2020版物理新增分大一轮新高考（京津鲁琼）讲义：第八章恒定电流本章学科素养提升

例1　某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图1甲所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15 mA 时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控．继电器的电阻约20 Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示.

(1)提供的实验器材有：电源E1(3 V，内阻不计)、电源E2(6 V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200 Ω)、滑动变阻器R2(0～500 Ω)、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0～999.9 Ω)、开关S、导线若干．

为使该装置实现对30～80 ℃之间任一温度的控制，电源E应选用________(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用________(选填“R1”或“R2”)．

图1

(2)实验发现电路不工作．某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图乙所示的选择开关旋至________(选填“A”“B”“C”或“D”)．

(3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查．在图甲中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)．

(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50 ℃时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是________．(填写各步骤前的序号)

①将热敏电阻接入电路

②观察到继电器的衔铁被吸合

③断开开关，将电阻箱从电路中移除

④合上开关，调节滑动变阻器的阻值

⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 Ω

解析　(1)若实现对30 ℃温度的控制，继电器和Rt两端的电压U＝0.015×(20＋199.5) V≈3.29 V，因此符合要求的电源应选E2.若实现对80 ℃温度的控制，对全电路有E＝I(R继＋Rt＋R)，即6 V＝0.015 A×(20 Ω＋49.1 Ω＋R)，解得R＝330.9 Ω，因此滑动变阻器应选R2.

(2)因电路中有电源，排查电路故障应选用多用电表的直流电压挡，故将选择开关旋至C.

(3)只有b、c间断路，表笔接入a、b间时，电表与电源之间不形成闭合电路，则电表指针不偏转，表笔接入a、c间时，能形成闭合电路，电表指针发生偏转．

(4)欲使衔铁在50 ℃被吸合，由表中数据可知，此时热敏电阻的阻值为108.1 Ω，操作步骤应是先断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 Ω，闭合开关，调节滑动变阻器的阻值，观察继电器的衔铁被吸合，然后断开开关，将电阻箱从电路中移除，再将热敏电阻接入电路原位置，故步骤顺序应为⑤④②③①.

答案　(1)E2　R2　(2)C　(3)不偏转　偏转

(4)⑤④②③①

(1)找原型：先根据实验目的和给出的条件把教材中的实验原型在头脑中完整地重现出来；

(2)做对比：将实验中所给器材与原型中器材进行对比，看一下少了什么器材或什么器材的量程不满足要求；再看一下多给了什么器材，注意多给的器材可能就是解决问题的“金钥匙”；

(3)定方案：根据对比结果设计电路；

(4)常用替代或改装：

①内阻已知的电压表相当于小量程的电流表；

②内阻已知的电流表则相当于小量程的电压表；

③灵敏电流计串大电阻改装成电压表：

＋―→

④灵敏电流计并小电阻改装成电流表；

＋―→

⑤内阻较小的电源串定值电阻相当于内阻较大的电源．

例2　欲测量一个电流表的内阻，根据以下要求来选择器材并设计电路：

a．无论怎样调节变阻器，电流表都不会超量程．

b．有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据．

现备有如下器材：

A．待测电流表(量程3 mA，内阻约为50 Ω)

B．电压表(量程3 V，内阻未知)

C．电流表(量程15 mA，内阻为10 Ω)

D．保护电阻R＝120 Ω

E．直流电源E(电动势2 V，内阻忽略不计)

F．滑动变阻器(总阻值10 Ω，额定电流0.5 A)

G．开关一个，导线若干

(1)在以上提供的器材中，除A、E、F、G以外，还应选择________、________(填字母代号)．

(2)请在虚线框中画出符合要求的实验电路图．

解析　根据题中给出的备用器材，选择伏安法测量电流表的内阻．选择内阻已知的电流表作为电压表，选择保护电阻R与并联的两个电流表串联．由于电流表两端电压最大只有

0.15 V，滑动变阻器最大电阻只有10 Ω，所以选择分压电路，电路图如图所示．

答案　(1)C　D　(2)见解析图