热点04 等效替代法 （教师版含解析）-高考物理专练(新高考专用)

高考物理【热点重点难点】专练新高考专用 热点04 等效替代法 【热点解读】 等效替代法是科学研究中常用的一种思维方法，对一些复杂问题采用等效方法，将其变成理想的、简单的、已知规律的过程来处理，常可使问题的解决得以简化，能替代的前提是等效，等效是指不同的物理现象、模型、过程等在物理意义、作用效果或物理规律方面是相同的，它们之间可以相互替代，而保证结论不变。等效的方法是指面对一个较为复杂的问题，提出一个简单的方案或设想，而使它们的效果完全相同，从而将问题化难为易、化繁为简求得解决。这种科学思维方法不仅在定义物理概念时经常用到，如等效电路、等效电阻、分力与合力等效、合运动与分运动等效等，而且在分析和设计实验时也经常用到。再如交流电的有效值，即是用交流电与直流电在热效应里产生的“等效作用”来确定的。物理实验中经常会用到“等效替代法”。 【限时检测】建议用时30分钟 1．某实验小组利用如图甲所示的电路探究在25 ℃80 ℃范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有置于温控室图中虚线区域中的热敏电阻RT，其标称值25 ℃时的阻值为900.0 Ω；电源E6 V，内阻可忽略；电压表V量程150 mV；定值电阻R0阻值20.0 Ω，滑动变阻器R1最大阻值为1 000 Ω；电阻箱R2阻值范围0999.9 Ω；单刀开关S1，单刀双掷开关S2。 实验时，先按图甲连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0 ℃。将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数。逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0 ℃。实验得到的R2-t数据见下表。 t/℃ 25.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 R2/Ω 900.0 680.0 500.0 390.0 320.0 270.0 240.0 回答下列问题 1在闭合S1前，图甲中R1的滑片应移动到______填“a”或“b”端。 2在图乙的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出R2-t曲线。_______ 3由图乙可得到RT在25 ℃80 ℃范围内的温度特性。当t44.0 ℃时，可得RT____Ω。 4将RT握于手心，手心温度下R2的相应读数如图丙所示，该读数为______Ω，则手心温度为_______℃。 【答案】 b 450 620.0 33.0 【解析】 1闭合开关S1前，应让滑片移动到b端，使滑动变阻器连入电路的阻值最大。 2如图所示 3由图丁可知t44.0 ℃时，电阻的阻值为450 Ω。 4由图丙可得电阻箱阻值为620.0 Ω，由图丁可得温度约为33.0 ℃。 2．为了测试某精密元件在204μA特定电流值时的工作性能，一实验小组利用微安表监测该元件在电路中的电流，电路如图a所示。所用器材微安表量程为250μA，内阻约为1000Ω，稳压电源E电动势为2.0V，定值电阻R0阻值为4000.0Ω，滑动变阻器R1最大阻值为1000Ω，额定电流为0.3A，电阻箱R2阻值范围09999.9Ω，开关S。将电阻箱R2置于图b所示的阻值，滑动变阻器R1置于最大值；闭合开关S，移动R1的滑片，使微安表读数为204μA。 1图b中R2的阻值为___________Ω； 2在图c中标出微安表读数为204μA时的指针位置___________。为了提高监测精度，该小组尝试用标准电池EN电动势为1.0186V和灵敏电流计量程范围300μA替代微安表，设计了图d所示电路。要将元件的工作电流调到204μA，需先将R2的阻值设置为某个特定值，再闭合开关S1、S2，调节滑动变阻器R1，使灵敏电流计指针指在零点，此时元件中的电流即为204μA。 3电阻箱R2的阻值应设置为___________Ω。 【答案】 4250.0 4993.1 【解析】 1图b中R2的阻值为4250.0Ω； 2 微安表最小刻度为5μA，则读数为204μA时的指针位置如图； 3由题意可知，当电阻R2两端电压等于电动势EN时，通过灵敏电流计的电流为零，则 UREN1.0186V 电流 IR204μA 则 3．某物理兴趣小组的同学要测定某电阻Rx的阻值，通过讨论，决定采用下列方法来测定。 1方法一用多用电表测量 首先，选用欧姆表“1”挡进行粗测，正确操作后，表盘指针如图1所示，则该电阻的测量值为Rx______Ω。 2方法二用伏安法测量 所用的部分器材电压表V0～3 V，内阻约3 kΩ；电流表A0～0.6 A，内阻约2 Ω。分析下列问题。 ①他们设置了如图2、图3所示的两种电路图，为减小实验误差应选用______填“图2”或“图3”作为测量电路； ②请根据他们所选的电路将图4所示的实物图连接好；______ ③他们选择了正确的电路后，通过测量，根据得到的实验数据作出了如图5所示的U-I图象，根据图象，可得 Rx___________Ω。 3方法三等效替代法 某同学设计了如图6所示的测量电路，实验步骤如下所示 A．按图6连接好实验电路。 B．保持开关S2断开，将开关S1闭合，然后调节电阻箱R和滑动变阻器R′。待电路稳定后电阻箱读数R1如图7所示，记下此时电压表的示数。 C．闭合开关S2，保持滑动变阻器的滑片位置不变，然后调节电阻箱的电阻，使电压表的读数与步骤B中的示数相同，此时电阻箱的读数R226 Ω。 ①在步骤B中电阻箱的读数为R1___________Ω； ②由以上实验测得电阻Rx的阻值为Rx___________Ω。 【答案】 7 图2 6.25 20 6 【解析】 1欧姆表读数刻度盘读数倍率，读数是 Rx71Ω7 Ω 2①由于待测电阻的阻值远小于电压表的内阻，所以电流表使用外接法，故选图2作为测量电路； ②所连实物图如图所示 ③U-I图象的斜率表示电阻的阻值，由所作的图象可知，故被测电阻的阻值为 Rxk6.25 Ω 3①在步骤B中电阻箱的读数为 R120 Ω； ②由于R1与Rx串联在电路中所起的作用与R2相同电压表指针指示同一位置，则有 R1＋RxR2 故有 RxR2-R1 由题意可知 R120 Ω，R226 Ω 故被测电阻的阻值为 RxR2-R126 Ω-20 Ω6 Ω。 4．如图所示，某同学在家中尝试验证“平行四边形定则”，他找到三根完全相同的橡皮条遵循胡克定律、三角板、刻度尺、白纸、方木板、几枚图钉、细绳。设计了如下实验 1将橡皮条两端各拴上一根相同的细绳，用刻度尺测