新高考物理一轮复习讲义第9章 电路及其应用 章末素养培优 (含解析)

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1.断路故障的检测方法
(1)用直流电压挡
将电压表与电源并联，若电压表示数不为零，说明电源良好，若电压表示数为零，说明电源损坏。
(2)用直流电流挡
将电流表串联在电路中，若电流表的示数为零，则说明与电流表串联的部分电路断路。
(3)用欧姆挡检测
将各元件与电源断开，然后接到红、黑表笔间，若有阻值(或有电流)说明元件完好，若电阻无穷大(或无电流)说明此元件断路。
2.短路故障的检测方法
(1)将电压表与电源并联，若电压表示数为零，说明电源被短路；若电压表示数不为零，则外电路的部分电路不被短路或不完全被短路。
(2)用电流表检测，若串联在电路中的电流表示数不为零，故障应是短路。
例1 在如图1所示的电路中，四节干电池串联，小灯泡A、B的规格均为“3.8 V 0.3 A”。合上开关S后，无论怎样移动滑片，A、B灯都不亮。
图1
图2
(1)用多用电表的直流电压挡检查故障：
①选择开关置于下列量程的________挡较为合适(用字母序号表示)。
A.2.5 V B.10 V C.50 V D.250 V
②测得c、d间电压约为5.8 V，e、f间电压为0，则故障是________。
A.A灯丝断开 B.B灯丝断开
C.d、e间连线断开 D.B灯短路
(2)接着用欧姆表的“×1”挡测电阻，欧姆表经过“欧姆调零”，
①测试前，一定要将电路中的开关S______。
②测c、d间和e、f间电阻时，某次测量结果如图2所示，读数为________Ω，此时测量的是________间的电阻，根据小灯泡的规格计算出的电阻为________Ω，它不等于测量值，原因是_____________________________________________
___________________________________________________________________。
答案 (1)①B ②A (2)①断开 ②6 e、f 12.7 温度高时灯丝电阻率大，计算出的电阻是灯丝温度高时的电阻(或测量出的电阻是常温下灯丝的电阻)
解析 (1)①因为电源的电动势大约为6 V，要使电压挡选择的量程安全以及准确，则选择开关应选择10 V的量程，故B正确。
②测得c、d间电压约为5.8 V，接近电源电动势，e、f间电压为0，可知灯泡A断路，故A正确。
(2)①用欧姆表测量电阻时，开关应断开，使得待测电阻与电源不相连。
②欧姆表的读数为6×1 Ω＝6 Ω，因为c、d间断路，所以此时测量的是e、f间的电阻。根据R＝eq \f(U,I)得，小灯泡正常发光时的电阻为R＝eq \f(3.8,0.3) Ω≈12.7 Ω。它不等于测量值，原因是温度高时灯丝电阻率大，计算出的电阻是灯丝温度高时的电阻(或测量出的电阻是常温下灯丝的电阻)。
二、电学实验设计的三个原则
1.安全性原则
设计方案时，应安全可靠，不会对仪器、器材造成损坏。
(1)选用器材时，应考虑仪器、器材的性能及量值(如仪表的量程、电器的额定值等)的要求。
(2)设计方案时，应准备好保护措施。
2.精确性原则
实验误差应控制在误差允许的范围之内，尽可能选择误差较小的方案。
(1)在安装器材时或在使用仪器之前，应按实验要求对器材、仪器精心调整。如在使用某些仪表前，应进行机械调零。
(2)选用合适的测量工具(直尺、仪表)及合适的量程范围，使之与被测数值相匹配。如使用多用电表测量某电阻时，应选用合适的挡位，使测量时电表指针指在中央刻度值附近。
(3)实验中可能出现因操作不当带来的偶然误差，往往需要多次重复实验，获取多组实验数据，以备选取有效数据。
(4)设计合理的数据处理方式，如将多组有效数据相加后除以测量次数，取其算术平均值(一般求待测量的算术平均值，而不求某些中间量的算术平均值)。
3.简便性、直观性原则
设计实验应便于操作、读数及进行数据处理和实验者观察。
例2 (2022·全国乙卷，23)一同学探究阻值约为550 Ω的待测电阻Rx在0～5 mA范围内的伏安特性。可用器材有：电压表(量程为3 V，内阻很大)，电流表(量程为1 mA，内阻为300 Ω)，电源E(电动势约为4 V，内阻不计)，滑动变阻器R(最大阻值可选10 Ω或1.5 kΩ)，定值电阻R0(阻值可选75 Ω或150 Ω)，开关S，导线若干。
图3
(1)要求通过Rx的电流可在0～5 mA范围内连续可调，将图3所示的器材符号连线，画出实验电路的原理图；
(2)实验时，图3中的R应选最大阻值为__________(填“10 Ω”或“1.5 kΩ”)的滑动变阻器，R0应选阻值为________(填“75 Ω”或“150 Ω”)的定值电阻；
(3)测量多组数据可得Rx的伏安特性曲线。若在某次测量中，电压表、电流表的示数分别如图4(a)和(b)所示，则此时Rx两端的电压为________ V，流过Rx的电流为________ mA，此组数据得到的Rx的阻值为________ Ω(保留3位有效数字)。
图4
答案 (1)见解析图 (2)10 Ω 75 Ω (3)2.30 4.20 548
解析 (1)该实验探究待测电阻Rx在0～5 mA范围内的伏安特性，因此滑动变阻器采用分压式连接，电压表的内阻很大，故可看成理想电压表，故采用电流表外接法，由于题目中给的电流表量程太小，故应与电流表并联一定值电阻扩大其量程。电路图如图所示。
(2)电路中R应选最大阻值为10 Ω的滑动变阻器，方便电路的调节，实验误差小；通过Rx的电流最大为5 mA，电流表量程为1 mA，需要将电流表量程扩大为原来的5倍，根据并联分流的规律如图所示。
可知eq \f(4 mA,1 mA)＝eq \f(300 Ω,R0)
解得R0＝75 Ω。
(3)电压表每小格表示0.1 V，向后估读一位，即U＝2.30 V；
电流表每小格表示0.02 mA，本位估读，即0.84 mA，电流表量程扩大5倍，所以通过Rx的电流为I＝4.20 mA；根据欧姆定律可知Rx＝eq \f(U,I)＝eq \f(2.30,4.2×10-3) Ω≈548 Ω。