2020新教材高中物理第十二章电能能量守恒定律素养评价练含解析 人教版必修第三册 9页

电能 能量守恒定律 素养一　物理观念 考点闭合电路欧姆定律的应用—欧姆表的原理 ‎1.构造:如图所示,欧姆表由电流表G、电池、调零电阻R和红、黑表笔组成。‎ 欧姆表内部:电流表、电池、调零电阻串联。‎ 外部:接被测电阻Rx。‎ 全电路电阻R总=Rg+R+r+Rx。‎ ‎2.工作原理:闭合电路欧姆定律 I=。‎ ‎3.刻度的标定:红、黑表笔短接(被测电阻Rx=0)时,调节调零电阻R,使I=Ig,电流表的指针达到满偏,这一过程叫欧姆调零。‎ ‎(1)当I=Ig时,Rx=0,在满偏电流Ig处标为“0”。(图甲)‎ ‎(2)当I=0时,Rx→∞,在I=0处标为“∞”。(图乙)‎ ‎(3)当I=时,Rx=Rg+R+r,此电阻值等于欧姆表的内阻值,Rx叫中值电阻。‎ ‎4.欧姆表原理关键词转化:‎ ‎【学业评价】‎ - 9 -‎ ‎1.(水平2)如图是一个将电流表改装成欧姆表的示意图,此欧姆表已经调零,用此欧姆表测一阻值为R的电阻时,指针偏转至满刻度的处。现用该表测一未知电阻,指针偏转到满刻度的处,则该电阻的阻值为 (　　)‎ A.4R　　　　　　　　 B.5R C.10R D.16R ‎【解析】选D。当进行电阻调零时,根据闭合电路的欧姆定律,此时欧姆表满偏,即Ig=,当测量电阻值为R的电阻时,有=。设待测电阻的阻值为R′,则有=。联立以上各式解得R′=16R,故选项D正确。‎ ‎2.(水平4)如图是一个多用电表欧姆挡内部电路示意图。电流表的满偏电流为0.5mA,内阻为10Ω;电池的电动势为1.5V,内阻为1Ω;滑动变阻器R0的阻值范围为0～5000Ω。‎ ‎(1)该欧姆表的刻度值是按电池电动势为1.5V设置的,当电池的电动势下降到1.45V,内阻增大到4Ω时仍可调零。调零后R0阻值将变　　　　(选填“大”或“小”),若测得某电阻阻值为300Ω,则这个电阻的真实值是　　　　Ω。‎ ‎(2)若该欧姆表换了一个电动势为1.5V、内阻为10Ω的电池,调零后测量某电阻的阻值,其测量结果　　　　(选填“偏大”“偏小”或“准确”)。‎ ‎【解析】(1)由闭合电路欧姆定律 - 9 -‎ Ig=得,‎ R0=-Rg-r,‎ 因为式中E变小,r变大,故R0将减小。‎ 因为该欧姆表的刻度值是按电池电动势为E=1.5V设置的,所以测得某电阻阻值为300Ω时,‎ 电流表中的电流I=,‎ 其中R内=,‎ 当电池电动势下降到E′=1.45V时,‎ 此时欧姆表的内阻R内′=,‎ 由闭合电路欧姆定律得I=,‎ 解得真实值R′=290Ω。‎ ‎(2)该欧姆表换了一个电动势为1.5V、内阻为10Ω的电池,调零后测量某电阻的阻值,其测量结果准确。因为电源的内阻的变化,可以通过调零电阻阻值的变化来抵消。‎ 答案:(1)小　290　(2)准确 ‎【补偿训练】‎ 某同学身边有一电动势未知的电源和电压表A,他想用以下器材组装成欧姆表,并比较准确地测量该电源的电动势和电压表B的内阻。现有下列器材:‎ 电压表A,满偏电压3V,内阻为1kΩ 待测电压表B,量程0～15V,内阻为几千欧 电动势约15V,内阻3Ω的直流电源 最大阻值为10kΩ的滑动变阻器R1‎ 最大阻值为1kΩ的滑动变阻器R2‎ ‎(1)本实验中应选择滑动变阻器　　　　(选填“R1”或“R2”)。请在下面的方框内画出所组装的欧姆表的内部电路结构图;‎ - 9 -‎ ‎(2)该同学组装完毕并进行欧姆调零后,将待测电压表接入电路中,两电压表示数如图所示,A、B电压表读数分别为　　　　V、　　　　V;‎ ‎(3)通过本实验测得该电源的电动势为　　 　　V,电压表B的内阻为 ‎　　　　Ω。(计算结果保留两位有效数字)‎ ‎【解析】(1)组装欧姆表应将电源与表头串联,由于只给出一个3V量程的电压表可供使用,故只能利用电源、电压表和滑动变阻器串联使用;欧姆表的中值电阻等于其内阻,欧姆调零时,表头应满偏,因电源电动势约为15V,电压表分压3V,则滑动变阻器分压约为12V,则此时滑动变阻器阻值应为电压表内阻的4倍,则滑动变阻器应选最大阻值为10kΩ的R1。故内部电路结构图如图所示:‎ ‎(2)A电压表读数为1.00V,B电压表读数为9.5V ‎(3)欧姆调零时,电压表A满偏,‎ 则此时电流I1==0.003A I1=而接入待测电压表后,‎ 电流I2==0.001A又I2=‎ - 9 -‎ RB==9.5×103Ω 解得E=14V,RB=9.5×103Ω 答案:(1)R1　见解析图　(2)1.00　9.5‎ ‎(3)14　9.5×103‎ 素养二　科学思维 考点实验中的仪器、仪表的选择 ‎1.实验中的仪器、仪表的选择原则:‎ ‎(1)安全性原则。‎ 选用电源、电流表、电压表时,要根据实验的要求,根据器材的参数,考虑所测电流,电压的最大值不能超出仪表的量程,以确保不损坏仪器。‎ ‎(2)精确性原则。‎ 在实验电路中测量电流、电压时,电流表、电压表指针的偏角不能过小,以减小误差,电流表、电压表的读数为满刻度的以上时,读数较准确,能接近满刻度更好。‎ ‎(3)方便性原则。‎ 选用滑动变阻器时,先要确保电路中电流不超过变阻器允许通过的最大电流,若用“限流式”一般选阻值适当大一点的,但不是越大越好,因阻值太大时,在实验中,可能只用到其阻值较小的一部分,滑动触头只能在很短的距离内移动,使用起来很不方便,一般是选变阻器总阻值与用电器的阻值比较接近的;若用“分压式”,应选择总阻值适当小一些的滑动变阻器,这样可使分出的电压大致上随滑动触头移动距离成正比例改变,调节起来比较方便。‎ ‎2.选用器材的一般步骤:‎ ‎(1)先找出实验中必须应用的器材;‎ ‎(2)画出实验电路图;‎ ‎(3)估算待测电路中I和U的最大值;‎ ‎(4)考虑能否使电表指针偏转满刻度的以上;‎ ‎(5)选择合适量程的电压表、电流表,合适的滑动变阻器和电源。‎ ‎3.仪器选择关键词转化:‎ - 9 -‎ ‎【学业评价】‎ ‎(水平4)小明同学通过实验探究某一金属电阻的阻值R随温度t的变化关系。已知该金属电阻在常温下的阻值约10Ω,阻值R随温度t的升高而增大。实验电路如图所示,控温箱用以调节金属电阻的温度。实验时闭合开关S,先将开关K与1端闭合,调节金属电阻的温度,分别记下温度t1、t2、…和电流表的相应示数I1、I2、…。然后将开关K与2端闭合,调节电阻箱使电流表的示数再次为I1、I2、…,分别记下电阻箱相应的示数R1、R2、…。‎ ‎(1)有以下两种电流表,实验电路中应选用　　　　。‎ A.量程0～100mA,内阻约2Ω B.量程0～0.6A,内阻可忽略 ‎(2)实验过程中,要将电阻箱的阻值由9.9Ω调节至10.0Ω,需旋转图中电阻箱的旋钮“a”“b”“c”,正确的操作顺序是　　　　。‎ - 9 -‎ ‎①将旋钮a由“0”旋转至“1”‎ ‎②将旋钮b由“9”旋转至“0”‎ ‎③将旋钮c由“9”旋转至“0”‎ ‎(3)实验记录的温度t和阻值R的数据如表所示。‎ 温度t/℃‎ ‎20.0‎ ‎40.0‎ ‎60.0‎ ‎80.0‎ ‎100.0‎ 阻值R/Ω ‎9.6‎ ‎10.4‎ ‎11.1‎ ‎12.1‎ ‎12.8‎ 请根据表中数据,作出R-t图线。‎ 由图线求得阻值R随温度t的变化关系为R=　　　　Ω。‎ ‎【解析】(1)电路中的最大电流为Im==A=0.15A,‎ B表指针偏转太小,所以选用A表。‎ ‎(2)电阻箱的调节要从大到小,确保电路安全。‎ ‎(3)描点连线画出图线,从图线得到R=0.04t+8.8Ω ‎(0.04t+8.6Ω～0.04t+9.0Ω均可)‎ - 9 -‎ 答案:(1)A　(2)①②③(或①③②)‎ ‎(3)见解析图　0.04t+8.8(0.04t+8.6～0.04t+9.0均可)‎ ‎【补偿训练】‎ 用如图所示电路测量电源的电动势和内阻。实验器材:待测电源(电动势约3V,内阻约2Ω),保护电阻R1(阻值10Ω)和R2(阻值5Ω),滑动变阻器R,电流表A,电压表V,开关S,导线若干。‎ 实验主要步骤:‎ ‎①将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大,闭合开关;‎ ‎②逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值,记下电压表的示数U和相应电流表的示数I;‎ ‎③以U为纵坐标,I为横坐标,作U-I图线(U、I都用国际单位);‎ ‎④求出U-I图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a。‎ 回答下列问题:‎ ‎(1)电压表最好选用　　　　;电流表最好选用　　　　。‎ A.电压表(0～3V,内阻约15kΩ)‎ B.电压表(0～3V,内阻约3kΩ)‎ C.电流表(0～200mA,内阻约2Ω)‎ - 9 -‎ D.电流表(0～30mA,内阻约2Ω)‎ ‎(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动,发现电压表示数增大。两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是　　　　。‎ A.两导线接在滑动变阻器电阻丝两端接线柱 B.两导线接在滑动变阻器金属杆两端接线柱 C.一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱,另一条导线接在电阻丝左端的接线柱 D.一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱,另一条导线接在电阻丝右端的接线柱 ‎【解析】(1)电压表量程相同,最好选用内阻较大的A;电路能达到的最大电流为I==A≈180mA,电流表选用C。‎ ‎(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动,发现电压表示数增大。说明外电路的电阻变大,滑动变阻器电阻变大,则两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱,另一条导线接在电阻丝左端接线柱,故选C。‎ 答案:(1)A　C　(2)C - 9 -‎