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  • 2021-05-28 发布

高中物理 第二章 电路第二节 对电阻的进一步研究

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第二节 对电阻的进一步研究 ‎ ‎【基础知识疏理】‎ ‎1.导体的_________________是研究导体电流和电压关系的重要工具,金属导体的伏安特性曲线是_________________,即_________________成正比. 答案:伏安特性曲线 通过原点的直线 电流与电压 ‎2.把电阻______________的连接方式叫串联.在串联电路中,流过每个电阻的电流______________,串联电路两端的总电压等于___________________________,串联电阻的总电阻值等于_____________________________. 答案:依次首尾相接 相等 各电阻两端的电压之和 各个电阻的阻值之和 ‎3.把几个电阻______________________的连接方式叫并联.在并联电路中,每个电阻两端的______________________,并联电路的总电流等于______________________,并联电阻的总电阻阻值的倒数等于______________________. 答案:并列地连接起来 电压相等 流过各电阻的电流之和 各个电阻阻值的倒数之和 ‎4.研究导体的IU图线的斜率反映______________. 答案:导体电阻的大小 重难点分析 一、导体的I-U图线是直线或曲线表示的意义有何不同?如何由I-U图线求导体的电阻?‎ ‎1、I-U图线是直线:表示电流跟电压成正比,导体为线性元件。‎ ‎2、I-U图线是曲线:表示电流跟电压不成正比,导体为非线性元件。‎ I U ‎ ‎ I U 图‎2-2-4‎ 图2-2-5‎ ‎3、I-U图线是直线时:导体电阻,即电阻等于图线斜率的倒数,如图‎2-2-4‎ ‎4、I-U图线是曲线时:导体电阻,即电阻等于图线上点与坐标原点连接的斜率的倒数,如图‎2-2-5‎,而不等于该点切线斜率的倒数。‎ 二、在“测绘小电珠伏安特性曲线”实验中,电流表采用内接法还是外接法?滑动变阻器采用限流式接法还是分压式接法?‎ ‎1、由于伏特表内阻远大于小电珠电阻,为减小误差,应采用电流表外接法。‎ ‎2、因为该实验中要求小电珠两端的电压变化范围很大,且要求电压要从0开始调节,所以滑动变阻器应采用分压式接法,‎ 流表内接法与外接法对比分析:‎ 电流表 接法 电流表内接法 电流表外法 误差分析 电压表示数 电流表示数 误差来源 于电流表的分压作用 电压表示数 电流表示数 误差来源于电压表的分流作用 两种电路的 选择条件 R越大,越接近,越接近于可见,为了减小误差,该电路适合测大电阻,即 R越小,越接近,越接近于可见,为了减小误差,该电路适合测小电阻,即 变阻器的两种接法的分析对比:‎ ‎ 接法 项目 限流式 分压式 电路组成 ε 变阻器接入电路特点 连接变阻器的导线分别接金属杆一端和电阻圈一端的接线柱(图中变阻器PA部分被短路不起作用)‎ 连接变阻器的导线分别接金属杆一端和电阻线圈的两端接线柱(图中变阻器PA、PB都起作用,即从变阻器上分出一部分电压加到待测电阻上) ‎ 调压范围 ‎(不计电源内阻)‎ ‎(不计电源内阻)‎ 方法与规律 一、对导体伏安特性曲线的正确认识 ‎【例1】 如图‎2-2-1‎所示,a、b直线分别表示由两种材料制成的两条长度相同、粗细均匀的电阻丝甲、乙的伏安特性曲线,下列判断中正确的是(  ) A.a代表的电阻丝较粗 B.b代表的电阻丝较粗 C.两根电阻丝的阻值是定值 D.图线表示电阻丝的阻值与流过的电流成正比 图‎2-2-1‎ 解析:导体的伏安特性曲线的斜率反映了电阻的大小,由图可知,Ra>Rb,由电阻定律知,Sb>Sa,可见,选项A错,选项B正确.由于两根电阻丝的IU图线是一条过原点的直线,所以电阻是定值,选项C正确.电阻丝的阻值与流过的电流无关,选项D错.正确选项为BC. 答案:BC 温馨提示:导体的伏安特性曲线的斜率能反映电阻的大小,可通过比较斜率来确定电阻丝电阻的大小关系,从而确定其粗细. ‎【类题演练1】某同学做三种导电元件的导电性质实验,根据所测数据分别绘制了三种元件的I-U 图像,图‎7-1‎-2‎ a、b、c示 ,则下列判断正确的是 ( )‎ ‎ 图 ‎‎7-1-2‎ 图 ‎‎7-1-1‎ 图 ‎‎7-1-1‎ A.只有 b 正确 B.a 、c 图曲线肯定是误差太大 C.a 、c 不遵从欧姆定律,肯定是不可能的 D.a、b 、c 三图像都可能正确,并不一定有较大 的误差 解析:图a反映元件的电阻率随温度的升高而减小,图 b反映元件的电阻率不随温度的变化而变化,图c反映元件的电阻率随温度的升高而增大,故D对.如果题目中说明元件是金属,就只有图c正确了.‎ 二、用等效思想处理串、并联电路 A B ‎【例2】 如图‎2-2-3‎所示,电路由8个不同的电阻组成,已知R1=12 Ω,其余电阻阻值未知,测得A、B间的总电阻为4 Ω.今将R1换成6 Ω的电阻,则A、B间的总电阻变为多少Ω?‎ ‎(提示:用等效替代法) 图2-2-3‎ 图‎2-2-4‎ 解题思路:设除R1外其他七个电阻串并联后的总电阻为R′,则电路化简为如图‎2-2-4‎所示.‎ 故 所以,当R1=12 Ω时, 有 ① 当R1=6 Ω时,有 ② 由①②解得RAB=3 Ω. 答案:3 温馨提示:本题指明用等效替代法进行求解,说明了本题考查的意图是物理方法. 无论是由几个电阻并联之后构成的电路,还是由几个电阻串联后形成的电路,都可以用一个和它们的总电阻相等的电阻替代它们.即使是既有串联又有并联的复杂的电路,也可以通过电阻的串、并联规律使电路得到简化.亦即可用同一个电阻组成的电路来替代未简化前的复杂的电路,这样的思想称之为等效电路思想.效果相同的两个电路互称等效电路.本题若未能将除R1之外的7个电阻等效为一个电阻,或未能认识到等效电阻与R1为并联关系,则将无法处理或处理错误.‎ ‎【类题演练2】试对图示电路图‎7-1-6‎、图7-1-7进行简化,并指出电流表测量的对象.‎ 图‎7-1-6‎ 图‎7-1-7‎ 解析:甲图,R1的一端与R2、R3的一端通过A1相联,可以认为R1、R2、R3的一端等势,同理R1、R2、R3的另一端通过A2联接,也是等势的,故R1、R2、R3并联,A1测量的电流为流过R2、R3的电流之和,A2测量的电流为流过R1、R2的电流之和.等效电路如图(甲)所示.对(乙)图,等效电路如图(乙)所示,R2、R3无电流通过.电流表测量的是R1的电流.‎ 方法总结:‎ 稍复杂混联电路的等效化简方法 ‎1.电路化简原则 ‎(1)无电流的支路化简时可去除;‎ ‎(2)等电势的各点化简时可合并;‎ ‎(3)理想导线可任意长短;‎ ‎(4)理想电流表可认为短路,理想电压表可认为断路;‎ ‎(5)电压稳定时电容器认为断路.‎ ‎2.常用等效化简方法 ‎(1)电流分支法: a.先将各结点用字母标上; b.判定各支路元件的电流方向(或可能方向);c.按电流流向,自左到右将各元件、结点、分支逐一画出;d.加工整理.‎ ‎(2)等势点排列法: a.将各结合点用字母标出; b.判定各结点电势的高低;c.将各结点电势高低自左到右排列,再将各结点之间支路画出;d.加工整理.‎ 注意:若能将以上两种方法结合使用,效果更好.‎ 三、分压电路和限流电路 ‎【例3】忽视电源的内阻,在以下四个电路图中,移动滑动变阻器的滑片,能改变电灯炮L1的亮度的是?‎ L1‎ L2‎ L1‎ L1‎ L1‎ A B C D 答案:BC ‎【评点与探究】 (1)本题以欧姆定律、电阻定律、串、并联特点为知识依托,考查对滑动变阻器调节原理的理解. A‎ B V ‎【类题演练3】请看以下两个电路图中,比较电流表和电压表的测量值与真实值 A V A A. 如电流表和电压表是理想表,两图的测量值与真实值是一样的 B. 如两表是考虑电阻,则A图测量值更接近真实值 C. 如两表是考虑电阻,则B图测量值更接近真实值 D. 如两表是考虑电阻,且R是一个较大的电阻,则B图比A图测量值更接近真实值 答案:AB 解释:如果考虑电表的内阻,图A是电流表外接,出现误差的原因是因 为电流表的测量值含有电压表的电流,由可知测出的电阻偏小,图B是A表的内接,出现误差的原因是因为电压表的测量值含有电流表的电压,由可知测出的电阻偏大。如B图中的被测电阻较大,分压大,则更接近真值实。所以选AB。‎ 过关练习 ‎1.根据部分电路欧姆定律,下列判断正确的有 ( )‎ A.导体两端的电压越大,电阻就越大 B.导体中的电流越大,电阻就越小 C.比较几只电阻的I-U图象可知,电流变化相同时,电压变化较小的图象是属于阻值较大的那个电阻的 D.由可知,通过一段导体的电流跟加在它两端的电压成正比 答案:D 解析:导体的电阻由导体自身性质决定,与电压和电流的大小无关,所以A、B选项错误。据欧姆定律可知D项是正确的。‎ A. B. C. D.‎ I I I I o U o U o U o U ‎2.实验室用的小灯泡灯丝的I-U特性曲线可用以下哪个图象来表示:‎ 答案:A 解:灯丝在通电后一定会发热,当温度达到一定值时才 会发出可见光,这时温度能达到很高,因此必须考虑到灯丝的电阻将随温度的变化而变化。随着电压的升高,电流增大,灯丝的电功率将会增大,温度升高,电阻率也将随之增大,电阻增大,。U越大I-U曲线上对应点于原点连线的斜率必然越小,选A。‎ ‎3.鸟儿落在110 kV的高压输电线上,虽然通电的高压线是裸露电线,但鸟儿仍然安然无恙。‎ 这是因为 ( )‎ A.鸟有耐高压的天性 B.鸟脚是干燥的,所以鸟体不导电 C.鸟两脚间的电压几乎为零 D.鸟体电阻极大,所以无电流通过 答案:C解析:据欧姆定律,鸟两脚间的电阻很小,所以电压几乎为零,故C项正确。‎ ‎4.所示,有四盏电灯连接在电路中,L1和L2都标有“220V 100W”字样,L3和L4都标有“220V 40W”字样,把电路接通后,最暗的是( )‎ A.L1 B.L‎2 C.L3 D.L4‎ 答案:C。‎ ‎[解析] 由题意可判断,R1=R2<R3=R4,且R4>R1>R23.由串联电路 的功率分配可知,P4>P1>(P2+P3),而P2与P3的大小 由并联电路的功率分配可知P2>P3,故四盏电灯消耗的实际功率的大小关系为P4>P1>P2>P3,正确的答案为C。‎ ‎5.如图所示,电源和电压表都是好的,当滑片由a滑到b的过程中,电压表的示数都为U,‎ 下列判断正确的是( )‎ A.a处接线断开 B.触头P开路 C.a、b间电阻丝开路 D.b处接线开路 答案:D 解析:由于电压表有示数,故电压表两端与电源相通,a端没有断开;电压表示数不变,说明滑动变阻器上无电流,故b处开路;选项D正确。‎ 能力提高 ‎6.只标有“220 V 60 W”的白炽灯泡,加在灯泡两端的电压U由零逐渐增大到220 V,在此过程中,电压U和电流I 的关系可用图线表示.在图示的四个图线中,肯定不符合实际的是 答案:ACD 解析:随着电压升高,通过灯丝的电流不断增大,灯丝的温度不断升高,灯丝的电阻 率ρ将不断增大.由电阻定律R=ρl/S可知,灯丝电阻将增大;伏安特性曲线中,图线的斜率k=表示导体在通过电流为I时的电阻,故曲线上任一点切线斜率将不断增大,因此图B符合实际情况.‎ ‎7.如图所示,是某一电路的一部分,其中:R1=5Ω, R2=1Ω, R3=3Ω,I1=‎0.2A,I2=‎0.1A, 则电流表上的电流为( )‎ A.‎0.2A,方向向右 B.‎0.15A,方向向左 C.‎0.2A,方向向左 D.‎0.3A,方向向右 答案:C 解析:根据R1、R2电阻及电流大小,可知R1两端的电压是1V,R2两端的电压是0.1V,根据电流流向是电势降落的方向可知,R3上端的电势比下端电势低,且R3两端的电势差(即电压)为1V-0.1V=0.9V,所以流过R3的电流大小是0.9/R3=‎0.3A,方向是由下而上, 再根据R2、R3处节点的流出电流与流入电流相等有,通过电流表的电流大小是0.3-0.1=‎0.2A, 方向是由右向左流。‎ ‎8.两个定值电阻R1、R2串联后接在输出电压U稳定于12 V的直 流电源上.有人把一个内阻不是远大于R1、R2的电压表接在R1两端,如图所示,电压表示数为8 V.如果他把此电压表改接在R2两端,则电压表的示数将 A.小于4 V B.等于4 V C.大于4 V小于8 V D.等于或大于8 V 答案:A 解析:当电压表示数为8 V时,此时R2两端电压等于4 V;若把电压表接到R2两端,R2两端电阻将减小,R1两端总电阻将增大.由串联电路电压分配关系,R2两端电压将小于4 V.‎ ‎9.图10—1—7,a、b、c、d、e是五个相同的电阻,如果将电压逐渐升高,则最先烧坏的电阻应是 A.a和b B.c C.d D.e 答案D 解析:作出如图所示的等效电路,易知电阻e两端的电压大最先烧坏 ‎10.如图2-29甲为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变,且对温度很敏感)的I-U关系曲线图。‎ ‎(1)为了通过测量得到图甲所示I-U关系的完整曲线,在图2-29乙和图2-29丙两个电路中应选择的是图____;简要说明理由:____(电源两端电压恒为9V,滑线变阻器的阻值为0-100Ω)。‎ 图2-29‎ ‎(2)在图2-29丁电路中,电源两端的电压恒为9V,电流表示数为70mA,定值电阻R1=250Ω。由热敏电阻的I-U关系曲线可知,热敏电阻两端的电压约为____V;电阻R2的阻值为____Ω。‎ ‎(3)举出一个可以应用热敏电阻的例子:____。‎ 答案(1)乙,图乙电压调节的范围更广,且可以满足电压从零开始调起的要求。(2)5.4,106,(3)温控开关 高考连接 ‎1.(2020·上海)如图所示,AB两端接直流稳压电源,UAB=100V,R0=40W,滑动变阻器总电阻R=20W,当滑动片处于变阻器中点时,C、D两端电压UCD为___________V,通过电阻R0的电流为_____________A ‎[剖析] 由分压原理可知UCD=80 V,根据欧姆定律I0=80/40=‎‎2A ‎[答案] 80,2‎ ‎[点评] 考查串联电路的分压规律 ‎2.(08宁夏理综15)一个T型电路如图所示,电路中的电阻,另有一测试电源电动势为100 V,内阻忽略不计。则 ( AC )‎ A.当cd端短路时,ab之间的等效电阻是40 ‎ B. 当ab端短路时,cd之间的等效电阻是40 ‎ C. 当ab两端接通测试电源时, cd两端的电压为80 V D. 当cd两端接通测试电源时, ab两端的电压为80 V 解析:本题考查电路的串并联知识。当cd端短路时,R2与R3并联电阻为30Ω后与R1串联,ab间等效电阻为40Ω,A对;若ab端短路时,R1与R2并联电阻为8Ω后与R3串联,cd间等效电阻为128Ω,B错;但ab两端接通测试电源时,电阻R2未接入电路,cd两端的电压即为R3的电压,为Ucd = ×100V=80V,C对;但cd两端接通测试电源时,电阻R1未接入电路,ab两端电压即为R3的电压,为Uab = ×100V=25V,D错。‎ ‎3、(2020年海南卷)14.图1是利用两个电流表和测量干电池电动势E和内阻r的电路原理图。图中S为开关,R为滑动变阻器,固定电阻和内阻之和为10000(比r和滑动变阻器的总电阻都大得多),为理想电流表。www.ks5u.com ‎①按电路原理图在图2虚线框内各实物图之间画出连线。‎ ‎②在闭合开关S前,将滑动变阻器的滑动端c移动至 (填“端”、“中央”或“ 端”)。‎ ‎③闭合开关S,移动滑动变阻器的滑动端c至某一位置,读出电流表和的示数 和。多次改变滑动端c的位置,得到的数据为www.ks5u.com I1(mA)‎ ‎0.120‎ ‎0.125‎ ‎0.130‎ ‎0.135‎ ‎0.140‎ ‎0.145‎ I2(mA)‎ ‎480‎ ‎400‎ ‎320‎ ‎232‎ ‎140‎ ‎68‎ 在图3所示的坐标纸上以I1为纵坐标、I2为横坐标画出所对应的I1—I2曲线。‎ ‎④利用所得曲线求的电源的电动势E= V,内阻r= .(保留两位小数)‎ ‎⑤该电路中电源输出的短路电流Im= A。‎ 答案:①连线如图1所示,②b端,③如图2所示。‎ ‎④1.49(1.48~1.50),0.60(0.55~0.65)⑤2.4(2.3~2.7)‎ 解析:②实验前滑动变阻器接入电路电阻值最大;‎ ‎④由图线上读出两组数值,代入E=I1R1+(I1+I2)r构成方程组联立求解E和r;‎ ‎⑤短路电流E/r。 ‎