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高中 | 闭合电路的欧姆定律基本问题题目答案及解析如下,仅供参考!
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
熄火保护装置主要由弹簧、热电偶和电磁铁等组成,其示意图如图$1$所示,$A$、$B$为导线上两个接线端。小组设计了如图$2$所的电路(部分连线未完成)进行探究,图中数字毫安表内阻约为$1\;\rm \Omega$,数字毫伏表内阻约为$10\;\rm M\Omega$。
将图$1$中的$A$、$B$端分别与图$2$中的$A'$、$B'$端连接,测量热电偶和电磁铁线圈构成的组合体电阻。已知组合体电阻不超过$0.05\;\rm \Omega$,则未完成的连接中,$Q$端应和 (填“$b$”或“$c$”)处相连,理由是 。正确连线后,开始时滑动变阻器的滑片应置于 (填“$d$”或“$e$”)端。
根据题意可知,组合体电阻不超过$0.05\;\rm \Omega$,相比较远小于数字毫伏表内阻,应采用数字毫安表外接法,即$Q$端应和$b$处相连。
滑动变阻器采用分压接法,闭合开关时,为了保护电表,滑动变阻器的滑片应置于$e$端。
闭合开关$\rm S_{1}$、$\rm S_{2}$,实验测得组合体电阻为$0.020\;\rm \Omega$,当电磁铁线圈中的电流小于$142\;\rm mA$时,电磁铁无法继续吸合衔铁,衔铁被释放。断开开关$\rm S_{1}$、$\rm S_{2}$,从室温加热热电偶感温端到某一温度后,停止加热,使其自然冷却至室温。测得整个过程中热电偶受热产生的电动势$E'$随时间$t$的变化关系如图$3$所示。在相同的加热和冷却过程中,如果将$A$、$B$端直接连接,不计温度变化对组合体电阻的影响,从停止加热到吸合的衔铁被释放,所用的时间约为 $\;\rm s$(保留$3$位有效数字)。
根据题意,由闭合回路欧姆定律可知,衔铁被释放时,电动势为$E=Ir=0.02 \times 142 \times 10^{-3}=2.84 \times 10^{-3}\;\rm V=2.84\;\rm mV$
停止加热时,热电偶受热产生的电动势$E'$最大,如图所示
由图可知,从停止加热到吸合的衔铁被释放,所用的时间约为$\Delta t=32.5\;\rm s-15\;\rm s=17.5\;\rm s$。
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