2020新教材高中物理第十一章电路及其应用素养评价练含解析 人教版必修第三册
电路及其应用
素养一 物理观念
考点电压表、电流表及滑动变阻器的使用
1.电流表的内接法和外接法:
(1)电路图(如图所示)
(2)误差分析
①内接法:U测>UR,R测>R真,适合测量大电阻。
②外接法:I测>IR,R测
时,即Rx<时,应选外接法;当>,即Rx>时,应选内接法。
2.滑动变阻器的限流式与分压式接法:
(1)电路图(如图所示)
(2)分压式和限流式电路的选择原则
①若实验中要求电压从零开始调节,则必须采用分压式电路。
②若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多,以致在限流电路中,滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时,待测电阻上的电流或电压变化范围不够大,此时,应用分压式电路。
③若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求,即若滑动变阻器阻值调到最大时,待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程,或超过待测电阻的额定电流(或电压),则此时必须选用分压式电路。
【学业评价】
(水平4)某同学想描绘小灯泡的伏安特性曲线,他选择“3 V 0.5 A”的小灯泡作为研究对象,请回答下面几个问题:
(1)下列实验器材中应选择 。(填入器材序号)
- 6 -
A.电流表(量程0～0.6 A, 内阻约1 Ω)
B.电流表(量程0～3 A,内阻约1 Ω)
C.电压表(量程0～15 V,内阻约10 kΩ)
D.电压表(量程0～3 V,内阻约2 kΩ)
E.滑动变阻器(阻值0～100 Ω)
F.滑动变阻器(阻值0～10 Ω)
G.电源6 V
H.开关S,导线若干
(2)在本实验中要求电压与电流从零开始变化,滑动变阻器应采用 (选填“分压”或“限流”)式接法,电流表应采用 (选填“内”或“外”)接法。
(3)在虚线框中画出实验电路图,并用实线代替导线,将图中的器材连接成可供实验的电路。
【解析】(1)灯泡额定电流为0.5 A,电流表选择A;灯泡额定电压为3 V,电压表选择D;为方便实验操作滑动变阻器应选择F;实验还需要电源、开关与导线,故需要的实验器材为:ADFGH;
(2)本实验要求电压与电流从零开始变化,滑动变阻器应采用分压式接法;由于灯泡电阻远小于电压表内阻,电流表应采用外接法;
(3)滑动变阻器采用分压式接法,电流表采用外接法,电路图如图甲所示。
根据电路图连接实物,实物连接图如图乙所示。
- 6 -
答案:见解析
素养二 物理观念
考点仪器的读数
1.电表的读数:
(1)如果所读表盘的最小刻度为1、0.1、0.001等,读数时应估读到最小刻度的下一位;若表盘的最小刻度为0.2、0.02、0.5、0.05等,读数时只读到与最小刻度位数相同即可。
(2)多用电表测电阻时,电阻值等于指针的示数与倍率的乘积。指针指示整刻度时估读或不估读均可,指针指示非整刻度时需要估读。
2.游标卡尺:
L=主尺上读出的整毫米数+N×最小分度值。
3.螺旋测微器:
L=固定刻度示数+可动刻度示数(估读一位)×分度值。
注意:以毫米为单位时,小数点后面要有三位有效数字。
【学业评价】
1.(水平2)某同学要测量一新材料制成的圆柱形均匀电阻丝的电阻率ρ,步骤如下:
(1)用游标为20分度的游标卡尺测量其长度如图甲所示,由图甲可知其长度
L= mm。
- 6 -
(2)用螺旋测微器测量其直径如图乙所示,由图乙可知其直径d= mm
(3)用多用电表的电阻“×10挡”,按正确的操作步骤粗测此电阻丝的电阻,表盘的示数如图丙所示,则其阻值约为R0= Ω。
(4)该同学用伏安法更精确地测量出其电阻R,则该新材料的电阻率的表达式
ρ= (用R、d、L表示)。
【解析】(1)由图甲所示可知,游标卡尺主尺示数为13 mm,游标尺示数为
15×0.05 mm=0.75 mm,游标卡尺示数为13 mm+0.75 mm=13.75 mm;
(2)由图乙所示可知,螺旋测微器固定刻度示数为0.5 mm,可动刻度示数为
45.0×0.01 mm=0.450 mm,螺旋测微器示数为0.5 mm+0.450 mm=0.950 mm;
(3)用多用电表的电阻“×10”挡,由图丙所示可知,电阻阻值为11×10 Ω
=110 Ω;
(4)根据电阻定律可知R=ρ,因为S=,所以该新材料的电阻率的表达式
ρ=
答案:(1)13.75 (2)0.950 (3)110 (4)
2.(水平4)某兴趣小组用“测定金属丝的电阻率”的实验方法测出金属丝的长度,用螺旋测微器测量金属丝的直径,用伏安法测出金属丝的电阻,然后根据公式计算出该金属丝的电阻率。
(1)若用螺旋测微器测得金属丝直径d的读数如图,
则直径d= mm。
为了进一步测量一待测电阻Rx的阻值,准备先用多用电表粗测出它的阻值,然后再用伏安法精确地测量。实验室里准备了以下器材:
A.多用电表
- 6 -
B.电压表V,量程0～6 V,内阻约10 kΩ
C.电流表A1,量程 0～0.6 A,内阻约0.2 Ω
D.电流表A2,量程 0～3 A,内阻约0.2 Ω
E.电源:22 V
F.滑动变阻器R1,最大阻值20 Ω,最大电流为2 A
G.滑动变阻器R2,最大阻值50 Ω,最大电流为0.2 A
H.导线、电键若干
(2)在用多用电表粗测电阻时,该兴趣小组首先选用“×10”欧姆挡,其阻值如图甲中指针所示,
为了减小多用电表的读数误差,多用电表的选择开关应换用 欧姆挡(选填“×100”或“×1”);按正确的操作程序再一次用多用电表测量该待测电阻的阻值时,其阻值如图乙中指针所示,则Rx的阻值大约是 Ω;
(3)在用伏安法测量该电阻的阻值时,要求待测电阻的电压从0开始可以连续调节,则在上述器材中应选出电流表 和滑动变阻器 (填器材前面的字母代号);
(4)在虚线框内画出用伏安法测量该电阻的阻值时的实验电路。
【解析】(1)由螺旋测微器的读数规则可知d=(0.5+0.01×2.0)mm=0.520 mm;
(2)选用“×10”欧姆挡时甲图指针偏转过大,说明被测电阻的阻值较小,应改用较低的挡位“×1”;
欧姆表的读数规则:欧姆表读数=刻度盘读数乘倍率,因此R=9×1 Ω=9 Ω。故挡位为“×1”,电阻Rx=9×1 Ω=9 Ω
(3)在该实验中要求待测电阻的电压从0开始可以连续调节,因此说明滑动变阻器的接法为分压式,而分压式滑动变阻器的选择为越小越好,因此选择F滑动变阻器;该实验中电压表的量程为0～6 V,待测电阻的阻值约为9 Ω,因此当电压表满偏时电流表的示数I1= A=0.67 A,半偏时为I2= A=0.33 A,因此选0～0.6
- 6 -
A的电流表正合适。如果选择0～3 A的电流表,因电流表工作时读数为其三分之一到三分之二量程比较准确,当取三分之一量程即1 A时电路中Rx两端的电压=1×9 V=9 V大于电压表的量程,因此不能选0～3 A的电流表。故电流表应选C,滑动变阻器应选F
(4)= Ω≈45 Ω>9 Ω,因此待测电阻属于小电阻,用外接法,因此电路图为
答案:(1)0.520 (2)“×1” 9 (3)C F
(4)见解析。
- 6 -
