，使板间距变为2d例3 (2021·遵义一中高一期末)如图所示，电子在电势差为U 1的加速电场中由静止开始运动，然后射入电势差为U 2的两块平行极板间的电场中，射入方向跟极板平行，整个装置处在真空中，电子的重力可忽略．在满足电子能射出平行极板的条件下，下述四种情况，一定能使电子的偏转角θ变大的是( )A ．U 1变大、U 2变大B ．U 1变小、U 2变大C ．U 1变大、U 2变小D ．U 1变小、U 2变小例4 一个电荷量为q ＝－2×10－8 C ，质量为m ＝1×10－14kg 的带电粒子，由静止经电压为U 1＝1 600 V 的加速电场加速后，立即沿中心线O 1O 2垂直进入一个电压为U 2＝2 400 V 的偏转电场，然后打在垂直于O 1O 2放置的荧光屏上的P 点，偏转电场两极板间距为d ＝8 cm ，极板长L ＝8 cm ，极板的右端与荧光屏之间的距离也为L ＝8 cm.整个装置如图所示，(不计粒子的重力)求：(1)粒子出加速电场时的速度v 0的大小； (2)粒子出偏转电场时的偏移距离y ； (3)P 点到O 2的距离y ′.三、示波管的原理 1．构造示波管是示波器的核心部分，外部是一个抽成真空的玻璃壳，内部主要由电子枪(由发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转电极(由一对X 偏转电极板和一对Y 偏转电极板组成)和荧光屏组成，如图所示．2．原理(1)扫描电压：XX′偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形电压，可使亮斑从左向右扫描移动．(2)灯丝被电源加热后，发射热电子，发射出来的电子经加速电场加速后，以很大的速度进入偏转电场，如果在Y偏转电极上加一个周期性的信号电压，并且与扫描电压周期相同，那么就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图像．例5(2021·黄冈中学月考)如图甲所示为示波管的原理图，如果在电极YY′之间所加的电压按如图乙所示的规律变化，在电极XX′之间所加的电压按如图丙所示的规律变化，则在荧光屏上看到的图形是()电场线、等势面与电荷运动轨迹问题等分法的应用[学习目标] 1.会分析电场线、等势面与电荷运动轨迹相结合的问题.2.会用等分法确定等势点(面)及电场方向．一、电场线、等势面与电荷运动轨迹综合问题例1(2021·长治市潞州区高二期中)如图所示，实线表示某电场的电场线(方向未标出)，虚线是一带负电的粒子只在静电力作用下的运动轨迹，设M点和N点的电势分别为φM、φN，粒子在M和N时加速度大小分别为a M、a N，速度大小分别为v M、v N，电势能分别为E p M、E p N.下列判断正确的是()A．v M＜v N，a M＜a NB．v M＜v N，φM＜φNC．φM＜φN，E p M＜E p ND．a M＜a N，E p M＜E p N带电粒子在电场中运动轨迹问题的分析方法1．从轨迹的弯曲方向判断受力方向(合外力指向轨迹凹侧)，从而分析电场方向或电荷的正负．2．结合轨迹、速度方向与静电力的方向，确定静电力做功的正负，从而确定电势能、电势和电势差的变化等．3．根据动能定理或能量守恒定律判断动能的变化情况．针对训练1(多选)如图所示，在点电荷Q产生的电场中，实线MN是一条方向未标出的电场线，虚线AB是一个电子只在静电力作用下的运动轨迹．设电子在A、B两点的加速度大小分别为a A、a B，电势能分别为E p A、E p B.下列说法正确的是()A．电子一定从A向B运动B．若a A＞a B，则Q靠近M端且为正电荷C．无论Q为正电荷还是负电荷一定有E p A＜E p BD．B点电势可能高于A点电势例2(2022·温州市高二期中)如图所示，某次雷雨天气，带电云层和建筑物上的避雷针之间形成电场，图中虚线为该电场的三条等差等势线，实线为某带电粒子从A 运动到B 的轨迹，A 、B 为运动轨迹上的两点．带电粒子的重力不计，避雷针带负电．则( )A ．带电粒子带负电B ．避雷针尖端附近电势较高C ．带电粒子在A 点的加速度大于在B 点的加速度D ．带电粒子在A 点的电势能大于在B 点的电势能二、用等分法确定匀强电场中的等势线和电场线1．在匀强电场中，沿任意一个方向，电势降落都是均匀的，故在同一直线上相同间距的两点间电势差相等，如图甲所示，如果AB ＝BC ，则U AB ＝U BC .2．在匀强电场中，相互平行且相等的线段两端点间的电势差相等，如图乙所示，▱ABCD 中，U AB ＝U DC ，U BC ＝U AD .3．由于匀强电场中沿任意一条直线电势降落都是均匀的，如果把某两点间的距离等分为n段，则每段两端点间的电势差等于原电势差的1n ，像这样采用等分间距求电势的方法，叫作等分法．4．确定匀强电场的电场方向：在匀强电场中，先利用等分法确定电势相等的点，画出等势面(线)，然后根据电场线与等势面(线)垂直画出电场线，且电场线的方向由电势高的等势面(线)指向电势低的等势面(线)，电场线的方向也就是电场方向．例3 (2021·南昌一中期中)如图所示，A 、B 、C 、D 是匀强电场中一正方形的四个顶点，已知A 、B 、C 三点的电势分别是φA ＝15 V ，φB ＝3 V ，φC ＝－3 V ，由此可以推断D 点的电势φD 是( )A ．6 VB ．9 VC ．3 VD ．12 V例4如图所示，在平面直角坐标系中，有一个方向平行于坐标平面的匀强电场，其中坐标原点O处的电势为0，点A处的电势为6 V，点B处的电势为3 V，则电场强度的大小为()A．200 V/m B．200 3 V/mC．100 V/m D．100 3 V/m用等分法找等势点的技巧1．在匀强电场中，将电势最高点和电势最低点连接后，根据需要等分成若干段，必能找到第三点的等势点．2．在匀强电场中，两等势点的连线一定是等势线，与等势线垂直、由高电势指向低电势的方向一定是电场方向．3．等分法的关键是找到电势相等的点，进而画出电场线．4．用等分法确定电势或电场强度方向只适用于匀强电场．针对训练2(多选)(2021·驻马店市高二期末)如图所示，在xOy坐标系中有一底角为60°的等腰梯形，空间有方向平行于坐标平面的匀强电场，其中原点O的电势为9 V，A点电势为4.5 V，B点电势为0，则由此可以判定()A．电场的电场强度大小为150 3 V/mB．电场的电场强度大小为100 3 V/mC．电场的方向与x轴正方向成30°角向上D．电场的方向沿x轴正方向。

第2课时 电学实验与创新一、多用电表的利用例1 (2021·新课标Ⅰ·23)某学生实验小组利用图1所示电路，测量多用电表内电池的电动势和电阻“×1k”挡内部电路的总电阻．利用的器材有：图1多用电表；电压表：量程5 V ，内阻十几千欧；滑动变阻器：最大阻值5 kΩ；导线假设干． 回答以下问题：(1)将多用电表挡位调到电阻“×1k”挡，再将红表笔和黑表笔__________，调零点． (2)将图1中多用电表的红表笔和________(选填“1”或“2”)端相连，黑表笔连接另一端．(3)将滑动变阻器的滑片调到适当位置，使多用电表的示数如图2所示，这时电压表的示数如图3所示．多用电表和电压表的读数别离为________kΩ和________ V . 图2 图3(4)调剂滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零．现在多用电表和电压表的读数别离为12.0 kΩ和4.00 V ．从测量数据可知，电压表的内阻为________ kΩ.(5)多用电表电阻挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、一个理想电流表和一个电阻串联而成的电路，如图4所示．依照前面的实验数据计算可得，此多用电表内电池的电动势为______V ，电阻“×1k”挡内部电路的总电阻为______ kΩ. 图4解析 (4)当滑动变阻器调到阻值为零时，多用电表的示数为电压表的内阻．(5)设多用电表内电池的电动势为E ，电阻“×1k”挡内部电路的总电阻为R ，那么由闭合电路欧姆定律及两组数据得：E ＝4.00 V12.0 kΩR ＋4.00 V ，E ＝3.60 V12.0 kΩ[(15.0－12.0) kΩ＋R ]＋3.60 V联立两式解得R ＝15.0 kΩ，E ＝9.00 V. 答案 (1)短接 (2)1 (3)15.0 3.60 (4)12.0 (5)9.00 15.0以题说法 1.欧姆表的原理(1)欧姆表内有电源，红表笔与内部电源负极相连，黑表笔与内部电源的正极相连，故其电流方向为“红表笔流进，黑表笔流出”．(2)测电阻的原理是闭合电路欧姆定律．当红、黑表笔短接时，调剂滑动变阻器R0(即欧姆调零)，使灵敏电流计满偏，I g＝ER g＋R0＋r，现在中值电阻R中＝R g＋R0＋r，当两表笔接入电阻R x时I＝ER g＋R0＋r＋R x，电阻R x与电路中的电流相对应，但不是线性关系，故欧姆表刻度不均匀．2．欧姆表利用六注意(1)选挡接着调零；(2)换挡从头调零；(3)待测电阻与电路、电源要断开；(4)尽可能使指针指在表盘中间位置周围；(5)读数以后要乘以倍率得阻值；(6)用完后，选择开关要置于“OFF”挡或交流电压的最高挡．(1)用多用电表的欧姆挡测量阻值时，选择倍率为×100 Ω挡，按正确的实验操作步骤测量，表盘指针位置如图5所示，该电阻的阻值约为________Ω；图5(2)以下关于用多用电表欧姆挡测电阻的说法中正确的选项是( )A．测量电阻时，若是红、黑表笔别离插在负、正插孔，那么可不能阻碍测量结果B．测量阻值不同的电阻时，都必需从头欧姆调零C．测量电路中的电阻时，应该把该电阻与电源断开D．欧姆表利用一段时刻后，电池电动势变小，内阻变大，但仍能调零，其测量结果与原先相较不变(3)用多用电表探测二极管的极性，用欧姆挡测量，黑表笔接a端，红表笔接b端时，指针偏转角较大，然后黑、红表笔反接指针偏转角较小，说明________(填“a”或“b”)端是二极管正极．答案(1)1 700 (2)AC (3)a解析(1)欧姆表的测量值是指针读数与倍率的乘积，为17×100 Ω＝1 700 Ω.(2)欧姆表测电阻时，红、黑表笔插错可不能阻碍测量结果，A正确；测不同的电阻时，只要没改换倍率，不需从头欧姆调零，B错误；测电路中的电阻时应将待测电阻与电源断开，C正确；表中的电池电动势变小、内阻变大后，会阻碍测量结果，D错误．(3)二极管具有单向导电性，欧姆表的红表笔接的是表内电池的负极，接b端时，指针偏转角度大，二极管电阻小，说明b端是二极管的负极，a端是其正极．二、以测电阻为核心的电学实验例2(2021·北京·21)某同窗通过实验测定一个阻值约为5 Ω的电阻R x的阻值．(1)现有电源(4V ，内阻可不计)、滑动变阻器(0～50 Ω，额定电流2 A)、开关和导线假设干，和以下电表： 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)；实验电路应采纳图6中的________(选填“甲”或“乙”)． 图6(2)图7是测量R x 的实验器材实物图，图中已连接了部份导线．请依照在(1)问中所选的电路图，补充完成图中实物间的连线． 图7(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 .某次电表示数如图8所示，可得该电阻的测量值R x ＝U I＝________Ω(保留两位有效数字)．图8(4)假设在(1)问当选用甲电路，产生误差的要紧缘故是__________________；假设在(1)问当选用乙电路，产生误差的要紧缘故是________．(选填选项前的字母) A ．电流表测量值小于流经R x 的电流值 B ．电流表测量值大于流经R x 的电流值 C ．电压表测量值小于R x 两头的电压值 D ．电压表测量值大于R x 两头的电压值(5)在不损坏电表的前提下，将滑动变阻器滑片P 从一端滑向另一端，随滑片P 移动距离x 的增加，被测电阻R x 两头的电压U 也随之增加，以下反映Ux 关系的示用意中正确的选项是________．解析 (1)为了减小误差，应使电表读数为量程的13～23，电源电动势为4 V ，故电压表选C.估算通过R x 的最大电流约为I m ＝35 A ＝0.6 A ，因此电流表应选B.因为R V R x ＞R xR A ，因此电流表应外接，即应采纳甲电路，测量误差较小． (2)(3)电流表、电压表的读数别离为I ＝0.50 A ，U ＝2.60 V ，因此R x ＝2.600.50Ω＝5.2 Ω.(4)甲电路中产生误差的要紧缘故是电压表的分流作用，选项B 正确．乙电路中产生误差的要紧缘故是电流表的分压作用，应选项D 正确． (5)R x 两头的电压U ＝R x E R x ＋R LL －x，其中R 为滑动变阻器总阻值，L 为滑动变阻器两头总长度，结合数学知识可知选项A 正确．答案 (1)B C 甲 (2)观点析图 (3)5.2 (4)B D (5)A以题说法 刻画小电珠的伏安特性曲线、测定金属的电阻率，其实验原理都涉及伏安法测电阻，这种实验要从以下两个方面攻克．1．电路结构：实验电路至少包括三个部份：(1)测量电路；(2)操纵电路(滑动变阻器、开关)；(3)电源． 2．电路设计：(1)电表选择注意三方面：①平安性，要求量程不能过小，电表不反接；②准确性，要求量程不能太大，读数一样要超过量程的13；③假设电表量程不适合，要利用有准确内阻的电表进行改装．(2)测量电路设计：假设R x R A >R VR x，那么应把电流表内接；假设R x R A <R VR x，那么应把电流表外接．(3)操纵电路：以小控大用分压，相差无几用限流，即当滑动变阻器的阻值较小时，常采纳分压式接法；当滑动变阻器的阻值与负载相差不大时，常采纳限流式接法．另外滑动变阻器必需接为分压式的情形有三种：①电压要求从零开始转变；②滑动变阻器过小，不能起到限流的作用；③限流式不能获取有区分度的多组数据．假设两种接法都可，那么采纳限流式，因为限流式损耗功率小．某实验小组进行“探讨热敏电阻的温度特性”实验，实验室提供如下器材：热敏电阻R t (常温下约8 kΩ)、温度计、电流表mA(量程1 mA ，内阻约200 Ω)、电压表V(量程3 V ，内阻约10 kΩ)、电池组E (4.5 V ，内阻约1 Ω)、滑动变阻器R (最大阻值为20 Ω)、开关S 、导线假设干、烧杯和水． (1)依照提供器材的参数将图9甲所示的实物图中所缺的导线补接完整． 图9(2)实验开始前滑动变阻器的滑动触头P 应置于________(填“a ”或“b ”)端．(3)利用补接完整的实验装置测量出不同温度下的电阻值，画出该热敏电阻的R t －t 图象如图10中的实测曲线，与图中理论曲线相较二者有必然的不同．除偶然误差外，以下关于产生系统误差的缘故或减小系统误差的方式表达正确的选项是________．(填选项前的字母，不定项选择)图10A．电流表的分压造成电阻的测量值总比真实值大B．电压表的分流造成电阻的测量值总比真实值小C．温度升高到必然值后，电流表应改成外接法(4)将本实验所用的热敏电阻接到一个电流较大的恒流电源中利用，当电流通过电阻产生的热量与电阻向周围环境散热达到平稳时，知足关系式I2R＝k(t－t0)(其中k是散热系数，t是电阻的温度，t0是周围环境温度，I为电流强度)，电阻的温度稳固在某一值．假设通过它的电流恒为50 mA，t0＝20°C，k＝0.25 W/°C，由实测曲线可知该电阻的温度稳固在________°C.答案(1)连线如下图(2)a(3)AC (4)48(46～50都可)解析(1)若是用限流法，待测电阻两头的电压将超出电压表的量程，故用分压法，因为待测电阻是大电阻，故用内接法．(2)开始时待测电阻两头的电压应当最小，故滑动触头应置于a端．(3)用电流表内接法测量的是待测电阻和电流表内阻的和，故测量值偏大，A正确；温度升高，热敏电阻的阻值变小，当与电流表电阻接近时，应改成电流表外接法，C正确．(4)将I＝50 mA、t0＝20°C、k＝0.25 W/°C代入I2R＝k(t－t0)中可得R＝0.1(t－20) kΩ，在R t－t图中作出该直线，找到该直线与实测Rt－t曲线的交点，交点所对应的横坐标约为48°C，因此该电阻的温度稳固在48°C.三、以测电源的电动势为核心的电学实验例3(10分)在“测定电源的电动势和内阻”的实验中，提供了如图11甲、乙、丙所示的三组器材．(1)请把能完成实验的器材都连成电路．图11(2)某同窗依照他的实验数据作出了如图12所示的图象，由此可知该同窗选用的是________(填“甲”“乙”或“丙”)组器材进行实验．依照图象可得出电源的电动势E＝______V，内阻r＝________Ω.(忽略电表内阻的阻碍，结果保留两位有效数字)图12解析 (1)只要能取两组不同数值，列出闭合电路欧姆定律的表达式，未知量只有电动势和内阻就能够够完成实验，甲图不知足要求，乙、丙两图知足要求．依照下面两幅电路图连接乙、丙的实物图．(2)丙图中的外电阻能够通过电阻箱读出来，因此选的必然是丙图．依照闭合电路欧姆定律有E ＝IR ＋Ir ，整理可得R ＝E I－r ，可知图线与纵轴截距的绝对值是内阻，图线的斜率是电源的电动势．答案 (1)如下图(4分，乙、丙各2分，画了甲图那么此问扣1分) (2)丙(2分) 1.4(1.3～1.5都可)(2分) 1.0(0.8～1.2都可)(2分)以题说法 测量电源的电动势和内阻的大体原理是闭合电路欧姆定律，数据处置的要紧思想方式是“化曲为直”，经常使用的方式有三种：1．伏安法——利用电压表和电流表，闭合电路方程为E ＝U ＋Ir ，利用两组数据，联立方程求解E 和r ；也可作出U －I 图象，图线的纵截距表示电源的电动势，斜率的绝对值表示电源的内阻．2．伏阻法——利用电压表和电阻箱．闭合电路方程为E ＝U (1＋rR)．利用两组数据联立方程求解或将原方程线性化，处置为1U ＝r E ·1R ＋1E 或U ＝－r U R ＋E ，作1U －1R 图象或U －UR图象，利用图线的截距和斜率求E 和r .3．安阻法——利用电流表和电阻箱．闭合电路方程为E ＝I (R ＋r )，利用两组数据联立方程求解或将方程线性化，处置为1I ＝1E ·R ＋r E ，作1I－R 图象，利用图线的截距和斜率求E 和r .(2021·浙江·22)采纳如图13所示的电路“测定电池的电动势和内阻”．图13(1)除选用图14照片中的部份器材外，________(填选项)； 图14A ．还需要电压表B ．还需要电流表C ．还需要学生电源D ．再也不需要其他器材(2)测量所得数据如下：测量次数 物理量1 2 3 4 5 6R /Ω 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 I /A0.600.700.800.891.001.20U /V 0.90 0.78 0.74 0.67 0.62 0.43在图15顶用作图法求得电池的内阻r ＝________； 图15(3)依照第5次所测得的实验数据，求得电流表内阻R A ＝________. 答案 (1)A (2)(0.75±0.10) Ω (3)0.22 Ω解析 (1)除照片中的器材外，还需要电压表，故应选A.(2)作出U －I 图象，如下图，由图象斜率可求得电池的内阻r ＝(0.75±0.10) Ω. (3)由U ＝I (R ＋R A )和第5组数据，得：电流表的内阻 R A ＝UI －R ＝(0.621.00－0.4) Ω＝0.22 Ω.15．从原理迁移中冲破电学实验题审题例如(9分)在“测定电池的电动势和内阻”的实验中，备有如下器材： A ．干电池B ．电流表(0～0.6 A ，内阻约0.1 Ω)C ．灵敏电流计(满偏电流I g ＝200 μA、内阻r g ＝500 Ω)D ．滑动变阻器(0～20 Ω、2.0 A)E ．电阻箱RF ．开关、导线假设干(1)由于没有电压表，要把灵敏电流计改装成量程为2 V 的电压表，需串联一个阻值为________Ω的电阻． (2)改装后采纳如图16甲所示电路进行测量，请在图乙上完成实物连线． 图16(3)在闭合开关S 前，将滑动变阻器的滑片移动至________(填“a 端”、“中央”或“b 端”)．(4)图17为该实验绘出的I 1－I 2图线(I 1为灵敏电流计的示数，I 2为电流表的示数)，由图线可求得被测电池的电动势E ＝________V ，内阻r ＝________Ω. 图17 审题模板 答题模板(1)由2 V ＝I g (r g ＋R x )可得R x ＝9 500 Ω. (2)实物连线图如答案图所示．(3)在闭合开关S 前，滑动变阻器应处于最大阻值处，滑片应移动至a 端．(4)图线与纵轴的截距约为146 μA，对应着电源电动势E ＝146×10－6×(9 500＋500) V ＝1.46 V ；电源内阻r ＝ΔU ΔI ＝ΔI 1100·ΔI 2 Ω＝0.460.56 Ω＝0.82 Ω.答案 (1)9 500(2分) (2)电路如下图(2分) (3)a 端(1分)(4)1.46(1.45～1.47)(2分) 0.82(0.80～0.84)(2分)如图18甲所示为某一型号二极管，其两头别离记为A 和B .图乙为它的伏安特性曲线，其外表所标示的极性已看不清，为确信该二极管的极性，用多用电表的电阻挡进行测量． 图18(1)第一对多用电表进行机械调零，然后将红、黑表笔正确插入插孔后，选用×100挡进行测量，在测量前要进行的操作步骤为____________________________________．(2)将多用电表的红表笔与二极管的A 端、黑表笔与二极管的B 端相连时，表的指针偏转角度专门大；调换表笔的连接后，表的指针偏转角度很小，由上述测量可知该二极管的正极为________(填“A ”或“B ”)端． (3)当给该二极管加上反向30 V 电压时，用伏安法测量其电阻值，提供的器材有： ①直流40 V 电源；②电流表A 1，量程0.6 A ，内阻约10 Ω； ③电流表A 2，量程50 μA，内阻约100 Ω； ④电压表V ，量程为50 V ，内阻约100 kΩ； ⑤滑动变阻器，总电阻100 Ω； ⑥开关、导线假设干．在提供的两块电流表中应选用________(填“②”或“③”)，在图19虚线框内画出实验电路图(二极管的符号已画在图中)． 图19答案 (1)将红、黑表笔短接，调剂调零旋钮，使指针指到电阻的零刻度处(2)B(3)③电路图如下图解析(1)欧姆调零的具体步骤为：将红、黑表笔短接，调剂调零旋钮，使指针指到电阻的零刻度处．(2)二极管正向电阻很小，反向电阻极大，多用电表的电流方向是“红进黑出”，可知该二极管的正极为B端．(3)依照题图乙，当反向电压为30 V时，反向电流不超过50 μA，故电流表选③；二极管反向电阻极大，电流表应该采纳内接法，为了多测几组数据，滑动变阻器采纳分压式接法．(限时：45分钟)1．(2021·安徽·21)Ⅱ.(1)在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中，利用螺旋测微器测定合金丝直径的进程如图1所示，校零时的读数为________mm，合金丝的直径为________mm.图1(2)为了精准测量合金丝的电阻R x，设计出如图2所示的实验电路图，依照该电路图完成图3中的实物电路连接．图2 图3Ⅲ.依照闭合电路欧姆定律，用图4所示电路能够测定电池的电动势和内电阻．图中R0是定值电阻，通过改变R的阻值，测出R0两头的对应电压U12，对所得的实验数据进行处置，就能够够实现测量目的，依如实验数据在1U12—R坐标系中描出坐标点，如图5所示．已知R0＝150 Ω，请完成以下数据分析和处置．图4图5(1)图5中电阻为________Ω的数据点应剔除；(2)在座标系中画出1U12—R关系图线；(3)图线的斜率是________(V－1·Ω－1)，由此可得电池电动势E x＝________V.答案Ⅱ.(1)0.0070.638(0.636～0.640都算正确) (2)观点析图Ⅲ.(1)80.0(2)观点析图(3)4.44×10－3 1.50解析Ⅱ.(1)校零时的读数为0.007 mm合金丝的直径d＝(0.645－0.007)mm＝0.638 mm(0.636～0.640都算正确)(2)依照电路图进行实物连线如下图 Ⅲ.(1)由闭合电路欧姆定律可知：E x ＝U 12R 0(R ＋r x )＋U 12 即1U 12＝1E x R 0R ＋1E x ⎝⎛⎭⎪⎫1＋r x R 0由此可知1U 12—R 关系图线是一条直线．电阻R ＝80.0 Ω的点不落在直线上，应剔除．(2)画出1U 12—R 关系图线如下图(3)斜率k ＝1.51－0.71180 V －1·Ω－1＝4.44×10－3 V －1·Ω－1结合1U 12＝1E x R 0R ＋1E x (1＋rR 0)可知：1E x R 0＝4.44×10－3因此E x ＝1.50 V2． (2021·福建·19(2))硅光电池在无光照时不产生电能，可视为一电子元件．某实验小组设计如图6甲所示电路，给硅光电池加反向电压(硅光电池负极接高电势点，正极接低电势点)，探讨其在无光照时的反向伏安特性．图中电压表V 1量程选用3 V ，内阻为6.0 kΩ；电压表V 2量程选用15 V ，内阻约为 30 kΩ；R 0为爱惜电阻；直流电源电动势E 约为12 V ，内阻不计．①依照图甲，用笔画线代替导线，将图乙连接成完整电路． 图6②用遮光罩罩住硅光电池，闭合开关S ，调剂变阻器R ，读出电压表V 1、V 2的示数U 1、U 2.(ⅰ)某次测量时，电压表V 1示数如图丙，那么U 1＝______ V ，可算出通过硅光电池的反向电流大小为________ mA(保留两位小数)．(ⅱ)该小组测出大量数据，挑选出下表所示的9组U 1、U 2数据，算出相应的硅光电池两 端反向电压U x 和通过的反向电流I x (表中“－”表示反向)，并在座标纸上成立I x －U x 坐 标系，标出了与表中前5组U x 、I x 数据对应的5个坐标点，如图7所示．请你标出余下 的4个坐标点，并绘出I x －U x 图线.图(ⅲ)由I x －U x 图线可知，硅光电池无光照下加反向电压时，I x 与U x 成______(填“线性”或“非线性”)关系． 答案 ①连线如下图 ②(ⅰ)1.40 0.23(ⅱ)描点绘出I x －U x 图线如下图 (ⅲ)非线性3． (2021·广东·34(2))图8(a)是测量电阻R x 的原理图．学生电源输出电压可调，电流表量程选0.6 A(内阻不计)，标有长度刻度的均匀电阻丝ab 的总长为30.0 cm. 图8①依照原理图连接图(b)的实物图．②断开S 2，合上S 1；调剂电源输出电压为3.0 V 时，单位长度电阻丝的电压u ＝________ V/cm ，记录现在电流表A 1的示数．③维持S 1闭合，合上S 2；滑动c 点改变ac 的长度L ，同时调剂电源输出电压，使电流表A 1的示数与步骤②记录的值相同，记录长度L 和A 2的示数I .测量6组L 和I 值，测量数据已在图(c)中标出，写出R x 与L 、I 、u 的关系式R x ＝________；依照图(c)用作图法算出R x ＝________ Ω.答案 ①观点析图 ②0.1 ③Lu I6.0解析 ①实物图如下图②由于电阻丝均匀，故单位长度电阻丝的电压u ＝ 3.0 V 30.0 cm＝0.1 V/cm.③设电阻丝每cm 长的电阻为R ，当合上S 1、断开S 2时，设现在流过电阻丝的电流为I ′，有：I ′·30.0R ＝30.0u ，当合上S 1、S 2时，I ′·LR ＝IR x由上述两公式得：R x ＝Lu I.L －I 图象如下图，由图象知：L －I 的斜率k ＝60 cm/A ，R x ＝ku ＝6.0 Ω.4． 依如实际情形常常要进行电表的改装，下面是在一次电表的改装实验中碰到的问题：一直流电压表，量程为1 V ，内阻为1 000 Ω.现将一阻值在5 000 Ω～7 000 Ω之间的固定电阻R 1与此电压表串联，以扩大电压表的量程．为求得扩大后量程的准确值，再给一直流电源(电动势E 为6 V ～7 V ，内阻可忽略不计)，一阻值R 2＝2 000 Ω的定值电阻，两个单刀开关S 1、S 2及假设干导线． (1)为达到上述目的，将图9中的图连成一个完整的实验电路图； 图9(2)连线完成后，当S 1与S 2均闭合时，电压表的示数为0.90 V ；当S 1闭合，S 2断开时，电压表的示数为0.70 V ．由此能够计算出改装后电压表的量程为________ V ，电源电动势为________ V . 答案 (1)如下图 (2)7 6.3解析 (1)因为没有其他的测量工具，考虑将改装后的电压表和电源串联．依照闭合电路欧姆定律列式，有电源电动势和R 1两个未知数，因此可通过改变串联电阻来改变电路中的电流． (2)两次测量别离依照闭合电路欧姆定律列式得，S 2闭合时：E ＝U 1R VR 1＋U 1，S 2断开时：E ＝U 2R V(R 1＋R 2)＋U 2，联立解得电源电动势为6.3 V ，R 1的阻值为6 000 Ω，故改装后电压表的量程为1 V R V(R V ＋R 1)＝7 V .5. (2021·海淀期末)为了较准确地测量一只微安表的内阻，采纳图10甲所示实验电路图进行测量，实验室可供选择的器材如下：A ．待测微安表(量程500 μA，内阻约300 Ω)B ．电阻箱R (最大阻值999.9 Ω)C ．滑动变阻器R 1(最大阻值为10 Ω)D ．滑动变阻器R 2(最大阻值为1 kΩ)E ．电源(电动势为2 V ，内阻不计)F ．爱惜电阻R 0(阻值为120 Ω)(1)实验中滑动变阻器应选用________(填“C”或“D”)； (2)依如实验电路图在图乙所示的虚线框中完成实物图连接． 图10 (3)实验步骤：第一，先将滑动变阻器的滑片移到最右端，调剂电阻箱R 的阻值为零； 第二，闭合开关S ，将滑片缓慢左移，使微安表满偏；第三，维持滑片不动，调剂电阻箱R 的电阻值使微安表的示数正好是满刻度的2/3，现在接入电路的电阻箱的示数如图11所示，阻值R 为________Ω；第四，依照以上实验可知微安表内阻的测量值R A 为______Ω. 图11(4)假设调剂电阻箱的阻值为R ′时，微安表的示数正好是满刻度的1/2，以为现在微安表内阻就等于R ′.那么现在微安表内阻的测量值R ′与微安表的示数正好是满刻度的2/3时微安表内阻的测量值R A 相较，更接近微安表内阻真实值的是________(填“R ”或“R A ”)． 答案 (1)C (2)实物图如下图 (3)145.5 291 (4)R A解析 (1)由于滑动变阻器采纳分压式接法，应选最大阻值较小的C.(3)如题图所示，电阻箱接入电路的阻值为R ＝(100＋40＋5＋0.5) Ω＝145.5 Ω；设微安表的满偏电流为I g ，由于滑动变阻器滑片位置未动，两次加在电阻箱与微安表两头的电压相同，故有I g R A ＝23I g (R A ＋R )，解得R A ＝291 Ω.(4)微安表读数为满偏值的三分之二时，微安表内阻的测量值更接近真实值.。

2025高考物理步步高同步练习必修3闭合电路的动态分析含有电容器的电路[学习目标] 1.会应用闭合电路的欧姆定律分析闭合电路的动态问题.2.会分析含有电容器的电路问题．一、闭合电路的动态分析导学探究在如图所示的电路中，当滑动变阻器的滑片P向右滑动时，回路的总电流、路端电压如何变化？通过R1、R2和滑动变阻器的电流如何变化，它们两端的电压如何变化？知识深化闭合电路动态问题的分析方法(1)程序法：遵循“局部—整体—局部”的思路，按以下步骤分析(如图)：(2)结论法——“串反并同”“串反”：是指某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小；某一电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大．“并同”：是指某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大；某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小．例1电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接成如图所示的电路．当滑动变阻器的滑片由中点滑向b端时，下列说法正确的是()A．电压表和电流表读数都增大B．电压表和电流表读数都减小C．电压表读数增大，电流表A1读数减小，A2读数增大D．电压表读数减小，电流表A1读数增大，A2读数减小例2(2022·黑龙江勃利县高级中学高二期末)在如图所示的电路中，R t为半导体热敏电阻，温度升高时电阻减小．闭合开关，灯泡L1、L2、L3的亮度相同；当R t处的温度升高时，小灯泡的亮度变化情况是()A．L1变亮，L2变暗，L3变亮B．L1变暗，L2变亮，L3变暗C．L1、L2变亮，L3变暗D．L1、L2变暗，L3变亮例3如图所示，E为内阻不能忽略的电池，R1、R2、R3为定值电阻，S0、S为开关，与分别为电压表与电流表．初始时S0与S均闭合，现将S断开，则()A.的读数变大，的读数变小B.的读数变大，的读数变大C.的读数变小，的读数变小D.的读数变小，的读数变大二、含电容器的电路1．在直流电路中，当电容器充、放电时，电路中有充、放电电流．如果电容器两端电压升高，电容器将充电；如果电容器两端电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电．2．电路稳定后，电容器处电路可看成是断路，由于电容器所在支路无电流通过，所以在此支路中的电阻上无电压降低，因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压．3．当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极板间的电压与其并联电阻两端的电压相等．4．电容器的充、放电过程结束后，通过对电路的分析与计算得出电容器两极板的电势，电势高的极板带正电．5．充电时电容器相当于用电器，电流从正极进，放电时电容器相当于电源，电流从正极出． 例4 在如图所示的电路中，当滑动变阻器的滑片向下移动时，关于灯L 的亮度及电容器C 所带电荷量Q 的变化判断正确的是( )A ．L 变暗，Q 增多B ．L 变暗，Q 减少C ．L 变亮，Q 增多D ．L 变亮，Q 减少例5 (2022·重庆市江津中学高二开学考试)如图所示，电源电动势E ＝6 V ，内阻r ＝1 Ω，电阻R 1＝2 Ω，R 2＝3 Ω，R 3＝7.5 Ω，电容器电容C ＝2μF ，开关S 原来断开，现在合上开关S 到电路稳定，则( )A ．S 断开时电容器的电压为2 VB ．S 断开时电容器a 极板带负电C ．S 合上电路稳定后电容器b 极板带负电D ．S 合上流过电流表A 的电荷量为9.6×10－6 C针对训练 (2022·瑞丽市第一民族中学高二期末)阻值相等的四个电阻、电容器C 及电池E (内阻可忽略)连接成如图所示电路．开关S 断开且电流稳定时，C 所带的电荷量为Q 1，闭合开关S ，电流再次稳定后，C 所带的电荷量为Q 2.Q 1与Q 2的比值为( )A.25B.12C.35D.23闭合电路的功率 故障分析[学习目标] 1.会计算闭合电路的功率和效率，掌握电源的输出功率随外电阻变化的图像.2.会结合闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律分析电路故障．一、闭合电路中的功率和效率 1．闭合电路中的功率项目 电源的总功率P 总电源的热功率P 热电源的输出功率P 出普遍适用的表达式 P 总＝EI P 热＝I 2r P 出＝U 外I 纯电阻电路中的表达式 P 总＝E 2R ＋r＝I 2(R ＋r )P 热＝I 2rP 出＝I 2R ＝E 2R(R ＋r )2联系P 总＝P 热＋P 出2.电源输出功率P 出随外电阻R 的变化规律 (1)电源的输出功率P 出＝U外I ＝I 2R ＝E 2(R ＋r )2R ＝E 2R (R －r )2＋4Rr ＝E 2(R －r )2R＋4r ，可见，当R ＝r 时，电源有最大输出功率，P max ＝E 24r.(2)电源的输出功率随外电路电阻R 变化的图像如图所示．①当R <r 时，若R 增大，则P 出增大；当R >r 时，若R 增大，则P 出减小．即在R ≥r 或R ≤r 的情况下，|R －r |越大，P 出越小；|R －r |越小，P 出越大；|R －r |＝0，P 出最大．②当P 出<P m 时，每个P 出对应两个可能的外电阻，如图中的R 1、R 2，根据功率数值相等可以推导出R 1·R 2＝r 2. (3)电源的效率η＝P 出P 总×100%＝UI EI ×100%＝U E ×100%＝R R ＋r×100%＝11＋r R×100%.由此可见，外电路电阻R 越大，电源的效率越高，当R ＝r 时电源的输出功率最大，电源的效率η＝50%.当外电阻等于电源内阻时，电源的输出功率最大，此时电源的输出功率为50%，而电源的效率随着外电阻的增大而增大，故不能错误地认为电源的输出功率最大时效率也最高．例1(2021·北京十一中期中)如图所示，电路中电池的电动势E＝5 V，内阻r＝10 Ω，定值电阻R＝90 Ω，R0是可变电阻，在R0从零增大到400 Ω的过程中：(1)可变电阻R0为多少时消耗的热功率最大？该最大热功率是多少？(2)求电池的内阻r和固定电阻R消耗的最小热功率之和．(3)R0调到多少时电阻R上消耗的功率最大？该最大热功率是多少？功率最大值的求解方法1．对定值电阻来说，其电流最大时功率也最大．2．电源的输出功率在外电阻等于内阻时最大，若不能相等，外电阻越接近内阻，电源的输出功率越大．3.如图，求解滑动变阻器R2消耗的最大功率时，可把定值电阻R1等效为电源内阻的一部分，则R2＝R1＋r时，R2上消耗的功率最大．针对训练1(多选)(2022·绥化市第一中学高二期末)如图所示，电动势为E、内阻为r的电池与定值电阻R0、滑动变阻器R串联，已知R0＝r，滑动变阻器的最大阻值是3r.当滑动变阻器的滑片P由b端向a端滑动时，下列说法中正确的是()A．路端电压变大B．电源的输出功率先变大后变小C．滑动变阻器消耗的功率变小D．定值电阻R0上消耗的功率变小例2如图所示，线段A为某电源的U－I图线，线段B为某电阻R的U－I图线，由上述电源和电阻组成闭合电路时，求：(1)电源的输出功率P出是多大？(2)电源内部损耗的电功率P内是多少？(3)电源的效率η是多大？1.稳定电路的U－I图像有两种：一是电源的U－I图像(如图中a)；二是用电器的U－I图像，而用电器的U－I图像又分两类：线性(图中b)和非线性(图中c)．2．两种图像的交点坐标表示该用电器单独与电源串联的工作电流和路端电压(也是用电器两端的电压)．如图，电源的输出功率分别为P b＝U1I1，P c＝U2I2.例3(多选)如图所示，直线OC为电源A的总功率随电流I变化的图线，抛物线ODC为该电源内部热功率随电流I变化的图线．若该电源与电阻B串联后，电路中的电流为0.8 A，则下列说法正确的是()A．电阻B的阻值为10 ΩB．电源A的内阻为2 ΩC．电源A与电阻B串联后，路端电压为6.4 VD．电源A与电阻B串联后，电源A内部热功率为1.6 W二、电路故障分析1．常见故障：断路、短路．2．常用方法：假设法假设某电阻发生断路(或短路)，根据闭合电路动态分析方法判断实际现象与题中情景是否相符，进而找出电路故障．例4(多选)(2022·湖南宁乡市教育研究中心高二期末)如图所示的电路中，闭合开关S，灯L1、L2正常发光．由于电路出现故障，突然发现L1变亮，L2变暗，分析电路特点，若只有某一个元件发生故障，下列情况可能的是()A．R1短路B．R2短路C．R1断路D．R2断路针对训练2如图所示电路中，电源电压为6 V，当合上开关S后，两个标有“3 V、1 W”的灯泡均不发光，用电压表测得U ab＝0，U bc＝6 V，如果各段导线及接线处均无问题，则可能的故障是()A．灯泡L1被短路了B．灯泡L1的灯丝断了C．灯泡L2的灯丝断了D．滑动变阻器R电阻丝断了。

专题七电学设计性实验考纲解读 1.掌握设计创新型实验的一般方法.2.能根据题目给的实验目的、器材，设计出合理的实验方案、实验步骤及数据处理的方法．考点一设计性实验的解题思路与方法1．明确实验目的认真审清题意，看清题目的要求．即审题时要看清题目要求测定什么物理量，验证、探究什么物理规律，或者要求设计达到何种标准的电路等．2．明确实验原理解决设计型实验题的关键在于选择实验原理．如果实验需要测定某些电学量，应弄清待测物理量可通过哪些规律、公式求得，与哪些物理量有直接联系，可用哪些物理量定量地表示，用何种方法测定相关量，进而得出待求量．3．正确地选择实验电路(1)控制电路的选择滑动变阻器选用限流式接法或分压式接法的依据：①负载电阻两端的电压要求变化范围较大，且从零开始连续可调，应选分压电路．②若负载电阻的阻值R x远大于滑动变阻器总阻值R，应选分压电路．③若负载电阻的阻值R x小于滑动变阻器总阻值R或相差不多，且没有要求电压从零可调，应选限流电路．④两种电路均可时，限流电路优先，因为限流电路消耗的总功率小．⑤特殊问题要具体问题具体分析．(2)测量电路的选择对伏安法测电阻，应根据待测电阻的大小选择电流表的不同接法．图1①阻值判断法当R V ≫R x 时，采用电流表“外接法”，如图1甲所示； 当R x ≫R A 时，采用电流表“内接法”，如图1乙所示． ②倍率比较法a ．当R V R x ＝R xR A ，即R x ＝R V ·R A 时，既可选择电流表“内接法”，也可选择电流表“外接法”；b ．当R V R x >R xR A 即R x <R V ·R A 时，采用电流表外接法；c ．当R V R x <R xR A 即R x >R V ·R A 时，采用电流表内接法．③试触法(如图2所示)图2ΔU U 与ΔII比较大小： a ．若ΔU U >ΔII ，则选择电流表外接法；b ．若ΔI I >ΔUU，则选择电流表内接法．例1 有一额定电压为10 V 、额定功率在10 W ～15 W 之间的用电器，小李同学想测定它的额定功率．实验室的工作人员提供了以下实验器材供其选用： A ．直流电源E 一个(电动势为15 V ，内阻不计) B ．直流电压表V 一个(量程为0～3 V ，内阻为2 kΩ)C ．直流电流表A 一个(双量程0～0.6 A ～3 A ，内阻约为20 Ω和4 Ω)D ．滑动变阻器一个：R 阻(规格0～5 Ω、3.8 A)E ．定值电阻三个：R 1＝2 kΩ，R 2＝4 kΩ，R 3＝6 kΩF ．单刀单掷开关1个，导线若干根(1)小李同学研究以后发现，电压表量程不能满足实验要求．为完成测量，他将电压表进行了改装：在电压表V上串联一个定值电阻，利用分压关系，以满足电表偏转的要求．在三个给定的定值电阻中应选用________．(填写所用器材的符号)(2)改装后的电压表用表示，选好器材后，他设计了三个实验电路图，如图3甲所示．根据实验的要求，电路________较为合理．甲乙图3(3)若该用电器正常工作时，电流表的指针如图乙所示，则它的额定功率为________W(保留两位有效数字)解析(1)用电器的额定电压为10 V，所以电压表的量程至少应为10 V，假设改装后的电压表的量程为10 V，则有U0R V＝UR x＋R V，解得R x＝4.67 kΩ，所以应选用R3，此时改装后的电压表量程为12 V.(2)用电器的电阻值约为R＝U2P＝10 Ω.由于滑动变阻器的电阻R阻<R，所以滑动变阻器应采用分压式接法．又因为R<R V·R A，故应采用电流表外接法．所以电路B能较准确地完成该实验．(3)由题图乙可知，电流表的示数为I＝1.20 A，所以用电器的功率为P＝UI＝10×1.20 W＝12 W答案(1)R3(2)B(3)12实验设计流程考点二实验方法及数据处理方法的迁移应用1．实验方法的迁移基本的实验方法包括：实验原理的设计方法、实验误差的控制方法和实验数据的处理方法，将基本的实验方法和物理原理合理迁移，可设计出测量不同的物理量、探究不同问题的实验方案．教材中所学过的物理规律、物理公式中只要含有某一物理量，则该规律、公式就可作为研究或测定该物理量的原理基础而进行相应的实验方法设计．如用伏安法测电阻，R ＝UI ，也可迁移到测电压表内阻和电流表内阻上去．2．缺少电压表、电流表或电表量程不够的处理方法在电学实验中，有时实验器材中有两只电压表没有电流表，有时有两只电流表而没有电压表，遇到这类问题时可将电流表作为电压表用或将电压表作为电流表用，但要注意量程是否合适，必要时需进行改装，扩大量程． 3．实验数据处理方法的应用与创新数据探究性实验的主要功能是通过实验提供的数据信息，分析各数据中的内在联系，找出数据中所包含的物理规律．常用的数据处理方法(如平均值法、图象法、逐差法、比较法等)和误差分析方法应该掌握．对于用图象法处理实验数据，一定要明确纵轴、横轴所表示的物理量，正确地进行描点连线，然后根据物理规律列出与该图线对应的方程式；若题目不需要利用斜率和截距进行求解(或题目没有给出斜率和截距的大小)，可在直线图象中找出两个点的坐标代入方程，组成方程组进行求解．若题目给出了斜率和截距的大小，须将方程化简成y ＝kx ＋b 的形式求解．例2 待测电阻R x 的阻值约为20 Ω，现要测量其阻值，实验室提供器材如下：A ．电流表A 1(量程150 mA ，内阻约为10 Ω)B ．电流表A 2(量程20 mA ，内阻r 2＝30 Ω)C ．电压表V(量程15 V ，内阻约为3 000 Ω)D ．定值电阻R 0＝100 ΩE ．滑动变阻器R 1，最大阻值为5 Ω，额定电流为1.0 AF ．滑动变阻器R 2，最大阻值为5 Ω，额定电流为0.5 AG ．电源E ，电动势为4 V(内阻不计)H ．电键S 及导线若干(1)为了使电表调节范围较大，测量准确，测量时电表读数不得小于其量程的13，请从所给的器材中选择合适的实验器材________________(均用器材前对应的序号字母填写)；(2)根据你选择的实验器材，请你在虚线框内画出测量R x 的最佳实验电路图并标明元件符号；(3)待测电阻的表达式为R x ＝____________.式中各符号的物理意义为_____________． 解析 (1)由于电源电动势为4 V ，电压表V 的量程为15 V ，达不到其量程的三分之一，故电压表不能使用；可用电流表A 2与定值电阻R 0串联扩大其电压量程，当作电压表与电流表A 1配合使用伏安法测量待测电阻阻值，由于改装的电压表内阻已知，故电流表用外接法，改装的电压表量程为20 mA ×130 Ω＝2.6 V ，滑动变阻器最大阻值为5 Ω，无法起到限流作用，故滑动变阻器采用分压式接法；此时考虑到干路最小电流约为ER ＝0.8 A ，故滑动变阻器只能选择R 1，经过估算当电流表A 1满偏时，电流表A 2也正好满偏，非常匹配，因此满足电表读数不得小于其量程的三分之一要求．故实验器材选择ABDEGH. (2)如图所示(3)待测电阻R x ＝I 2(R 0＋r 2)I 1－I 2，其中I 1、I 2分别为电流表A 1和A 2的示数．答案 (1)ABDEGH (2)见解析图 (3)I 2(R 0＋r 2)I 1－I 2 I 1、I 2分别为电流表A 1和A 2的示数例3 某课题研究小组，选用下列器材测定某型号手机所用锂电池的电动势E 和内阻r .(电动势约为4 V ，内阻在几欧到几十欧之间) A ．电压表(量程6 V ，内阻约为6.0 kΩ) B ．电流表(量程2 mA ，内阻约为50 Ω) C ．电阻箱R (0～999.9 Ω) D ．开关S 一只、导线若干(1)某同学从上述器材中选取了电流表和电阻箱测锂电池的电动势和内阻，你认为可行吗？请说明理由：___________________________________________________ ________________________________________________________________________. (2)今用上述器材中的电压表和电阻箱测锂电池的电动势和内阻，请在虚线框中画出实验电路图．(3)用(2)中实验电路测得的8组U 、R 数据，已在1U －1R 坐标系中描出了各点，如图4所示，请在图中作出1U －1R 图线．根据图线求得E ＝________V ，r ＝________Ω.(保留两位有效数字)图4解析 (1)将电流表、电阻箱串联在锂电池上，估算通过电路的最小电流大于2 mA.故该同学的设计不可行． (2)实验电路图如图所示(3)根据1U －1R 坐标中描出的各点，画出1U －1R的图线，如图所示．根据I ＝ER ＋r，U ＝E －Ir推出1U ＝1E ＋r E ·1R由此可知图线的截距为电动势的倒数，斜率为内阻和电动势的比值，由此可得出E ＝3.6 V ，r ＝9.9 Ω. 答案 见解析(限时：30分钟)1．电子所带的电荷量(元电荷e )最先是由密立根通过油滴实验测量出的，图1是该实验装置的示意图，将两块水平放置的金属板A 、B 连接到电路中，板间产生竖直向下的匀强电场．用一个喷雾器把许多油滴从上板中间的小孔喷入电场，油滴从喷口出来时由于与喷口摩擦带负电．在实验中通过调节金属板间的电压，利用显微镜观察，找到悬浮不动的油滴．所用部分器材已在图中给出，其中E 为直流电源，R 为滑动变阻器，V 为电压表，S 为开关，此外还有若干轻质导线．图1(1)在图中画线连接成实验电路图(其中①②③是已经连接好的导线)．(2)实验时观察到某个悬浮不动的油滴半径为r ，此时电压表的示数为U ，金属板A 、B 间的距离为d .已知油滴密度为ρ，重力加速度为g ，空气浮力不计，则该油滴所带的电荷量为________．(用题目中所给的物理量表示) 答案 (1)如图所示(2)4πρdgr 33U解析 (2)油滴处于静止状态，则有q U d ＝mg ，其中m ＝ρ·43πr 3，联立解得q ＝4πρdgr 33U.2．实际电流表有内阻，可等效为理想电流表与电阻的串联．现在要测量电流表的内阻r 1.供选择的仪器如下：A ．待测电流表(0～5 mA ，内阻约300 Ω)B ．电流表(0～10 mA ，内阻约100 Ω)C ．电压表(量程6 V)D ．电压表(量程15 V)E ．滑动变阻器R 3(0～1 000 Ω)F ．滑动变阻器R 4(0～500 Ω)G ．定值电阻R 1(300 Ω)H ．定值电阻R 2(10 Ω)I ．直流电源(E ＝3 V)J ．开关S 及导线若干(1)请选择合适的器材设计实验电路，并把电路图画在虚线框中(在图中标明所选器材的代号)(2)根据测量所得物理量有r 1＝________. 答案 (1)见解析图 (2)(I 2－I 1)R 1I 1解析 按照伏安法测电阻的原理，用电流表、来测量待测电流表的内阻，电路图如图所示．由I 1r 1＝(I 2－I 1)R 1解得r 1＝(I 2－I 1)R 1I 1.3．当小灯泡发光时其灯丝的电阻会随着发光亮度的变化而变化．某同学为研究这一现象，按照自己设计的实验电路图测量小灯泡的电流 I 和电压U ，得到如下表所示的数据.电流表、滑动变阻器(0～10 Ω)、电源、小灯泡、开关和导线若干．(2)在图2所示坐标纸上画出小灯泡的U －I 曲线，并定性分析灯丝的电阻与灯泡发光亮度的变化关系：__________________________________________________________ ________________________________________________________________________. (3)如果将上面实验中使用的小灯泡接在电动势为1.5 V 、内阻为2.0 Ω的电源两端，利用上面的U －I 曲线可求出小灯泡的实际功率是________W ，电源效率为________．(结果保留2位有效数字)图2答案 (1)如图甲所示 (2)如图乙所示 灯丝电阻随发光亮度的增加而增大 (3)0.28 53%解析 电压取值范围大，应采用分压式接法，灯丝电阻较小，采用电流表外接法．由图象得灯丝电阻随发光亮度的增加而增大．在U －I 图象中作电动势为1.5 V 、内阻为2.0 Ω的伏安特性图线，两图线交点为(0.35 A,0.8 V)，故P ＝UI ＝0.8×0.35 W ＝0.28 W ，η＝0.281.5×0.35×100%＝53%.4．要测量一电源的电动势E (小于3 V)和内阻r (约1 Ω)，现有下列器材：电压表V(0～3 V ～15 V)、电阻箱(0～999.9 Ω)、定值电阻R 0＝2 Ω、开关和导线．某实验小组根据所给器材设计了如图3甲所示的实验电路．图3(1)电路中定值电阻R 0的作用是保护________(填“电源”或“电压表”)(2)A 同学调节电阻箱阻值R ，读出对应的电压表读数U ，得到两组数据：R 1＝2.0 Ω时U 1＝2.24 V ；R 2＝4.0 Ω时U 2＝2.40 V ．由这两组数据可求得电源的电动势为E ＝________V ，内阻r ＝________Ω.(结果保留两位有效数字)(3)B 同学计划用作图法处理数据，他调节电阻箱阻值R ，得出了若干组数据，并描点连线得出了如图乙所示的图线，图线纵坐标表示电压表读数的倒数1U ，图线的横坐标表示1R ＋R 0.若所得图线的斜率为k ，在1U 坐标轴上的截距为b ，则该电源的电动势E ＝________，内阻r ＝________.(用k 和b 表示)(4)比较A 、B 两位同学的做法，________同学得出的结果误差更小． 答案 (1)电源 (2)2.8 1.0 (3)1b kb(4)B解析 (1)电路中定值电阻R 0的作用：在调节电阻箱时，使电路中的电流不至于太大而烧坏电源．(2)由闭合电路欧姆定律可得I ＝E R ＋R 0＋r ＝UR ＋R 0，将题给数据代入可得E＝2.8 V ，r ＝1.0 Ω.(3)由闭合电路欧姆定律可得I ＝E R ＋R 0＋r＝UR ＋R 0，整理可得1U ＝r E ·1R ＋R 0＋1E ，所以k ＝r E ，b ＝1E ，故E ＝1b ，r ＝k b. (4)B 同学运用图象处理数据，涉及的测量数据较多，误差更小．5．某物理实验小组利用实验室提供的器材测量一待测电阻的阻值．可选用器材的代号和规格如下：图4电流表A 1(量程250 mA ，内阻r 1＝5 Ω) 电流表A 2(量程300 mA ，内阻r 2约为5 Ω) 待测电阻R x (阻值约为100 Ω) 滑动变阻器R (最大阻值10 Ω)蓄电池E (电动势为6 V ，内阻r 约为1 Ω) 单刀单掷开关S ，导线若干(1)小组同学根据实验器材所设计的实验电路原理图如图4所示，但两只电表的代号没有明确．请用笔画线代替导线，将图5中的实验器材按电路原理图连成实验电路，并在电表下方的虚线框内标明两只电表的代号．图5(2)他们需要直接测量的物理量是__________，用所测物理量表示待测电阻的计算式为R x ＝________.答案 (1)见解析图 (2)电流表A 1的示数I 1、电流表A 2的示数I 2 I 1r 1I 2－I 1解析 (1)题中没给电压表，而是给了两只电流表，可将已知阻值的电流表A 1作为电压表使用，因此与R x 并联的电流表为A 1，右侧的电流表为A 2，实验器材连线如图所示．(2)实验中读出电流表A 1的示数I 1、电流表A 2的示数I 2，则电阻R x 两端的电压为U ＝I 1r 1，电流为I ＝I 2－I 1，所以R x ＝U I ＝I 1r 1I 2－I 1. 6．某实验小组要测量一个用电器L 的额定功率(额定电压为10 V 、额定功率在12 W ～15 W之间)，测量电路的部分导线已经接好(如图6所示)．实验室有下列器材可供选用：图6直流电源：E1(电动势为3 V，内阻很小)E2(电动势为15 V，内阻很小)直流电流表：A1(量程0～0.6 A，内阻约为0.5 Ω)A2(量程0～3 A，内阻约为0.1 Ω)直流电压表：V(量程为3 V、内阻为3 kΩ)滑动变阻器：R1(阻值范围0～20 Ω)R2(阻值范围0～200 Ω)定值电阻：R3＝3 kΩ、R4＝9 kΩ、R5＝25 kΩ开关一个，导线若干为使测量尽可能准确、方便，请回答：(1)电源应该选择________(填“E1”或“E2”)；(2)电流表应该选择________(填“A1”或“A2”)；(3)滑动变阻器应该选择________(填“R1”或“R2”)；(4)由于电压表的量程不够，要利用一个定值电阻进行改装．请选择合适的定值电阻，在图6中用笔画线代替导线连接好测量电路的剩余部分．答案(1)E2(2)A2(3)R1(4)如图所示解析由于额定电压为10 V，所以直流电源选择电动势为15 V的E2.其额定电流为1.2A～1.5 A，所以直流电流表选择A2.根据已有的电路结合让实验结果更为精确的要求，采用限流电路，所以利用滑动变阻器R1作为限流电阻．若要将电压表改装为量程更大的电压表，需要与其串联一个定值电阻，根据串联电路特点知，若串联R3，则量程为6 V，若串联R4，则量程为12 V，若串联R5，则量程为28 V，因此串联R4比较合适．。

2025高考物理步步高同步练习必修3学习笔记实验2金属丝电阻率的测量[学习目标] 1.掌握测量金属丝电阻率的实验原理和方法.2.了解伏安法测电阻的思路及实验数据的处理方法．一、实验思路设计实验电路，如图，取一段金属电阻丝连接到电路中，测出电阻丝的______________、____________和直径d(S＝__________)，由R＝ρlS得：ρ＝__________(用R、S、l表示)＝__________(用R、d、l表示)，从而计算出该电阻丝所用材料的电阻率．二、物理量的测量1．电阻的测量根据伏安法测电阻的思想：用电压表测电阻丝两端的电压，用电流表测电阻丝中的电流，读出多组电压、电流值，通过U－I图像求R.2．电阻丝有效长度的测量用____________测量电阻丝________________的有效长度l.反复测量多次，得到有效长度的平均值．3．电阻丝直径的测量电阻丝比较细，所以我们采用累积的方法测量，或选取________________或________________来测量电阻丝的直径d.在不同位置测量三次，取平均值d后，根据S＝______________计算出电阻丝的横截面积S.三、数据分析1．数据处理(1)公式法求电阻：测量多组________、________值，求出对应的电阻后取平均值，不能对电流、电压取平均值．(2)图像法求电阻：作出U－I图像，由图像的________求出电阻值，在设定标度时要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要让各点均匀分布在直线的两侧，个别偏离较远的点可以不予考虑．(3)计算导体的电阻率：将三个测量值代入公式ρ＝RS l ＝πd 2R4l 即可求电阻丝的电阻率．2．误差分析(1)电阻丝通电时温度升高，使所测电阻率比常温下电阻率略大． (2)电阻丝长度及电阻丝直径测量不准确.一、实验原理和操作例1 在“测定金属丝的电阻率”的实验中：(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，其示数如图所示，则该金属丝直径的测量值d ＝____ mm.(2)请根据如图甲所示电路图，用笔画线代替导线将图乙中的实验器材连接起来，并使滑动变阻器的滑片P 置于b 端时接通电路后的电流最小．(3)若通过测量可知，金属丝的长度为l ，直径为d ，通过金属丝的电流为I ，对应金属丝两端的电压为U ，由此可计算得出金属丝的电阻率ρ＝______________.(用题目所给字母和通用数学符号表示) 二、实验数据处理例2 在“测定金属丝的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准．待测金属丝接入电路部分的长度约为50 cm.(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如图所示，其读数应为________ mm (该值接近多次测量的平均值)．(2)用伏安法测金属丝的电阻R x .实验所用器材为电池组(3 V)、电流表、电压表、滑动变阻器R (0～20 Ω，额定电流2 A)、开关、导线若干．某小组同学利用以上器材按照图正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：次数1234567U/V0.100.300.70 1.00 1.50 1.70 2.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520(3)这个小组的同学在坐标纸上建立U－I坐标系，如图所示，图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点．请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点，并描绘出U－I图线．由图线得到金属丝的阻值R x＝________ Ω(保留两位有效数字)．(4)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为________．(π取3.14)A．1×10－2 Ω·m B．1×10－3 Ω·mC．1×10－6 Ω·m D．1×10－8 Ω·m例3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：(1)螺旋测微器如图所示．在测量电阻丝的直径时，先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间，使电阻丝与测微螺杆、测砧刚好接触，再旋动____(选填“A”“B”或“C”)，直到听到“喀喀”的声音，以保证压力适当，同时防止螺旋测微器损坏．(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)图甲中R x为待测电阻丝．请用笔画线代替导线，将滑动变阻器接入图乙实物电路中的正确位置．(4)为测量R x，利用图甲所示的电路，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关系图像如图所示．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/V0.50 1.02 1.54 2.05 2.55I2/mA20.040.060.080.0100.0请根据表中的数据，在图中方格纸上作出U2－I2图像．(5)由此，可求得电阻丝的阻值R x＝________Ω.根据电阻定律可得到电阻丝的电阻率．4串联电路和并联电路第1课时串联电路和并联电路电表的改装[学习目标] 1.掌握串、并联电路的电流、电压和电阻关系，并能进行有关计算.2.掌握小量程电流表改装成电压表和大量程电流表的原理，并能根据串、并联电路的知识进行有关计算．1．串联电路：把几个导体或用电器______________连接，接入电路的连接方式，如图甲所示．2．并联电路：把几个导体或用电器的一端________________，另一端也________________，再将两端接入电路的连接方式，如图乙所示．3．串联电路、并联电路的特点串联电路并联电路电流关系各处电流________，即I＝___________________________________总电流等于各支路电流________，即I＝_____________________________________________________电压关系总电压等于各部分电压________，即U＝________________各支路两端电压________，即U＝______________电阻关系总电阻等于各部分电阻________，即R＝_________________________________________________________________________________总电阻的倒数等于各支路电阻的______________，即1R＝_____________________________________4.电压表和电流表的电路结构(1)小量程电流表G(表头)的三个参量(2)电表改装原理①电压表改装：将表头______一个较________电阻，常被称作分压电阻，如图所示．②电流表改装：将表头________一个较________电阻，常被称作分流电阻，如图所示．1．判断下列说法的正误．(1)并联电路干路上的电流一定比通过某一支路的电流大．()(2)电路中电阻的个数越多，电路的总电阻越大．()(3)多个电阻串联时，其中任一电阻增大，总电阻也随之增大；多个电阻并联时，其中任一电阻增大，总电阻将减小．()(4)串联电路中各电阻两端的电压跟它的阻值成正比，并联电路中通过各支路电阻的电流跟它们的阻值成反比．()(5)若将电阻串联在电流表上改装成电压表后，增大了原电流表的满偏电压．()(6)若将电阻并联在电流表两端改装成电流表后，电阻两端的电压和电流表两端的电压相等．()2.如图所示的电路中，R1＝10 Ω，R2＝20 Ω，R3＝30 Ω，S断开时，A、B两端的总电阻为________ Ω，S闭合后，A、B两端的总电阻为________ Ω.一、串联电路和并联电路导学探究1.如图所示，三个电阻组成串联电路(1)若R1＝R2＝R3＝R，则此串联电路的总电阻R总为多少？(2)若R1<R2<R3，每个电阻两端的电压由小到大如何排序？2.如图所示，三个电阻构成并联电路．(1)若R1＝R2＝R3＝R，则此并联电路的总电阻R总为多少？(2)若R1<R2<R3，流过每个电阻的电流由小到大如何排序？知识深化1．关于电压和电流的分配关系：(1)串联电路中各电阻两端的电压跟它们的阻值成正比，即U 1R 1＝U 2R 2＝…＝U n R n ＝UR 总＝I .(2)并联电路中通过各支路电阻的电流跟它们的阻值成反比，即I 1R 1＝I 2R 2＝…＝I n R n ＝I 总R 总＝U .2．串、并联电路总电阻的比较串联电路的总电阻R 总 并联电路的总电阻R 总 不同点n 个相同电阻R 串联，总电阻R 总＝nRn 个相同电阻R 并联，总电阻R 总＝R nR 总大于任一电阻阻值 R 总小于任一支路电阻阻值 一个大电阻和一个小电阻串联时，总电阻接近大电阻 一个大电阻和一个小电阻并联时，总电阻接近小电阻相同点多个电阻无论串联还是并联，其中任一电阻增大或减小，总电阻也随之增大或减小例1 如图所示，R 1＝2 Ω，R 2＝10 Ω，R 3＝10 Ω，A 、B 两端接在电压恒定的电源上，则( )A ．S 断开时，R 1与R 2的电压之比为5∶1B ．S 闭合时，R 1与R 2两端的电压之比为2∶5C ．S 闭合时，通过R 2与R 3的电流之比为2∶1D ．S 闭合时，通过R 1与R 2的电流之比为1∶5例2 如图所示电路中，已知R 1＝5 Ω，R 2＝12 Ω，电压表示数为2 V ，电流表示数为0.2 A ，求：(1)电阻R 3的阻值； (2)A 、C 两端的电压值．二、电表的改装 导学探究(1)小量程电流表有哪三个参量？三个参量之间有什么关系？(2)对于小量程电流表，其额定电压比较小，如何将该电流表改装成大量程的电压表？(3)对于小量程电流表，其额定电流比较小，如何将该电流表改装成大量程的电流表？知识深化电压表、电流表的改装及其特点项目小量程电流表G改装成大量程电压表V小量程电流表G改装成大量程电流表A电路结构R的作用分压分流扩大量程的计算U＝I g(R＋R g)R＝UI g－R gI g R g＝(I－I g)RR＝I gI－I gR g电表的总内阻R V＝R g＋R R A＝RR gR＋R g使用并联在被测电路两端，“＋”接线柱接电势较高的一端串联在被测支路中，电流从“＋”接线柱流入例3有一电流表G，内阻R g＝10 Ω，满偏电流I g＝3 mA.(1)要把它改装成量程为0～3 V的电压表，应串联一个多大的电阻？改装后电压表的内阻是多大？(2)要把它改装成量程为0～0.6 A的电流表，需要并联一个多大的电阻？改装后电流表的内阻是多大？例4如图所示是有两个量程的电流表，当使用A、B两个端点时，量程为0～1 A，当使用A、C两个端点时，量程为0～0.1 A，已知表头的内阻为200 Ω，满偏电流是2 mA，求：(1)该表头的满偏电压；(2)R1与R2的阻值．例5 (2022·宣城中学高二开学考试)四个相同的电流表分别改装成两个电流表A 1、A 2和两个电压表V 1、V 2，A 1的量程小于A 2，V 1的量程小于V 2，把它们接入如图所示的电路，闭合开关后( )A ．A 1的读数和A 2的读数相同B ．V 1的读数和V 2的读数相同C ．A 1指针偏转角度和A 2指针偏转角相同D ．V 1指针偏转角度比V 2指针偏转角度大关于电表改装的四点提醒1．电表改装的问题实际上是串、并联电路中电流、电压的计算问题，只要把表头看成一个电阻R g 即可．2．无论表头改装成电压表还是电流表，它的三个参量U g 、I g 、R g 是不变的，即通过表头的最大电流并不改变．3．由改装后电压表的内阻R V ＝R 串＋R g ＝nR g (其中n ＝U U g ＝UI g R g )可知，电压表量程越大，其分压电阻R 越大，电压表内阻R V 越大．4．由改装后电流表的内阻R A ＝R 并R gR 并＋R g ＝R g n (其中n ＝II g )可知，电流表的量程越大，其分流电阻R 并越小，电流表的内阻R A 越小． 三、电路的等效与简化 电路的简化原则及方法 (1)无电流的支路可去掉．(2)两等势点间的电阻可省去或视为短路． (3)理想导线可长可短．(4)节点沿理想导线可任意移动，但不得越过电源、用电器等．(5)理想电流表可认为短路，理想电压表可认为断路．(6)电路电压稳定时，电容器所在电路可认为是断路．例6(2021·福建宁化第六中学高二期中)如图所示电路中，R1＝R2＝R3＝4 Ω，若在a、c两点之间加上U＝12 V的电压，则理想电流表的读数为()A．0 B．0.5 A C．1.0 A D．1.5 A第2课时滑动变阻器的两种接法伏安法测电阻的两种接法[学习目标] 1.理解滑动变阻器的限流式和分压式接法，并能正确选择和应用.2.认识伏安法测电阻的两种电路并能正确选择和应用．一、滑动变阻器的限流式和分压式接法限流式分压式电路组成滑动变阻器接入电路的特点采用“一上一下”的接法采用“一上两下”的接法调压范围R x ER＋R x～E0～E适用情况负载电阻的阻值R x与滑动变阻器的总电阻R相差不多，或R稍大，且电压、电流变化不要求从零调起(1)要求负载上电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调(2)负载电阻的阻值R x远大于滑动变阻器的总电阻R例1如图所示，滑动变阻器R1的最大阻值是200 Ω，R2＝300 Ω，A、B两端电压U AB＝8 V.(1)当S断开时，移动滑片P，R2两端可获得的电压变化范围是多少？(2)当S闭合时，移动滑片P，R2两端可获得的电压变化范围是多少？1．滑动变阻器接入电路时，金属杆的两个端点不能同时接入电路，否则电流将从金属杆流过而将滑动变阻器短路．2．限流式接法电压调节范围较小，而分压式接法电压调节范围较大(电压最小值从0开始)，在具体应用中要根据题目要求合理选择．针对训练1(多选)滑动变阻器的原理如图所示，则下列说法中正确的是()A．若仅将a、c两端连在电路中，则当滑片OP向右滑动时，变阻器接入电路中的阻值增大B．若仅将a、d两端连在电路中，则当滑片OP向右滑动时，变阻器接入电路中的阻值减小C．将滑动变阻器以限流式接法接入电路时，必须连入三个接线柱D．将滑动变阻器以分压式接法接入电路时，必须连入三个接线柱二、伏安法测电阻的两种接法1．两种接法的比较内接法外接法电路误差分析电压表示数：U V＝U R＋U A＞U R电流表示数：I A＝I RR测＝U VI A＞U RI R＝R真电压表示数：U V＝U R电流表示数：I A＝I R＋I V＞I RR测＝U VI A＜U RI R＝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2.电流表内、外接的选择方法(1)直接比较法：当R x ≫R A 时，采用内接法，当R x ≪R V 时，采用外接法，可记忆为“大内小外”． (2)公式计算法 当R V R x <R xR A即R x ＞R A R V 时，用电流表内接法， 当R V R x >R xR A即R x ＜R A R V 时，用电流表外接法， 当R x ＝R A R V 时，两种接法效果相同．(3)试触法：适用于R x 、R V 、R A 的阻值关系不能确定的情况，如图所示，把电压表的接线端分别接b 、c 两点，观察两电表的示数变化：①若电流表的示数变化明显，即|I 2－I 1|I 1>|U 2－U 1|U 1，说明电压表的分流对电路影响大，表明R x较大，应选用电流表内接法．②若电压表的示数变化明显，即|I 2－I 1|I 1<|U 2－U 1|U 1，说明电流表的分压对电路影响大，表明R x较小，应选用电流表外接法．例2 在伏安法测电阻的实验中，待测电阻R x 的阻值约为200 Ω，电压表V 的内阻约为2 kΩ，电流表A 的内阻约为10 Ω，测量电路中电流表的连接方式如图甲或乙所示，结果由公式R x ＝UI 计算得出，式中U 与I 分别为电压表和电流表的示数．若将图甲和图乙中电路测得的电阻值分别记为R x 1和R x 2，则________(选填“R x 1”或“R x 2”)更接近待测电阻的真实值，且测量值R x 1________(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值，测量值R x 2________(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值．针对训练2 (多选)如图所示，用伏安法测电阻时( )A ．采用图甲所示测量电路，误差来源于电压表分流，使电阻测量值小于真实值B ．采用图甲所示测量电路，误差来源于电流表分压，使电阻测量值大于真实值C ．采用图乙所示测量电路，误差来源于电压表分流，使电阻测量值小于真实值D．采用图乙所示测量电路，误差来源于电流表分压，使电阻测量值大于真实值例3(2021·西北工大附中期中)有一未知电阻R x，为了较准确地测出其阻值，先后用图甲、乙所示的两种电路进行测试，利用图甲测得的数据是“2.8 V 5.0 mA”，而用图乙测得的数据是“3.0 V 4.0 mA”，那么测得的该电阻较为准确的情况是()A．560 Ω，测得阻值偏大B．560 Ω，测得阻值偏小C．750 Ω，测得阻值偏小D．750 Ω，测得阻值偏大5实验：练习使用多用电表[学习目标] 1.了解多用电表的基本结构，知道多用电表的测量功能.2.会使用多用电表测量电压、电流和电阻，并能测量二极管的正、反向电阻．一、认识多用电表如图所示是一种指针式多用电表外形图，表的上半部分为________，下半部分是________开关，开关周围标有测量功能的区域及量程．二、使用多用电表1．使用前应先调整________________，使指针指到零刻度．2．使用时应先将_______________旋转到与被测物理量对应的位置上并选择合适的________．3．不使用的时候应把选择开关旋转到__________位置．4．使用多用电表测量电压、电流和电阻．(1)测电压：①选择直流电压挡合适的________，并将选择开关旋至相应位置．②将多用电表________在待测电路两端，注意________表笔接触点的电势应比________表笔接触点的电势高．③根据表盘上相应量程的直流电压刻度读出电压值，读数时注意____________刻度所表示的电压值．(2)测电流：①选择直流电流挡合适的量程，并将选择开关旋至相应位置．②将被测电路导线拆开一端，把多用电表________在电路中，注意电流应从__________表笔流入多用电表．③读数时，根据表盘上相应量程的直流电流刻度进行读数，要认清刻度盘上的最小刻度．(3)测电阻：①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挡位．②欧姆调零：将红、黑表笔________，调整____________________，使指针指向“________”．③测量、读数：将两表笔分别与待测电阻的两端接触，指针示数乘____________即为待测电阻阻值．④实验完毕，将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡.一、用多用电表测电压、电流和电阻1．多用电表测电压、电流和电阻的注意事项(1)使用前要机械调零．(2)电流都是从红表笔流入，从黑表笔流出．(3)测电阻时注意：①测电阻必须把待测电阻隔离．②牢记两个调零过程，切记换挡需进行欧姆调零．③合理选择量程，使指针尽可能指在中值附近．④读数时应乘相应的倍率．⑤欧姆表的表盘刻度不均匀，一般不估读．2．多用电表的读数(1)读数时要注意读表盘上的哪条刻度线：欧姆挡刻度不均匀，读最上一排刻度线；直流电流、直流电压刻度均匀，读中间刻度线．(2)电压挡、电流挡的读数要看清选择开关所选择的量程，搞清楚每一小格表示多少及应读到的有效数字位数．例1(2022·内蒙古赤峰第四中学高二期末)(1)如图甲所示为多用电表的示意图，现用它测量一个阻值约为20 Ω的电阻，测量步骤如下：①调节指针定位螺丝，使电表指针停在______(填“电阻”或“电流”)的“0”刻线．②将选择开关旋转到欧姆挡的___________(填“×1”“×10”“×100”或“×1 k”)位置．③将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔，并将两表笔短接，调节____________________，使电表指针对准__________________(填“电阻”或“电流”)的“0”刻线．④将红、黑表笔分别与待测电阻两端相接触，若电表读数如图乙所示，该电阻的阻值为____ Ω.⑤测量完毕，将选择开关旋转到“OFF”位置．(2)为了设计电路，先用多用电表的欧姆挡粗测未知电阻，采用“×10”挡，调零后测量该电阻，发现指针偏角非常小，下列判断和做法正确的是________(填字母代号)．A．这个电阻阻值很小，估计只有几欧姆B．这个电阻阻值很大，估计有几千欧姆C．如需进一步测量可换“×100”挡，调零后测量D．如需进一步测量可换“×1”挡，调零后测量例2如图所示为多用电表的刻度盘．若选用倍率为“×100”的欧姆挡测电阻时，表针指示如图所示，则：(1)所测电阻的阻值为_______________ Ω；如果要用此多用电表测量一个阻值约为2.0×104 Ω的电阻，为了使测量结果比较精确，应选用的欧姆挡是____________(选填“×10”“×100”或“×1 k”)．(2)用此多用电表进行测量，当选用量程为50 mA的直流电流挡测量电流时，表针指于图示位置，则所测电流为______ mA；当选用量程为250 mA的直流电流挡测量电流时，表针指于图示位置，则所测电流为________ mA.(3)当选用量程为10 V的直流电压挡测量电压时，表针也指于图示位置，则所测电压为____ V.针对训练下表是用如图所示的多用电表进行测量的四次记录，a、b分别为测量时的指针位置．其中有的记录了量程(或倍率)但没有记录读数，有的记录了读数但没有记录量程(或倍率)，请你填写表格中的各个空格．表用多用电表测量电流电压、直流电流、电阻序号所测物理量量程或倍率指针读数1直流电压50 V a2直流电流b8.3 mA3电阻a 5.5×103 Ω4电阻×1b二、用多用电表测二极管的正、反向电阻1.认识二极管：如图所示，它由半导体材料制成，左端为正极，右端为负极．特点：电流从正极流入时电阻很小，而从正极流出时电阻很大．2．多用电表测二极管的正、反向电阻(1)测二极管正向电阻：将多用电表的选择开关旋至低倍率的欧姆挡，调整欧姆零点之后将黑表笔接触二极管的正极，红表笔接触二极管的负极．(2)测二极管反向电阻：将多用电表的选择开关旋至高倍率的欧姆挡，调整欧姆零点之后将黑表笔接触二极管的负极，红表笔接触二极管的正极．例3某同学利用多用电表测量二极管的正向电阻．完成下列测量步骤：(1)检查多用电表的机械零点．(2)将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔，将选择开关拨至“×10”的倍率挡位上．(3)将红、黑表笔短接，进行欧姆调零．(4)测正向电阻时，将________(填“红”或“黑”)表笔接二极管正极，将另一表笔接二极管负极．(5)测量发现指针的偏角过大，为使测量比较精准，应将选择开关旋转到________(选填“×1”或“×100”)的倍率挡位后，再次测量．(6)最后应将选择开关拨向________________________________位置．(7)以上实验过程，缺少的实验步骤是________________________________________________ _______________________________________________________________________________.三、用多用电表检测电路故障1．电压表检测法若电路断路，将电压表与电源并联，若有电压说明电源完好，然后将电压表逐段与电路并联，若某一段电压表指针偏转，说明该段电路中有断点．若电路短路，则用电压表逐段与电路并联，某一段电压表示数为零，则该段电路被短路．2．欧姆表检测法断开电路，用多用电表的欧姆挡测量待测部分的电阻，若检测部分示数正常，说明两点间正常；若检测部分电阻很小(几乎为零)，说明该部分短路；若检测部分指针几乎不动，说明该部分断路．例4如图是某同学连接的实验实物图，A、B灯都不亮，他采用下列两种方法进行故障检查．表1测试点电压表示数a、b有示数b、c有示数c、d无示数d、f有示数表2测试点指针偏转情况c、dd、ee、f(1)应用多用电表的直流电压挡进行检查，选择开关置于10 V挡．该同学测试结果如表1所示，在测试a、b间直流电压时，红表笔应接触________(填“a”或“b”)．根据测试结果，一定能判定的故障是________．A．灯A短路B．灯B短路C．cd段断路D．df段断路(2)将开关断开，再选择欧姆挡测试，测量结果如表2所示，那么检查出的故障是________．A．灯A断路B．灯B短路C．灯A、B都断路D．d、e间导线断路本章知识网络构建电阻的测量[学习目标] 1.建立伏安法测电阻的电路模型，进一步理解电流表内接法、外接法及滑动变阻器的限流式接法和分压式接法，并能在具体问题中正确选择.2.学会用替代法、半偏法及电桥法测电阻．一、伏安法测电阻例1(2022·云南玉溪第三中学高二开学考试)某同学通过实验测定一个阻值约为5 Ω的电阻R x的阻值．现有电源(3 V，内阻可不计)、滑动变阻器(阻值范围为0～50 Ω，允许通过的最大电流为2 A)、开关和导线若干，以及下列电表：A．电流表(量程为0～3 A，内阻约为0.025 Ω)B．电流表(量程为0～0.6 A，内阻约为0.125 Ω)C．电压表(量程为0～3 V，内阻约为3 kΩ)D．电压表(量程为0～15 V，内阻约为15 kΩ)(1)为了减小测量误差，在实验中，电流表应选用_____________，电压表应选用____________，(以上均填器材前的字母)实验电路应采用图中的________(选填“甲”或“乙”)．(2)若选用甲电路，产生误差的主要原因是__________；若选用乙电路，产生误差的主要原因是__________．(均用字母代号填写)A．电流表测量值小于流经R x的电流值B．电流表测量值大于流经R x的电流值C．电压表测量值小于R x两端的电压值D．电压表测量值大于R x两端的电压值(3)接通开关，改变滑动变阻器滑片的位置，并记录对应的电流表示数I、电压表示数U.某次电表示数如下图所示，U＝_______ V，I＝_______ A，可得该电阻的测量值R x＝________ Ω.二、替代法测电阻实验原理：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R x＝R0.例2(2022·河南高二阶段练习)有一根细长而均匀的金属管线，横截面如图甲所示，外边界为圆形，因管内中空部分截面形状不规则，无法直接测量．已知这种金属的电阻率为ρ，现设计一个实验方案，测量中空部分的横截面积S0.步骤如下：(1)用刻度尺测出该金属管线的长度为L，用游标卡尺测出外截面的直径D如图乙所示，则D ＝____________ cm；(2)利用如图丙所示电路测量该金属管线的电阻，将S2拨向1，接通S1，调节R1，使电流表指针偏转到适当位置，记下此时的读数I；然后将S2拨向2，保持R1阻值不变，调节R2，使电流表的读数为__________，记下此时R2的读数为R0，则金属管线的电阻值为R＝________；(3)用上述测量的物理量符号表示该金属管线内部中空部分横截面积为S0＝____________(用R0、ρ、D、L、π表示)．三、半偏法测电表内阻1．“半偏法”测电流表的内阻测量原理：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R A＝R2.2．“半偏法”测电压表的内阻测量原理：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；。