稳恒电流(2)

2019-08-30 15:25

[例10] 一平行板电容器C,极板是水平放置的,它和三个可变电阻及电源联接成如图19所示的电路。今有一质量为m的带电油滴悬浮在两极板之间静止不动。要使油滴上升,可采用的办法是( )

A. 增大R1 B. 增大R2 C. 增大R3 D. 减小R2

C R1 m R2 R3 E

图19 分析与解:要使油滴上升,必须使向上的电场力增大,因油滴的带电量是不变

的,故只有增大场强E,又因E=U/d,而d不变,故只有增大加在电容器两极板间的电压U,即增大R3或减小R2。即CD选项正确。

[例11] 一平行板电容器充电后与电源断开,负极板接地,在两极板间有一正电荷(电量很小)固定在P点,如图20所示,以E表示两极板间的场强,U表示电容器的电压,W表示正电荷在P点的电势能,若保持负极板不动,将正极板移到图中虚线所示的位置,则( )

A. U变小,E不变 B. E变大,W变大 C. U变小,W不变 D. U不变,W不变

分析与解:因为电容极板所带电量不变,且正对面积S也不变,据E=4πKQ/(ε·S)可知E也是不变。据U=Ed,因d减小,故U减小。因P点的电势没有发生变化,故W不变。故A、C二选项正确。 [例12] 在如图21电路中,电键K1、K2、K3、K4均闭合,C是极板水平放置的平R1 行板电容器,板间悬浮着一油滴P,断开哪一个电键后P会向下运动( )

A. K1 B. K2 C. K3 D. K4

分析与解:同理分析断开电键K3后P会向下运动,即C正确。

K1 C P R2 K4 K3 K2 R3

图21

[例13] 两块大小、形状完全相同的金属平板平行放置,构成一平行板电容器,与它相连接的电路如图23所示,接通开关K,电源即给电容器充电( )

K R A. 保持K接通,减小两极板间的距离,则两极板间电场的电场强度减小

E B. 保持K接通,在两极板间插入一块介质,则极板上的电量增大

C. 断开K,减小两极板间的距离,则两极板间的电势差减小 D. 断开K,在两极板间插入一块介质,则两极板间的电势差增大

图23 分析与解:保持K接通,两极板间的电压不变,据E=U/d知当减小两极板

间的距离d时,则两极板间电场的电场强度增大,即A选项错;保持K接通,

两极板间的电压不变,据Q=CU=εSU/(4πkd)知当在两极板间插入一块介质,则极板上的电量增大,即B选正确;断开K,电容器所带电量一定,据E=4πKQ/(ε ·S)和U=Ed可知当减小两极板间的距离,则两极板间的电势差减小, 即C选正确;断开K,电容器所带电量一定,据E=4πKQ/(ε·S)和U=Ed可知当在两极板间插入一块介质,则两极板间的电势差减小,即D选正确。

问题7:关于RC电路中暂态电流的分析

在含容电路中的电流稳定以后,电容充有一定的电量,与电容串联的电阻中没有电流通过。但当电路中某电阻或电压发生变化时,会导致电容的充电或放电,形成暂态电流。如何分析暂态电流?我们可以先确定初始稳态电容所带的电量,再确定当电路中某电阻或电压发生变化时引起电容所带的电量变化情况,从而分析暂态电流。这类问题在近几年高考试题中多次出现。

[例14] 图25所示是一个由电池、电阻R与平行板电容器组成的串联电路,在增大电a b 容器两极板间距离的过程中,以下说法正确的是( ) R A A. 电阻R中没有电流

B B. 电容器的电容变小

图25 6

C. 电阻R中有从a流向b的电流 D. 电阻R中有从b流向a的电流

分析与解:当电路稳定后,没有电流通过电阻R,但当在增大电容器两极板间距离的过程中,电容器的电容量减小而电容器电压不变,所以电容器所带电量会不断减小,即电容放电形成放电电流,BC二选项正确。

问题8:会解非纯电阻电路问题

非纯电阻电路是指电路含有电动机、电解槽等装置,这些装置的共同特点是可以将电能转化为机械能、化学能等其他形式的能量。

[例15] 直流电动机线圈的电阻很小,起动电流很大,这对电动机本身和接在同一电源上的其他电器都产生不良的后果。为了减小电动机起动时的电流,需要给电动机串联一个起动电阻R,如图26所示。电动机起动后再将R逐渐减小。如果电源电压U=220V,电动机的线圈电阻r0=2Ω,那么,

(1)不串联电阻R时的起动电流是多大?

R M (2)为了使起动电流减小为20A,起动电阻应为多大? U 分析与解:

(1)起动时电动机还没有转动,电机等效为一个纯电阻,所以不串联R时的起动

U220电流为:I??A?110A

r02(2)为了使起动电流为20A,电路的总电阻应为R总?故起动电阻应为R?R总?r0?(11?2)??9?

图26 U220???11? I20 [例24] 某一用直流电动机提升重物的装置,如图28所示,重物的质量m=50kg,电源电动势E=110V,不计电

源电阻及各处摩擦,当电动机以V=0.90m/s的恒定速度向上提升重物

S 时,电路中的电流强度I=5A,由此可知,电动机线圈的电阻R是多少?(g=10m/s2)

电动机 分析与解:在图28的物理过程中,电源工作将其他形式的能转化电能输入电路,电流通过电机将电能转化为机械能输出,由能量守恒定律可得

EIt?I2Rt?mgVt 解得电动机线圈的电阻R=92Ω。

图28 问题9:会分析求解故障电路问题

1. 给定可能故障现象,确定检查方法:

[例16] 在图34所示电路的三根导线中,有一根是断的,电源、电阻器R1、R2及另外两根导线都是好的,为了查出断导线,某学生想先将万用表的红表笔连接在电源的正极a,再将黑表笔分别连电阻器R1的b端和R2的c端,并观察万用表指针的示数,在下列选档中,符合操作规程的是( )

A. 直流10V挡 B. 直流0.5A挡 C. 直流2.5V挡 D. 欧姆挡

分析与解:根据题给条件,首先判定不能选用欧姆挡,因为使用欧姆挡时,被测元件必须与外电路断开。 先考虑电压挡,将黑表笔接在b端,如果指针偏转,说明R1与电源连接的导线断了,此时所测的数据应是电源的电动势6V。基于这一点,C不能选,否则会烧毁万用表;如果指针不偏转,说明R1与电源连接的导线是好的,而R1与R2之间导线和R2与电源间导线其中之一是坏的,再把黑表笔接c点,如果指针偏转,说明R1与R2之间导线是断的,否则说明R2与电源间导线是断的,A项正确。

再考虑电流表,如果黑表笔接在b端,指针偏转有示数则说明R1与电源连接的导线是断的,此时指示数I=E/(R1+R2)=0.4A,没有超过量程;如果指针不偏转,说明R1与电源间连接的导线是好的,而R1与R2之间导线和R2与电源间导线其中之一是坏的,再把黑表笔接c点,如果指针偏转,说明R1与R2之间导线是断的,此时示数I=E/R2=1.2A,超过电流表量程,故B不能选。 2. 给定测量值,分析推断故障

[例17] 图35为一电路板的示意图,a、b、c、d为接线柱,a、d与220V的交流电源连接,ab间、bc间、cd间分别连接一个电阻。现发现电路中没有电流,为检查电路故障,

7

用一交流电压表分别测得b、d两点间以及a、c两点间的电压均为220V。由此可知( )

A. ab间电路通,cd间电路不通 B. ab间电路不通,bc间电路通 C. ab间电路通,bc间电路不通 D. bc间电路不通,cd间电路通

分析与解:由于用交流电压表测得b、d两点间电压为220V,这说明ab间电路是通的,bc间电路不通或cd间电路不通;由于用交流电压表测得a、c两点间电压为220V,这说明cd间电路是通的,ab间电路不通或bc间电路不通;综合分析可知bc间电路不通,ab间电路通和cd间电路通,即选项C、D正确。

第二部分实验复习

一、误差:测量值与真实值的差异叫做误差。误差可分为系统误差和偶然误差两种

(1)系统误差的特点是在多次重复同一实验时,误差总是同样地偏大或偏小。减小方法:改进原理、方法、测量工具等。

(2)偶然误差总是有时偏大、有时偏小,并且偏大和偏小的机会相同。减小方法,可以多进行几次测量,求出几次测量的数值的平均值。这个平均值比某一次测得的数值更接近于真实值。 二、常见仪器的使用:

1、游标卡尺

三种游标尺比较及读数规则 游标尺(mm) 刻度格数 精度 测量结果(游标尺上第n个(mm) 格与主尺上的刻度线对正时)(mm) 0.1 主尺上读的毫米数 + 0.1n 刻度总长度 每小格与1mm差 9 19 49 0.1 0.05 0.02 10 20 50 2、螺旋测微器 0.05 主尺上读的毫米数 + 0.05n 0.02 主尺上读的毫米数 + 0.02n (1)刻度原理

螺旋测微器又叫千分尺,它是一种比游标卡尺更精密的测量长度的仪器。用它测量长度可以准确到0.01mm。螺旋测微器的螺距等于0.5mm,每转一周长,螺杆前进或后退0.5mm。把周长分为50等份,每一小格表示0.01mm。

(2)读数方法

测量时被测物长度的整毫米数由固定刻度上读出,小数部分由可动刻度读出。读数时,要注意固定刻度上表示半毫米刻度线是否已经露出。

【典型例题】如图的读数为_____ 、 。

15 0 5 10

3、电流表和电压表

(1) 注意事项:○1选择适当的量程(最大偏角不要小于量程的1/3)○2正确接入电路(正负接线柱)○3正确读数4注意内阻的影响 ○

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(2)读数:①电压表、电流表若用0~3V、0~3A量程,其最小刻度(精确度)分别为0.1V、0.1A,读数规则较为简单,只需在精确度后加一估读数即可。(如图1)

②电压表若用0~15V量程,则其最小刻度为0.5V,所读数值小数点后只能有一位小数,也必须有一位小数(即0.几伏,末尾可以是0到9)。

注意:若指在这两条刻度线间的中间某个位置,则可根据指针靠近两刻度线的程度,分别读做10.1V、10.2V,或10.3V,即使是指在正中央,也不能读做10.25V

③电流表若用0-0.6A量程,则其最小刻度为0.02A,为5分度仪表读数,其读数

规则与0—15V电压表相似,所读数值小数点后只能有两位小数,也必须有两位小数。 注:半格估读

将精确的每一小格再分成两份,比如在0.20到0.22之间分成两份,中间刻度为0.21,此时要采用半格估读的方法,即靠近0.20,读数都为0.20,靠近0.22,读数为0.22,在中间读数为0.21A 4、欧姆表

(1)注意事项:1电流的流向:电流从黑表笔流出,从红表笔流进(注意电势的高低).○2区分机械零点和欧○姆零点。 ○3选挡。一般比被测电阻的估计值低一个数量级,如估计值为200Ω就应该选×10的倍率,即使指针偏转在中央附近(直流电流、电压的刻度均匀,欧姆挡刻度不均均)③调零:使用前应先进行机械调零,用小螺丝刀轻旋调零螺丝,使指针指左端零刻线。使用欧姆挡时,还应进行欧姆调零,即将红、黑表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使指针指右端零刻线处(换量程需重新欧姆调零,不须机械调零)④读数:将指针示数乘以倍率,得测量值。⑤偏角(自左向右的角度):测电阻,若指针偏转角度太小(阻值较大),应增大倍率;若偏转角度太大(阻值较小),应减小倍率。⑥用完后须将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡。

【典型例题】[例1](1)图20中左图为多用电表的示意图,其中S、K、T为三个可调节的部件,现用此电表测量一阻值约为20~30?的定值电阻,测量的某些操作步骤如下: ①调节可调部件 ,使电表指针停在 位置;

②调节可调部件K,使它的尖端指向 位置;

③将红、黑表笔分别插入“+”、“-”插孔,笔尖相互接触,调节可调部件 使电表指针指向 位置。 (2)在用多用表测量另一电阻的阻值时,电表的读数如图20的右图所示,该电阻的阻值为 ?。

[例2]用多用电表的欧姆挡测量一未知

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电阻的阻值,若将选择倍率的旋钮拨至“×100Ω”的挡时,测量时指针停在刻度盘0Ω附近处,为了提高测量的精确性,有下列可供选择的步骤:

A.将两根表笔短接. B.将选择开关拨至“×1kΩ”挡. C.将选择开关拨至“×10Ω”挡.

D.将两根表笔分别接触待测电阻的两端,记下读数. E.调节调0电阻,使指针停在0Ω刻度线上. F.将选择开关拨至交流电压最高挡上.

请你选出正确合理的步骤

5、电阻箱(符号) 图中的电阻箱有6个旋钮,每个旋钮上方都标有倍率,将每个旋钮上指针所指的数值(都为整数)乘以各自的倍率,从最高位依次往下读,即可得到这时电阻箱的实际阻值。

6、滑动变阻器的使用

如图所示,把B与C接入电路,起控制电路电流作用,当滑动头P从右端向左移动过程,滑动变阻器电阻逐渐减小.注意实验开始时应将滑动头P至于右端D。 两种基本接法:限流、分压

(1)两种电路对比:表注:忽略电源的内阻. Ro为滑动变阻器的最大值. 内 容 两种接法电路图 负载R上电压调节范围 负载R上电流调节范围 负载R与的滑动变阻器R0关系 闭合s前触头位置 额定条件下电路总功率 限流接法 分压接法 对比说明 串、并联关系不同 RE≤U≤E R0?RE≤I≤E/R R0?RRRo a端 E(I+Ip) 分压电路调节范围大 分压电路调节范围大 为了便于调节 都为了保护负载 分压电路耗能较多 (2)电路选择方法:

①要求负载上电压或电流变化范围大,且从零开始连续可调,须用分压式接法。 ②负载电阻Rx大于滑动变阻器总电阻R,须用分压式接法,此时若采用限流式接法对电路基本起不到调节作用。 ③采用限流电路时,电路中的最小电流(电压)仍超过电流表的量程或超过用电器的额定电流(电压)时,应采用变阻器的分压式接法。

④负载电阻的阻值Rx小于滑动变阻器的总电阻R或相差不大,并且电压表、电流表示数变化不要求从零开始起调,可用限流式接法。 二、电阻的测量(伏安法):由欧姆定律,用伏特表、安培表测出电阻两端电压和通过电阻的电流,求出电阻值. 两种基本电路:内接法和外接法.(比较见下图) 比较项目 电流表内接法 电流表外接法 电路 10


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