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高考物理电学实验的几个难点

时间:2017-7-7 9:56:01

 高考题课标Ⅰ,23题:现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,当要求热敏电阻的温度达到或超过60℃时,系统报警。提供的器材有:热敏电阻,报警器(内阻很小,流过的电流超过Ic时就会报警),电阻箱(最大阻值为999.9Ω),直流电源(输出电压为U,内阻不计),滑动变阻器R1(最大阻值为1000Ω),滑动变阻器R2(最大阻值为2000Ω),单刀双掷开关一个,导线若干。在室温下对系统进行调节,已知U约为18V,Ic约为10mA;流过报警器的电流超过20mA时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,在60℃时阻值为650.0Ω。
  (1)在答题卡上完成待调节的报警系统原理电路图(如图1)的连线。
  图1
  (2)在电路中应选用滑动变阻器(填“R1”或“R2”)。
  (3)按照下列步骤调节此报警系统:①电路接通前,需将电阻箱调到一定的阻值,根据实验要求,这一阻值为Ω;滑动变阻器的滑片应置于(填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是。②将开关向(填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至。
  (4)保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用。
  解析:①热敏电阻工作温度达到60℃时,报警器报警。故需通过调节电阻箱使其电阻为60℃时的热敏电阻的阻值,即调节到阻值650.0Ω,报警器能正常报警,图略。②U=18V,当通过报警器的电流10mA≤Ic≤20mA,故电路中总电阻R=UIc,
  900Ω≤R≤1800Ω,故滑动变阻器选R2。③热敏电阻为650.0Ω时,报警器开始报警,模拟热敏电阻的电阻器阻值也应为650.0Ω,为防止通过报警器电流过大,造成报警器烧坏,应使滑动变阻器的滑片置于b端。
  实验电路、电学仪器的选择:课标Ⅰ,23题仍然延续了对电学仪器选择的考查,但有所变化。传统问题都是通过电流或电压的计算,参考题目提供的仪表量程,选择使用。在热敏电阻控制的报警系统的框架之下,同学们必须研读、了解热敏材料的特点,确认电阻箱必须调至650Ω,才能应用电流的范围解决后面的问题。应该说,实验电路,电学仪器选择的原则,是贯穿电学实验考查的基础,考虑电路的安全性,电表读数的合理性,是同学们解决电学实验问题,物理思维缜密性的必备素质。
  例1用下列器材测量电容器的电容:一块多用电表,一台直流稳压电源,一个待测电容器(额定电压16V),定值电阻R1(阻值未知),定值电阻R2=150,电流传感器、数据采集器和计算机,单刀双掷开关S,导线若干。实验过程如下:
  实验次数实验步骤第1次①用多用电表的“×10”挡测量电阻R1,指针偏转如图甲所示。②将电阻R1等器材按照图乙正确连接电路,将开关S与1端连接,电源向电容器充电。③将开关S掷向2端,测得电流随时间变化的i-t曲线如图丙中的实线a所示。第2次④用电阻R2替换R1,重复上述实验步骤②③,测得电流随时间变化的i\|t曲线如图丁中的某条虚线所示。说明:两次实验中电源输出的直流电压恒定且相同。
  请完成下列问题:
  (1)由图2甲可知,电阻R1的测量值为Ω。
  (2)第1次实验中,电阻R1两端的最大电压U=V。利用计算机软件测得i\|t曲线和两坐标轴所围的面积为42.3mA·s,已知电容器放电时其内阻可以忽略不计,则电容器的电容为C=F。
  (3)第2次实验中,电流随时间变化的i\|t曲线应该是图2丁中的线(选填“b”“c”或“d”),判断依据是。
  解析:(1)100(2)94.7×10-3(3)c提示:根据Im=Um[]R,因第2次实验的最大电流小些,故不是b;根据Qm=CUm,因两条曲线分别与坐标轴所围的面积相等,故不是d。
  同学们一看到有关热敏电阻、光敏电阻、电容、二极管等电学元件的测量问题,会本能地担心看不懂,其实这类问题往往是举高落低。此题考查的还是内接法、外接法的分析问题,只要根据热敏材料温度升高、电阻减小的特点,就能作出判断。
  例2电压表改装前需要测量其内阻,测量电压表内阻的电路如图3甲,所用电源为内阻可以忽略的干电池,定值电阻R1=8000Ω,R2=4000Ω。
  (1)闭合S1,断开S2,调节电阻箱R,记下多组R的大小及其对应的电压表示数U。
  (2)闭合S1,,同样调节电阻箱R,记下多组R的大小及其对应的电压表示数U;将以上两次测得的多组数据,分别在坐标纸上描点连线,得到如图3乙中所示两条图线。
  (3)利用图线数据得出电源电动势E=,求出电压表内阻。两图线交点的横坐标设为R0,还可用物理量符号R0、R1、R2表示Rv=。判断断开S2时,所得数据描绘的是图线(填“AB”或“CD”)。
  图3
  解析:这就是一个应用电桥法知识解决的问题。如果S2换成一块电流计G,并且调节电阻箱R,使G的示数为0,你们知道如何测出电压表的内阻吗?学生的回答是迅速的、肯定的,由电桥法得Rv[]R2=R0[]R1。那么,思考下一个问题,两条图线的交点的物理意义是什么呢?两条图线交点的解读,S2断开和闭合时,电阻箱都为R0,也就是说,S2即使闭合时,通过S2的电流也为零。所以有Rv[]R2=R0[]R1。

作者:不详 来源:网友发布
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