高中 | 闭合电路的欧姆定律基本问题 题目答案及解析

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选修3-1

第二章 恒定电流

2.7 闭合电路的欧姆定律

闭合电路的欧姆定律基本问题

某同学用如图($a$)所示的电路描绘电动机的伏安特性曲线,并同时测量电源的电动势和内阻。现有实验器材:待测电源、电压表(内阻很大)、电流表(内阻很小)、电阻箱$R_{1}$、滑动变阻器$R_{2}$、待测电动机$\rm M$、开关若干、导线若干。

描绘电动机的伏安特性曲线步骤如下:

①断开$S_{1}$$S_{2}$$S_{3}$,先将滑动变阻器的滑片$P$滑到                (填“$c$”或“$d$”)端;

②闭合开关$S_{1}$$S_{3}$$a$,调节滑动变阻器,读出电流表、电压表的示数,将数据记入表格;

③以电动机两端的电压$U$为纵坐标,以通过电动机的电流$I$为横坐标,根据数据描点作图,得到电动机的伏安特性曲线如图($b$)所示。请简要说明图中$OA$段为直线的原因:                

[["

$c$ ;见解析

"]]

滑动变阻器采用分压式,为了确保安全,闭合开关之前,需要使得控制电路输出电压为$0$,即应先将滑动变阻器的滑片$P$滑到$c$端;

$U-I$图像中,图线上的点与坐标原点连线的斜率表示电阻,$OA$段为直线表明电阻不变,原因是电压较小,电动机不转动,可视为纯电阻。

测电源的电动势和内阻步骤如下:

①断开$S_{1}$,闭合$S_{2}$$S_{3}$$b$

②调节电阻箱,读出相应的阻值和电压表示数;

③多次测量后,以$\dfrac{1}{R_{1}}$为横坐标,$\dfrac{1}{U}$为纵坐标,描点连线,得到图($c$),由此可得电源电动势$E=$                 $\;\rm V$,内阻$r=$                 $\;\rm \Omega$;(结果均保留$2$位有效数字)

[["$2.0$","$2.0$"]]

断开$S_{1}$,闭合$S_{2}$$S_{3}$$b$,根据闭合电路欧姆定律有$U=E-\dfrac{U}{R_{1}}r$

则有$\dfrac{1}{U}=\dfrac{1}{E}+\dfrac{r}{E} \cdot \dfrac{1}{R_{1}}$

结合图像有$\dfrac{1}{E}=0.50\;\rm \text{V}^{- 1}$$\dfrac{r}{E}=\dfrac{0.50}{0.50}\ \Omega/\text{V}$

解得$E=2.0\;\rm V$$r=2.0\;\rm \Omega$

把上述两个规格相同的电动机串联后接在该电源两端,则其中一个电动机的电功率为                 $\;\rm W$(结果保留$2$位有效数字)。

[["$0.25$$0.23-0.27$)"]]

把上述两个规格相同的电动机串联后接在该电源两端,通过两电动机的电流相等,两电动机两端电压相等,根据电动机的伏安特性曲线可知,当电流为$0.45\;\rm A$时,每个电动机两端电压约为$0.55\;\rm V$,此时有$0.45 \times 2\;\rm V+2 \times 0.55\;\rm V=2.0\;\rm V$

可知,此时恰好为把上述两个规格相同的电动机串联后接在该电源两端时电路的工作状态,则其中一个电动机的电功率为$P=0.45 \times 0.55\;\rm W\approx 0.25\;\rm W$

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