人教版 (2019)必修 第三册第十一章 电路及其应用综合与测试同步测试题
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易错点1 误认为电流是矢量,没认识到自由电子定向移动速率和电流传导速率的区别
1.()关于电流,下列说法中正确的是 ( )
A.通电导线中自由电子定向移动的速率等于电流的传导速率
B.金属导线中电子定向移动的速率越大,导线中的电流就越大
C.电流是个矢量,其方向就是正电荷定向移动的方向
D.国际单位制中,电流是一个基本物理量,其单位“安培”是基本单位
易错点2 电路分析不熟练,不熟悉实验操作
2.()如图所示,电路中有三根导线,其中一根是断的,电源、电阻R1、R2及另外两根导线都是好的。为查出断的导线,某学生想先用多用电表的红表笔连接在电源的正极a,再将黑表笔先后连接在电阻R1的b端和R2的c端,并观察多用电表指针的示数。在下列选挡中,符合操作规程的是 ( )
A.直流10 V挡B.直流2.5 V挡
C.直流0.5 A挡D.欧姆挡
思想方法练
一、等效法
1.()电流表A1的量程为0~200 μA、内电阻约为500 Ω,现要测其内阻,除若干开关、导线之外还有器材如下:
电流表A2:与A1规格相同;
滑动变阻器R1:阻值0~20 Ω;
电阻箱R2:阻值0~9 999 Ω;
保护电阻R3:阻值约为3 kΩ;
电源:电压约1.5 V、内电阻r约2 Ω。
(1)如图所示,某同学想用替代法测量电流表内阻,设计了部分测量电路,在此基础上请你将滑动变阻器接入电路中,使实验可以完成。
(2)电路补充完整后,请你完善以下测量电流表A1内电阻的实验步骤。
a.先将滑动变阻器R1的滑动端移到使电路安全的位置,再把电阻箱R2的阻值调到 (填“最大”或“最小”)。
b.闭合开关S1、S,调节滑动变阻器R1,使两电流表的指针在满偏附近,记录电流表A2的示数I。
c.断开S1,保持S闭合、R1不变,再闭合S2,调节R2,使电流表A2的示数 ,读出此时电阻箱的阻值R0,则电流表A1的内电阻r= 。
二、半偏法
2.()电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍。某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法),实验室提供的器材如下:
待测电压表(量程0~3 V,内阻约为3 000 Ω),电阻箱R0(最大阻值为99 999.9 Ω),滑动变阻器R1(最大阻值100 Ω,额定电流 2 A),电源E(电压为6 V,内阻不计),开关2个,导线若干。
(1)虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分,将电路图补充完整。
(2)根据设计的电路,写出实验步骤: 。
(3)将这种方法测出的电压表内阻记为RV',与电压表内阻的真实值RV相比,RV' RV(填“>”、“=”或“<”),主要理由是 。
3.()现有一块直流电流计G,满偏电流为200 μA,内阻约为400 Ω,某同学想把它改装成最大测量值为2 V的电压表,他首先根据图示电路,用半偏法测定电流计G的内阻。
(1)为提高测量准确度,在以下器材中,电位器R应选用 ;电池应选用 (选填器材前的字母)。
A.电池(电压1.5 V,内阻不计)
B.电池(电压4.5 V,内阻不计)
C.电阻箱(0~999.9 Ω)
D.滑动变阻器(0~500 Ω)
E.电位器(一种可变电阻,与滑动变阻器相当)(0~5.1 kΩ)
F.电位器(0~51 kΩ)
(2)该同学在开关断开的情况下,检查电路连接无误后,将电位器R的阻值调至最大。后续的实验操作步骤依次是 ,最后记录电阻箱R'的阻值并整理好器材(请按合理的实验顺序,选填下列步骤前的字母)。
A.闭合S1
B.闭合S2
C.调节电位器R的阻值,使电流计指针偏转到满刻度
D.调节电位器R的阻值,使电流计指针偏转到满刻度的一半
E.调节电阻箱R'的阻值,使电流计指针偏转到满刻度的一半
F.调节电阻箱R'的阻值,使电流计指针偏转到满刻度
(3)如果R'的阻值为400.0 Ω,即电流计G内阻的测量值,则给电流计G (选填“串”或“并”)联一个阻值为 kΩ的电阻,就可以将该电流计改装成最大测量值为2 V的电压表。
(4)请你推断在本实验中电流计G内阻的测量值R'比其内阻的实际值rg是偏大还是偏小: 。
三、电桥法
4.()用如图所示的电路可以测量电阻的阻值。图中Rx是待测电阻,R0是定值电阻, Ⓖ是灵敏度很高的电流表,MN是一段均匀的电阻丝。闭合开关,改变滑动头P的位置,当通过电流表Ⓖ的电流为零时,测得MP=l1,PN=l2,则Rx的阻值为 ( )
A.l1l2R0 B.l1l1+l2R0 C.l2l1R0 D.l2l1+l2R0
四、图像法
5.()同学们测量某电阻丝的电阻Rx,所用电流表的内阻与Rx相当,电压表可视为理想电压表。
图1
(1)若使用图1所示电路图进行实验,要使得Rx的测量值更接近真实值,电压表的a端应连接到电路的 点(选填“b”或“c”)。
(2)测得电阻丝的U-I图如图2所示,则Rx为 Ω(保留两位有效数字)。
图2
(3)实验中,随电压进一步增加电阻丝逐渐进入炽热状态。某同学发现对炽热电阻丝吹气,其阻值会变化。他们对此现象进行探究,在控制电阻丝两端的电压为10 V的条件下,得到电阻丝的电阻Rx随风速v(用风速计测)的变化关系如图3所示。由图可知当风速增加时,Rx会 (选填“增大”或“减小”)。在风速增加过程中,为保持电阻丝两端电压为10 V,需要将滑动变阻器RW的滑片向 端调节(选填“M”或“N”)。
图3
(4)为了通过电压表的示数来显示风速,同学们设计了如图4所示的电路。其中R为两只阻值相同的电阻,Rx为两根相同的电阻丝,一根置于气流中,另一根不受气流影响,为待接入的理想电压表。如果要求在测量中,风速从零开始增加,电压表的示数也从零开始增加,则电压表的“+”端和“-”端应分别连接到电路中的 点和 点(在“a”“b”“c”“d”中选填)。
图4
答案全解全析
本章复习提升
易混易错练
1.D 电流是电荷的定向移动形成的,但电流传导速率实际是电场在电路中传导的速率,等于光速3×108 m/s而非自由电子定向移动速率,故A项错。由I=neSv和I=qt可知,单位时间内通过导体横截面的电荷量越多,电流就越大,仅电子定向移动速率越大,电流不一定越大,故B项也错。电流的方向是人为规定的,电流是标量,C项错。电流是基本物理量,“安培”是基本单位,故D项正确。
常见错解 错解1:选择A选项,把自由电子定向移动的速率与电流的传导速率等同起来。
错解2:选择B选项,电流大小是看单位时间内通过导体横截面电荷量的多少,仅仅电荷移动速率越大,电流不一定就越大。
错解3:选择C选项,电流有方向,这是人为设定的,但电流并不遵从矢量的平行四边形定则,所以电流为标量。
2.A 用电压挡测量时,由于电路断开(无论是从a、b间断开,还是从R1与R2之间断开),电路中无电流,若黑表笔与电源负极等电势,则直流电压挡测量的数值是电源电压U=6 V。所以A选项可行,B选项不可行。
用电流挡测量时,假设a、b间导线完好,而R1与R2之间导线断开,黑表笔接在c端测得的电流为I=UR2=0.6 A,大于电流挡量程,排除C选项。
被测回路中有电源,欧姆表不能使用,排除D选项。
常见错解 错解1:如果电路连接正常,电路中的电流I=UR1+R2=615 A=0.4 A,选C;但是选C的同学没有考虑R1与R2之间导线断开的情况。
错解2:测量的最大电压为U1=IR1=2 V,选择B,选B的同学没有考虑到无论哪根导线断开,测得的电压都等于6 V,大于2.5 V。
错解3:用欧姆挡可以直接测量回路中的电阻,选D,选D的同学没有考虑到如果被测回路中有电源,欧姆表就可能被毁坏或读数不准。
思想方法练
1.答案 (1)图见解析 (2)a.最大 c.再次为I(或仍为I) R0
解析 等效替代的实质是用电阻箱替代电路中的某一电阻后,若电路中的总电流或路端电压不发生变化,那么替换的电阻箱的阻值与被替换的电阻阻值相等。
(1)滑动变阻器的阻值远小于待测电流表内阻,因此必须采用分压式接法,电路图如图所示。
(2)a.实验前R2应该调节到最大,以保证电表安全;c.替代法最简单的操作是让A2示数不变,则可直接从R2的读数得到电流表A1的内电阻。
2.答案 (1)实验电路图如图所示
(2)移动滑动变阻器的滑片,以保证通电后电压表所在支路分压最小;闭合开关S1、S2,调节R1,使电压表的指针满偏;保持滑动变阻器滑片的位置不变,断开S2,调节电阻箱R0使电压表的指针半偏;读取电阻箱所示的电阻值,此即测得的电压表内阻
(3)> 断开S2,调节电阻箱使电压表成半偏状态,电压表所在支路总电阻增大,分得的电压也增大;此时R0两端的电压大于电压表的半偏电压,故RV'>RV(其他合理说法同样给分)
解析 由于R1的总阻值远小于测量电路总电阻,故控制电路采用分压式接法,电路图见答案。
3.答案 (1)F B (2)ACBE (3)串 9.6 (4)偏小
解析 (1)为提高测量准确度,电位器R的阻值应远远大于电流计的内阻,并且要使R接入电路的电阻值尽量大,所以电位器R应选用F,电池应选用B。
(2)半偏法测电阻实验步骤:第一步,按原理图连好电路;第二步,闭合开关S1,调节电位器R,使表头指针满偏;第三步,闭合开关S2,改变电阻箱R'的阻值,当表头指针半偏时记下电阻箱读数,此时电阻箱的阻值等于表头内阻rg,故应选A、C、B、E。
(3)将电流计改装成电压表,应串联接入一分压电阻R0,由欧姆定律及串联电路分压规律得U=Igrg+IgR0(其中U为改装后电压表的满偏电压),则R0=UIg-rg=9.6 kΩ。
(4)实际上电阻箱并入后,电路的总电阻减小了,干路电流增大了,电流计半偏时,流过电阻箱的电流大于流过电流计的电流,电阻箱接入的电阻小于电流计的电阻,所以该测量值略小于实际值。
4.C 电桥法是测量电阻的一种特殊方法,其测量电路如图所示,实验中调节电阻箱R3,当A、B两点的电势相等时,R1和R3两端的电压相等,设为U1。同时R2和Rx两端的电压也相等,设为U2,根据欧姆定律有:U1R1=U2R2,U1R3=U2Rx,由以上两式解得:R1×Rx=R2×R3,这就是电桥平衡的条件,由该平衡条件就可求出被测电阻Rx的阻值。
根据电桥平衡的条件及电阻定律可知,当通过灵敏电流表的电流为零时,有R0l1=Rxl2,可得Rx=l2l1R0。
5.答案 (1)c
(2)4.1(4.0~4.2均可)
(3)减小 M (4)b d
解析 (1)因为电流表的内阻与Rx相当,而电压表可视为理想电压表,所以应采用电流表外接法,即a端应与c点连接。
(2)题图2中U-I图线的斜率大小等于Rx,由图线可求得Rx=4.1 Ω。
(3)由Rx-v图像可明显看出,v越大Rx越小。当风速v增大时,将RW的滑片向M端调节,即可使Rx两端的电压保持 10 V 不变。
(4)当风速增大时,受气流影响的电阻丝Rx的阻值逐渐减小,d点的电势逐渐降低。开始时,b、d两点电势差为零,所以电压表的“+”端接b点、“-”端接d点时能满足条件。
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