热点04 等效替代法 （学生版）-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E(6 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0~999.9 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t=44.0 ℃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_______℃。 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0~9999.9Ω)，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。 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V(0～3 V，内阻约3 kΩ)；电流表A(0～0.6 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R2=26 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。 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，用刻度尺测出橡皮条的原长，记为L0； (2)将三根橡皮条的一端用细绳拴在同一结点上，另一端分别拴在图钉上； (3)将白纸用图钉固定在方木板上，互成角度地拉伸三根橡皮条，在白纸上分别固定三枚图钉，如图所示。分别记下三绳结点位置O和______，分别测出三根橡皮条的长度，记为L1、L2、L3，则三根橡皮的拉力之比为______； (4)取下器材，用铅笔和刻度尺从O点沿着三根橡皮条的方向画直线，按照一定的标度作出三根橡皮条对结点O的拉力F1、F2、F3的示意图，用平行四边形定则求出两个力F1、F2的合力F； (5)若测量发现F与F3在同一直线上，大小接近相等，则实验结论为______。 5．请完成“探究求合力的方法”实验的相关内容。 (1)如图甲所示，在铺有白纸的水平木板上，橡皮条-端固定在A点另一端拴两个细绳。 (2)如图乙所示，用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条，将绳与橡皮条的结点拉到某位置并记为0点，记下此时弹簧测力计的示数和及_____________。 (3)如图丙所示，用一个弹簧测力计拉橡皮条，将绳与橡皮条的结点仍拉到O点目的是__________，记下此时弹簧测力计的示数____________N和细绳的方向。 (4)如图丁所示，已按一定比例作出了、和F的图示 (5)小明根据丁图作出，和的合力时，发现合力与F大小相等，方向略有偏差，如果此偏差仅由引起，则的大小比真实值偏________。(填大或者小) 6．如图甲所示，在“互成角度的两个力的合成”实验中，A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB、OC为细绳