高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十二章 电能 能量守恒定律综合与测试学案设计

第十二章 电能 能量守恒定律

知识体系·思维导图

考点整合·素养提升

 考点　闭合电路欧姆定律的应用——欧姆表的原理(难度☆☆☆☆)

1.构造:由表头(G)、电源和调零电阻(R)三部分组成。

电表内阻:R内=Rg+R+r,

外阻为待测电阻:Rx。

2.测量原理:闭合电路的欧姆定律。

由I=,

得Rx=-(Rg+R+r)。

3.刻度的标定:

欧姆表原理关键词转化

1.把一个满偏电流为3 mA的电流表改装成欧姆表,其中电源电动势为3 V。在测电阻时,电流表指针指在表盘上2 mA处,在改成相应的电阻刻度时,应是              (　　)

A.250 Ω　　　　　　　　　 B.500 Ω

C.1 000 Ω      D.1 500 Ω

【解析】选B。当电流表满偏时,欧姆表的内阻为R内== Ω=1 000 Ω,当电流表指针指在表盘上2 mA处时,整个回路的电阻Rx+R内== Ω=1 500 Ω,所以Rx=500 Ω,故B项正确。

2.把一量程6 mA、内阻100 Ω的电流表改装成欧姆表,电路如图所示,现备有如下器材:

A.电源E=3 V(内阻不计);

B.变阻器0～100 Ω;

C.变阻器0～500 Ω;

D.红表笔;

E.黑表笔。

(1)变阻器选用__________。 

(2)红表笔接__________端,黑表笔接__________端。(选填“M”或“N”) 

(3)按正确方法测量Rx,指针指在电流表2 mA刻度处,则电阻值应为__________;若指在电流表3 mA刻度处,则电阻值应为__________。 

(4)若该欧姆表使用一段时间后,电池电动势变小,内阻变大,但此表仍能调零,按正确使用方法再测上述电阻Rx,其测量结果与原结果相比将__________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 

【解析】(1)两表笔直接接触时,调节变阻器的阻值使电流达到满偏Ig=,解得R0=400 Ω,故变阻器应选C。

(2)红表笔接内部电源的负极,黑表笔接内部电源的正极,所以红表笔接N端,黑表笔接M端。

(3)电流I=2 mA时,有I=,解得Rx=1 000 Ω。电流I′=3 mA时,I′=,解得Rx′=500 Ω。

(4)当电池电动势变小,内阻变大时,欧姆表重新调零,由于满偏电流Ig不变,由公式Ig=,欧姆表内阻需要调小,待测电阻的阻值是通过电流表的示数体现,由公式I===,可知当r内变小时,接入同样的被测电阻,通过的电流变小,欧姆表读数变大。

答案:(1)C　(2)N　M　(3)1 000 Ω　500 Ω　(4)偏大

【加固训练】

某同学身边有一电动势未知的电源和电压表A,他想用以下器材组装成欧姆表,并比较准确地测量该电源的电动势和电压表B的内阻。现有下列器材:

电压表A,满偏电压3 V,内阻为1 kΩ

待测电压表B,量程0～15 V,内阻为几千欧

电动势约15 V,内阻3 Ω的直流电源

最大阻值为10 kΩ的滑动变阻器R1

最大阻值为1 kΩ的滑动变阻器R2

(1)本实验中应选择滑动变阻器________(选填“R1”或“R2”)。请在下面的方框内画出所组装的欧姆表的内部电路结构图。 

(2)该同学组装完毕并进行欧姆调零后,将待测电压表接入电路中,两电压表示数如图所示,A、B电压表读数分别为________V、________V。 

(3)通过本实验测得该电源的电动势为________V,电压表B的内阻为________Ω。(计算结果保留两位有效数字) 

【解析】(1)组装欧姆表应将电源与表头串联,由于只给出一个3 V量程的电压表可供使用,故只能利用电源、电压表和滑动变阻器串联使用;欧姆表的中值电阻等于其内阻,欧姆调零时,表头应满偏,因电源电动势约为15 V,电压表分压3 V,则滑动变阻器分压约为12 V,则此时滑动变阻器阻值应为电压表内阻的4倍,则滑动变阻器应选最大阻值为10 kΩ的R1。故内部电路结构图如图所示:

(2)A电压表读数为1.00 V,B电压表读数为9.5 V。

(3)欧姆调零时,电压表A满偏,

则此时电流I1==0.003 A,

I1=,接入待测电压表后,

电流I2==0.001 A,又I2=,

RB==9.5×103 Ω,

解得E=14 V,RB=9.5×103 Ω

答案:(1)R1　见解析图　(2)1.00　9.5

(3)14　9.5×103

考点　闭合电路中的图像问题(难度☆☆☆☆)

1.图像问题能反映物理量间的规律关系,又是分析和解决问题的一种工具,因此我们把各物理量间的关系或物理过程绘制成图像,既可以帮助分析推理,又可以根据图像直接求解。

处理图像问题主要从两个方面入手:

(1)特殊点的物理意义:

①纵截距:当横轴表示的物理量为零时,纵坐标的数值。

②横截距:当纵轴表示的物理量为零时,横坐标的数值。

(2)纵坐标与横坐标的关系式。根据关系式便可方便地得到图像截距、斜率、中点等数值的物理意义。

2.闭合电路中的常见图像:

(多选)用标有“6 V　3 W”的灯泡L1、“6 V　6 W”的灯泡L2与理想电压表和理想电流表连接成如图甲所示的实验电路,其中电源电动势E=9 V。图乙是通过两个灯泡的电流随两端电压变化的曲线。当其中一个灯泡正常发光时              (　　)

A.电流表的示数为0.5 A

B.电压表的示数为6 V

C.电路输出功率为4 W

D.电源内阻为1 Ω

【解析】选A、C。因为两个灯泡串联,所以通过两灯泡的电流相等,L1的额定电流为I1==0.5 A,L2的额定电流为I2==1 A,电路中电流为0.5 A,所以只有L1正常发光,故A项正确;从图像中可以看出,电流为0.5 A时,L1两端电压为6 V,L2两端电压为2 V,所以电压表示数为2 V,故B项错误;电路中输出功率为P=UI=(2 V+6 V)×0.5 A=4 W,故C项正确;电源内阻r==2 Ω,故D项错误。