电学综合题(3)

2020-02-22 12:12

1.滑动变阻器上一般都标有允许通过的最大电流值,使用时要注意观察电流表示数,不能超过这个值。

2.使用滑动变阻器前,先应来回滑动几次滑片,除去接触点上灰尘等污物,以保证接触良好。 3.实验时谨防损伤电阻丝绝缘层,以免造成匝间短路。

7.3 串联电路

知识解读 1.串联电路概念:

用导线把电路元件逐个顺次连接起来组成的电路。

2.串联电路的特点:

⑴串联电路中电流只有一条路径,各用电器不能单独工作,电路中一处开路,整个电路开路。 理解:串联电路中并列连接在导体两端的电压表,由于其中没有电流,不会因为其发生开路而影响整个串联电路。

⑵串联电路中电流处处相等,I=I1=I2。

理解:电流是在电路中的每一部分同时产生的,不会在流经导体后消耗减少,平时我们说的耗电量,不是消耗电量或者电流,而是电能有多少转化为其它形式的能。 ⑶串联电路两端的总电压等于串联各导体两端的电压之和,U=U1+U2。 理解:串联电路两端的总电压就是电源电压。

⑷串联电路的总电阻等于各串联导体的电阻之和,R=R1+R2。

理解:把几个导体串联起来,相当于增加了导体的长度,所以总电阻比任何一个导体的电阻都大,总电阻也叫串联电路的等效电阻。

⑸串联电路中各电阻两端的电压跟它们的电阻大小成正比,U1︰U2=R1︰R2。

理解:公式可以变形为U 1=

R1R2U,U2=U。 R1?R2R1?R2⑹注意:以上公式都适用于电路中不止两个导体的情况,如U=U1+U2+U3+U4??,

U1︰U2︰U3︰U4︰??=R1︰R2︰R3︰R4︰??;

3.伏安法测电阻

⑴实验原理:欧姆定律的变形公式R=U/I.

⑵滑动变阻器的作用:与待测电阻串联,当移动滑片时,通过改变自身电阻改变电路中各电阻的电压分配,从而改变待测电阻两端的电压,得到多组U、I值,计算出多组R值的平均值,减小实验误差。 经典例说 【例1】两个灯泡串联,因为电阻是对电流的阻碍,所以电阻大的那个灯泡通过的电流小,而电阻小的那个灯泡通过的电流大,对吗?

【思路点拨】此题考查对串联电路的电流特点的理解以及利用欧姆定律的分析问题的能力。

【解】不对,因为串联电路中电流处处相等,而且电阻小的导体电流大有前提;必须是电压相等时。 【点评】这题有些迷惑性,我们知道串联电路的电流相等,通过两个串联起来的灯泡的电流强度应该是相等的,但是后半段的话似乎也有道理,因为电阻是对电流的阻碍,所以通过电阻大的灯泡电流要小,但是这里忽略了一个问题,这两个小灯泡两端的电压一样吗?就是因为如此,才得出错误的结论。

【例2】相同材料做成的导体,长度相同,横截面积之比为S1︰S2=2︰3,那么将两个导体如图接入电路中,则两导体两端电压之比为U1︰U2=_________,通过两导体的电流之比为I1︰I2=_________。 【思路点拨】此题综合考查对电阻的影响因素和串联电路的特点的理解应用。 【解】3︰2,1︰1。

【点评】容易犯的错误是认为电流之比与电阻成反比,为I1︰I2=2:3,忘记利用串联电路的特点解题。

【例3】电路如图所示,当断开电键时,电流表和电压表示数分别为2V、0.2A,当闭合电键时,电压表示数变为6V,求R和R’的阻值。

【思路点拨】此题主要要能判断电键闭合前后电路情况的变化,电路中电阻及其两端电压的变化情况。

【解】当断开电键时,R和R’串联在电路中,电压表测的是R电压,所以 R=UR/IR=2V/0.2A=10Ω;

当闭合电键时,R’被短路,电压表测的是电源电压, 所以 U源=6V,

U’= U源-UR=6V-2V=4V, R’=U’/I’=4V/0.2A=20Ω

【点评】求R’时也可利用UR︰U’=R︰R’来解。此题中的条件也可以改为,已知两种情况下电流表的示数,同样也可以求得电阻的值。

【例5】我们知道电压表使用时不能与被测导体串联在电路中,因为电压表的电阻很大,理论上可以认为接近无穷大,会造成电路开路,那么如果电压表使用时与被测导体串联在电路中,电压表的示数是多少?你能不能用刚学过的串联电路的特点来解释这个现象? 【思路点拨】此题要求会用无穷大和无穷小的概念来分析问题。

【解】电压表的示数应该为电源电压,根据题意画电路图,电压表与被测导体R串

联,闭合电键时,根据串联电路中分压原理,U1︰U2=R1︰R2,由于R的电阻相对于电压表的电阻很小,可以认为它分得的电压很小,小到接近0,而根据串联电路中电压的特点,U=U1+U2,R分得的电压为0时,电压表分得的电压就接近总的电压即电源电压。

【点评】同样我们可以用这种方法解释导线两端的电压为何等于0。

【例6】小王同学在做“用伏安法测电阻”的实验中,所用的器材有:待测电阻、电源、电压表、电流表、标有“20? 2A”字样的滑动变阻器、电键及导线若干,所有实验器材均完好。他连接电路、闭合电键,记录数据,然后分别移动滑动变阻器的滑片在中点及阻值最小处,并将电压表、电流表的示数记录在表一中。在数据记录和分析计算的过程中,小王同学发现数据有明显不合理之处,说明在实验操作中存在着一定的问题。经过认真分析检查电路,他找到了问题所在,对表一数据进行了修正,并计算出了电阻的值。

(1)请仔细观察表一并指出小王同学在实验中电路存在的主要

实电压 电流 电阻 电阻 问题。

验 (伏(安(欧) 平均 问题:

_____________________________________

_______________实实电压 电流 电阻 电压 电流 电阻 ________。 验 电阻 验 电阻 (伏(安平均 (伏(安平均 (2)请将正确的序(欧) 序(欧) ) ) 值(欧) 数据填写在表二) ) 值(欧) 号 号 中,并计算出电阻

1 2 0.2 10 1 4 0.2 20 值。(计算电阻时,2 3 0.3 10. 10 2 3 0.3 10 精确到0.1欧) 3 6 0.6 10 3 0 0.6 0 表一

表二

序) ) 值(欧) 号 1 2 3

【思路点拨】此题考查对伏安法测电阻的理解,以及利用串联电路特点进行综合分析计算。 【解】(1)电压表接在滑动变阻器两端,测的是滑动变阻器电压; (2)见下表

【点评】用伏安法测电阻实验中,电压表电流表应该测的是待测电阻的电压和电流,所以在电阻大小不变时,电流应该与电压大小成正比。而表一中电压越小,电流越大,而且这是一个只有两个导体的串联电路,说明所测的这个导体不是定值电阻而是滑动变阻器,从计算所得的阻值也可以看出这恰好是滑动变阻器三次分别接入电路的阻值大小。

他连接电路、闭合电键,记录的第一次数据,是滑片移到阻值最大时的数据。根据第1、2、3次数据中的任意两个可以算出电源电压和待测电阻阻值,根据电压关系可得三个二元一次方程:

20??0.2A+0.2A?Rx=U, 10??0.3A+0.3A?Rx=U, 0??0.6A+0.6A?Rx=U

任取两个联立求解即得U。 实验指导 【实验】伏安法测电阻

实验器材: 待测电阻,滑动变阻器,电流表,电压表,电键各一个,学生直流电源或者干电池若干节,导线若干。

实验步骤: ⑴测Rx两端电压U和通过电流I。

⑵I用电流表测,U用电压表测。

⑶连接时开关是断开的,滑动变阻器滑片要移到阻值最大处,电流表和电压表的“+”“-”接线柱要连接正确。

⑷闭合开关,观察电压表,电流表读数,填入表中。

⑸调节滑动变阻器,改变加在Rx两端的电压,再记下两组对应的电流值和电压值。 ⑹利用公式:R=U/I求出RX的电阻,再取三次平均值。

注意事项: 选用电流表电压表量程时,可以根据已知的滑动变阻器和待测电阻阻值范围,进行估算;改变加在电阻两端电压时,要考虑电表的量程是否恰当,需要时应作调整。

7.3 串联电路

知识解读 1.串联电路在日常生产生活中有很多应用,例如:当电路中电流大于导体允许通过的最大电流时,或者想减小电路中电流时,可以将一个电阻与该导体串联,如电烙铁、调光电灯等。当电路中电压大于导体允许通过的最大电压时,串联电阻可以分压,使导体两端电压减小。

2.根据串联电路的特点,可以定量判断电路的动态变化情况,方法是将动态问题转化为静态问题,分析每个导体的三个物理量,弄清电路总的电压、电流,利用欧姆定律分别进行静态计算。这样可以确定电路中应增加的串联电阻的大小、各种电表的量程、以及滑动变阻器阻值的变化范围。

3.故障判断:以串联电路中有两个导体为例,其中出现故障的为R1,其电压和电流分别为U1、I1,

完好导体的为R2,其电压和电流分别为U2、I2,电路中总电压和电流分别为U、I。表格中的变化表示发生故障前后的变化。 故障类型 U1 U2 U I=I1=I2 R1短路 变小为0 变大为U 不变 变大为U/ R2 R1开路 变大为U 变小为0 不变 变小为0 经典例说 【例1】电阻箱的另一种方式为插孔式,其面板为几排铜块,铜块下为串联的各种阻值的电阻,铜块插入时电阻被短路,若拔出铜塞,则电流即经过此电阻,由此来控制总的电阻如图所示,为插孔式电阻箱的局部,那么此时电阻大小多大?

【思路点拨】插销式电阻箱是利用串联电路的电阻特点制成的,局部电阻被短路时,其他部分仍有电流通过。 【解】30?。

【点评】可以看出此局部共有4个铜塞A、B、C、D现在B、D两铜塞插在孔内下面的两个电阻20?和50?被短路,而另外两个铜塞A和C被拔出,下面的电阻10?和20?被串入电路因而两端总电阻为10?+20?=30?。

【例2】平时用电烙铁修理收音机等家用电器时,往往是断断续续使用的,而若暂时不用也要接在电源上,这样既费电又会造成烙铁头氧化而不易沾锡。所以,有时采用如图所示电路,在暂不需要焊接时,断开S,使电烙铁处于预热状态;当需焊接时,闭合S,就能很快达到焊接温度。 试问:

① 这样做有什么好处?

② 若一支“220V、0.1A”的烙铁,在不焊接时,仍要使通过它的电流达到0.08A来维持烙铁的温度。那么应该选用电阻多大的白炽灯泡与烙铁串联?(均不考虑温度对电阻的影响) 【思路点拨】这里利用串联电阻,减小电流。

【解】1、这样做的好处是,电烙铁不工作时,断开电键即可,此时电烙铁与电灯串联,仍有电流通过,仍能维持一定的温度。

2、总电阻R?U=220V/0.08A=2750?,

I小灯电阻R2=R-R1=2750?-220V/0.1A=550?

【点评】也可以先算出烙铁分得的电压,再利用电压电流求出小灯电阻。

【例3】一个随身听工作时电压为1.5V,电流为60mA,小明在家使用时将它接在一个直流稳压电源上,但是这个直流电源的输出电压为6V,那么他应该将随身听与一个多大的电阻串联后再连在电源上? 【思路点拨】这里利用串联分压的原理。 【解】电阻电压为U2=U-U1=6V-1.5V=4.5V, 电阻电流为I2=I1=60mA=0.06A,

电阻阻值为R2=U2/I2=4.5V/0.06A=75?。 【点评】也可利用分压公式U1︰U2=R1︰R2来求解。

【例4】在右图的电路中,R为待测电阻,阻值约为5欧。给你的器材有:滑动变阻器(2安,0~10欧);电压表,有2个量程,分别为0~3伏、0~15伏;电流表,有2个量程,分别为0~0.6安、0~3安;电池组为新干电池3节串联。为使测量时能较准确地读数,最后,两只电表的量程应采用 。 【思路点拨】此题要知道由于滑动变阻器的阻值变化是连续的,所以电流表与电

压表的示数变化也是连续的,将这个动态的电路分析,变为只要研究滑动变阻器阻值最大和最小时的两

种静态情况。

【解】0~15伏,0~3安。

【点评】滑片移到最左端时,电路中总电阻最小,电压表示数最大,为电源电压3?1.5V=4.5V;电流表的示数也最大,为4.5V/5?=0.9A,所以两只电表的量程应采用0~15伏,0~3安。

【举一反三】电路如上题,如果两只电表的量程应采用0~3伏,0~0.6安的量程,则滑动变阻器接入电路的最小电阻为多大?

【思路点拨】此处要充分考虑电流表和电压表的情况,两个电表的量程都不能超过,所以应根据电流表和电压表的最大可测值,计算出滑动变阻器接入电路的最小电阻,再从中选出较小值。 【解】滑动变阻器接入电路的最小电阻为2.5?。

【点评】电流表示数为0.6A时,总电阻为R=U/I=4.5V/0.6A=7.5?, 滑动变阻器的阻值为R2=R-R1=7.5?-5?=2.5?,

电压表示数为3V时,总电流为I=I 1 =U1 /R 1 =3 V/ 5?=0.6A,

滑动变阻器的阻值为R2= U 2/I2=(4.5V-3V)/0.6A=2.5?

注意:此题由于待测电阻阻值为5?,正好为电压表与电流表最大示数的比值,所以据电流表

和电压表的最大可测值,计算出的滑动变阻器接入电路的最小电阻相同,但这是一个特例。

【例5】如图所示电路中,电源电压保持不变,闭合电键后,小灯发光较暗,过一会儿小灯明显变亮,那么下列判断正确的是:( )

A. 电阻短路,电压表示数变大; B. 电阻短路,电压表示数变小; C. 电阻开路,电压表示数变大; D. 电阻开路,电压表示数变小;

【思路点拨】此题要根据串联电路特点分析。 【解】B。

【点评】小灯明显变亮,说明电流变大,不可能是开路,而电阻短路时,电压表测电阻电压,所以示数变小为0。

【例6】如图所示电路中,电源电压保持不变,闭合电键后,小灯L1L2都发光,过一段时间,一盏小灯熄灭,另一盏仍发光,电压表V1示数变小,V2示数变大,那么下列判断正确的是:( )

A. 灯L1开路 B. 灯L2开路 C. 灯L1短路 D. 灯L2短路

【解】C。

【点评】因为串联电路中电流相同,所以有灯发光,不是开路,是短路,短路处电压为0。

7.4 并联电路

知识解读 1.并联电路概念:

把电路元件并列接在电路中的两点之间,由此组成的电路。

2.并联电路的特点:

⑴并联电路中电流不是只有一条路径,而有多条路径,各用电器能单独工作,电路中一处支路开路,其它支路不受影响。


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