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J1部分电路及其规律J2闭合电路的欧姆定律24．E1、J2、K1[2017·北京卷]发电机和电动机具有装置上的类似性，源于它们机理上的类似性．直流发电机和直流电动机的工作原理可以简化为如图1、图2所示的情景．在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，两根光滑平行金属轨道MN、PQ固定在水平面内，相距为L，电阻不计．电阻为R的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上，与轨道接触良好，以速度v(v平行于MN)向右做匀速运动．图1轨道端点M、P间接有阻值为r的电阻，导体棒ab受到水平向右的外力作用．图2轨道端点M、P间接有直流电源，导体棒ab通过滑轮匀速提升重物，电路中的电流为I.(1)求在Δt时间内，图1“发电机”产生的电能和图2“电动机”输出的机械能；(2)从微观角度看，导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力在上述能量转化中起着重要作用．为了方便，可认为导体棒中的自由电荷为正电荷．a．请在图3(图1的导体棒ab)、图4(图2的导体棒ab)中，分别画出自由电荷所受洛伦兹力的示意图．b．我们知道，洛伦兹力对运动电荷不做功．那么，导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力是如何在能量转化过程中起到作用的呢？请以图2“电动机”为例，通过计算分析说明．24．[答案](1)B2L2v2ΔtR＋rBILvΔt(2)略[解析](1)图1中，电路中的电流I1＝BLvR＋r棒ab受到的安培力F1＝BI1L在Δt时间内，“发电机”产生的电能等于棒ab克服安培力做的功E电＝F1·vΔt＝B2L2v2ΔtR＋r图2中，棒ab受到的安培力F2＝BIL在Δt时间内，“电动机”输出的机械能等于安培力对棒ab做的功E机＝F2·vΔt＝BILvΔt(2)a.如图3、图4所示．b．设自由电荷的电荷量为q，沿导体棒定向移动的速率为u.如图4所示，沿棒方向的洛伦兹力f1′＝qvB，做负功W1＝－f1′·uΔt＝－qvBuΔt垂直棒方向的洛伦兹力f2′＝quB，做正功W2＝f2′·vΔt＝quBvΔt所以W1＝－W2，即导体棒中一个自由电荷所受的洛伦兹力做功为零．f1′做负功，阻碍自由电荷的定向移动，宏观上表现为“反电动势”，消耗电源的电能；f2′做正功，宏观上表现为安培力做正功，使机械能增加．大量自由电荷所受洛伦兹力做功的宏观表现是将电能转化为等量的机械能，在此过程中洛伦兹力通过两个分力做功起到“传递”能量的作用．11．J2、J8、J9[2017·江苏卷]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15mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控．继电器的电阻约20Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示．t/℃30.040.050.060.070.080.0Rt/Ω199.5145.4108.181.862.949.1(1)提供的实验器材有：电源E1(3V，内阻不计)、电源E2(6V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200Ω)、滑动变阻器R2(0～500Ω)、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0～999.9Ω)、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，则应将如图所示的选择开关旋至________(选填“A”“B”“C”或“D”)．图2(3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查．在图中，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108.1Ω11．[答案](1)E2R2(2)C(3)不偏转偏转(4)⑤④②③①[解析](1)由于继电器的电流超过15mA时，衔铁才能被吸合，若电源E取E1＝3V时，由闭合电路欧姆定律得I1＝E1R总＝15mA＝0.015A即R总＝E1I1＝3V0.015A＝200Ω而在30℃时，热敏电阻的阻值为199.5Ω，再加上继电器的电阻20Ω，总电阻为219.5Ω，已超过200Ω，则无法使温度控制在30℃，故E1＝3V不能选择，只能选择E2，E2＝6V，由闭合电路欧姆定律得I2＝E2R总′＝0.015A则R总′＝400Ω此时若要使温度能控制在80℃，热敏电阻Rt与继电器的总电阻为49.1Ω＋20Ω＝69.1Ω400Ω，为使衔铁不至于在低于80℃时被吸合，需串联一个滑动变阻器，且最大阻值不能小于400Ω－69.1Ω＝330.9Ω，而R1最大阻值为200Ω，不符合要求，故选R2.(2)要测直流电压，选择开关只能旋至C.(3)测a、b间电压时，由于b、c间断路，电路中电流为0，故a、b间电压为0，因此多用电表指针不偏转；测a、c间电压就相当于测电源两极间电压，因此多用电表指针将会偏转．(4)为了使在设计电路时方便，这里用电阻箱临时代替热敏电阻．查出50℃时热敏电阻的阻值，将电阻箱调至相同阻值，断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，合上开关，调节滑动变阻器，使衔铁刚好被吸合．再断开开关，将电阻箱移除，换成热敏电阻．因此其合理顺序为⑤④②③①.23．J2、J4[2017·全国卷Ⅰ]某同学研究小灯泡的伏安特性．所使用的器材有：小灯泡L(额定电压3.8V，额定电流0.32A)；电压表V(量程3V，内阻3kΩ)；电流表A(量程0.5A，内阻0.5Ω)；固定电阻R0(阻值1000Ω)；滑动变阻器R(阻值0～9.0Ω)；电源E(电动势5V，内阻不计)；开关S；导线若干．(1)实验要求能够实现在0～3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图．(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示．图(a)图(b)由实选验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻________(选填“增大”“不变”或“减小”)，灯丝的电阻率________(选填“增大”“不变”或“减小”)．(3)用另一电源E0(电动势4V，内阻1.00Ω)和题给器材连接成图(b)所示的电路图，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率．闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为________W，最大功率为________W．(结果均保留2位小数)23．[答案](1)如图所示(2)增大增大(3)0.391.17[解析](1)电压从0开始调节，滑动变阻器应使用分压式接法，电压表的量程小于灯泡的额定电压，需要串联电阻改装，因为灯泡电阻远小于改装电压表的总电阻，所以电流表采用外接法．(2)由小灯泡伏安特性曲线可知，随着电流的增加，UI也增加，则小灯泡的电阻增大，由R＝ρLS，灯丝的电阻率增大．(3)I以mA为单位，当滑动变阻器R＝0时，灯泡两端的电压U＝E0－Ir＝4－I1000，此时灯泡的功率最大，在小灯泡伏安特性曲线中作I＝4000－1000U图线，找出交点的横、纵坐标，则小灯泡最大功率P＝1.17W；同理可知当滑动变阻器R＝9Ω时，小灯泡的最小功率P＝0.39W.J3电路综合问题J4实验：描绘小电珠的伏安特性曲线23．J2、J4[2017·全国卷Ⅰ]某同学研究小灯泡的伏安特性．所使用的器材有：小灯泡L(额定电压3.8V，额定电流0.32A)；电压表V(量程3V，内阻3kΩ)；电流表A(量程0.5A，内阻0.5Ω)；固定电阻R0(阻值1000Ω)；滑动变阻器R(阻值0～9.0Ω)；电源E(电动势5V，内阻不计)；开关S；导线若干．(1)实验要求能够实现在0～3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图．(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示．图(a)图(b)由实选验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻________(选填“增大”“不变”或“减小”)，灯丝的电阻率________(选填“增大”“不变”或“减小”)．(3)用另一电源E0(电动势4V，内阻1.00Ω)和题给器材连接成图(b)所示的电路图，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率．闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为________W，最大功率为________W．(结果均保留2位小数)23．[答案](1)如图所示(2)增大增大(3)0.391.17[解析](1)电压从0开始调节，滑动变阻器应使用分压式接法，电压表的量程小于灯泡的额定电压，需要串联电阻改装，因为灯泡电阻远小于改装电压表的总电阻，所以电流表采用外接法．(2)由小灯泡伏安特性曲线可知，随着电流的增加，UI也增加，则小灯泡的电阻增大，由R＝ρLS，灯丝的电阻率增大．(3)I以mA为单位，当滑动变阻器R＝0时，灯泡两端的电压U＝E0－Ir＝4－I1000，此时灯泡的功率最大，在小灯泡伏安特性曲线中作I＝4000－1000U图线，找出交点的横、纵坐标，则小灯泡最大功率P＝1.17W；同理可知当滑动变阻器R＝9Ω时，小灯泡的最小功率P＝0.39W.J5实验：测定金属的电阻率J6实验：把电流表改装成电压表23．J6、J8[2017·全国卷Ⅲ]图(a)为某同学组装完成的简易多用电表的电路图．图中E是电池；R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻，R6是可变电阻；表头G的满偏电流为250μA，内阻为480Ω.虚线方框内为换挡开关，A端和B端分别与两表笔相连．该多用电表有5个挡位，5个挡位为：直流电压1V挡和5V挡，直流电流1mA挡和2.5mA挡，欧姆×100Ω挡．图(a)图(b)(1)图(a)中的A端与________(选填“红”或“黑”)色表笔相连接．(2)关于R6的使用，下列说法正确的是________(选填正确答案标号)．A．在使用多用电表之前，调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置B．使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置C．使用电流挡时，调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置(3)根据题给条件可得R1＋R2＝________Ω，R4＝________Ω.(4)某次测量时该多用电表指针位置如图(b)所示．若此时B端是与“1”相连的，则多用电表读数为________；若此时B端是与“3”相连的，则读数为________；若此时B端是与“5”相连的，则读数为________．(结果均保留3位有效数字)23．[答案](1)黑(2)B(3)160880(4)1.47mA1.10×103Ω2.95V[解析](1)根据欧姆表原理可知黑表笔接高电势．(2)R6是欧姆调零电阻，故B正确．(3)换挡开关接2时，是量程较小的电流表，所以R1＋R2＝IgRgI－Ig＝160Ω；换挡开关接4时，是量程较小的电压表，这时表头与R1、R2并联组成新表头，新表头的内阻r＝（R1＋R2）RgR1＋R2＋Rg＝120Ω，新表头的量程是1mA，所以R4＝U1I1－r＝11×10－3Ω－120Ω＝880Ω.(4)若此时B端是与“1”相连的，则为量程是2.5mA的电流表，则多用电表读数为1.47mA；若此时B端是与“3”相连的，则为欧姆表，读数为1.10×103Ω；若此时B端是与“5”相连的，则为量程是5V的电压表，读数为2.95V.J7实验：测定电源的电动势和内阻9．J7[2017·天津卷](3)某探究性学习小组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻．其中电流表A1的内阻r1＝1.0kΩ，电阻R1＝9.0kΩ，为了方便读数和作图，给电池串联一个R0＝3.0Ω的电阻．图1①按图示电路进行连接后，发现aa′、bb′和cc′三条导线中，混进了一条内部断开的导线．为了确定哪一条导线内部是断开的，将开关S闭合，用多用电表的电压挡先测量a