熱點04 等效替代法 （教師版含解析）-高考物理專練(新高考專用)

高考物理【熱點·重點·難點】專練(新高考專用)熱點04等效替代法【熱點解讀】等效替代法是科學研究中常用的一種思維方法，對一些復雜問題采用等效方法，將其變成理想的、簡單的、已知規(guī)律的過程來處理，?？墒箚栴}的解決得以簡化，能替代的前提是等效，等效是指不同的物理現(xiàn)象、模型、過程等在物理意義、作用效果或物理規(guī)律方面是相同的，它們之間可以相互替代，而保證結(jié)論不變。等效的方法是指面對一個較為復雜的問題，提出一個簡單的方案或設(shè)想，而使它們的效果完全相同，從而將問題化難為易、化繁為簡求得解決。這種科學思維方法不僅在定義物理概念時經(jīng)常用到，如等效電路、等效電阻、分力與合力等效、合運動與分運動等效等，而且在分析和設(shè)計實驗時也經(jīng)常用到。再如交流電的有效值，即是用交流電與直流電在熱效應里產(chǎn)生的“等效作用”來確定的。物理實驗中經(jīng)常會用到“等效替代法”?！鞠迺r檢測】(建議用時：30分鐘)1．某實驗小組利用如圖甲所示的電路探究在25℃~80℃范圍內(nèi)某熱敏電阻的溫度特性。所用器材有：置于溫控室(圖中虛線區(qū)域)中的熱敏電阻RT，其標稱值(25℃時的阻值)為900.0Ω；電源E(6V，內(nèi)阻可忽略)；電壓表V(量程150mV)；定值電阻R0(阻值20.0Ω)，滑動變阻器R1(最大阻值為1000Ω)；電阻箱R2(阻值范圍0~999.9Ω)；單刀開關(guān)S1，單刀雙擲開關(guān)S2。實驗時，先按圖甲連接好電路，再將溫控室的溫度t升至80.0℃。將S2與1端接通，閉合S1，調(diào)節(jié)R1的滑片位置，使電壓表讀數(shù)為某一值U0；保持R1的滑片位置不變，將R2置于最大值，將S2與2端接通，調(diào)節(jié)R2，使電壓表讀數(shù)仍為U0；斷開S1，記下此時R2的讀數(shù)。逐步降低溫控室的溫度t，得到相應溫度下R2的阻值，直至溫度降到25.0℃。實驗得到的R2-t數(shù)據(jù)見下表。t/℃25.030.040.050.060.070.080.0R2/Ω900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0回答下列問題：(1)在閉合S1前，圖甲中R1的滑片應移動到______(填“a”或“b”)端。(2)在圖乙的坐標紙上補齊數(shù)據(jù)表中所給數(shù)據(jù)點，并作出R2-t曲線。(_______)(3)由圖乙可得到RT在25℃~80℃范圍內(nèi)的溫度特性。當t=44.0℃時，可得RT=____Ω。(4)將RT握于手心，手心溫度下R2的相應讀數(shù)如圖丙所示，該讀數(shù)為______Ω，則手心溫度為_______℃。【答案】b450620.033.0【解析】(1)閉合開關(guān)S1前，應讓滑片移動到b端，使滑動變阻器連入電路的阻值最大。(2)如圖所示(3)由圖丁可知t=44.0℃時，電阻的阻值為450Ω。(4)由圖丙可得電阻箱阻值為620.0Ω，由圖丁可得溫度約為33.0℃。2．為了測試某精密元件在204μA特定電流值時的工作性能，一實驗小組利用微安表監(jiān)測該元件在電路中的電流，電路如圖(a)所示。所用器材：微安表(量程為250μA，內(nèi)阻約為1000Ω)，穩(wěn)壓電源E(電動勢為2.0V)，定值電阻R0(阻值為4000.0Ω)，滑動變阻器R1(最大阻值為1000Ω，額定電流為0.3A)，電阻箱R2(阻值范圍0~9999.9Ω)，開關(guān)S。將電阻箱R2置于圖(b)所示的阻值，滑動變阻器R1置于最大值；閉合開關(guān)S，移動R1的滑片，使微安表讀數(shù)為204μA。(1)圖(b)中R2的阻值為___________Ω；(2)在圖(c)中標出微安表讀數(shù)為204μA時的指針位置___________。為了提高監(jiān)測精度，該小組嘗試用標準電池EN(電動勢為1.0186V)和靈敏電流計(量程范圍300μA)替代微安表，設(shè)計了圖(d)所示電路。要將元件的工作電流調(diào)到204μA，需先將R2的阻值設(shè)置為某個特定值，再閉合開關(guān)S1、S2，調(diào)節(jié)滑動變阻器R1，使靈敏電流計指針指在零點，此時元件中的電流即為204μA。(3)電阻箱R2的阻值應設(shè)置為___________Ω。【答案】4250.04993.1【解析】(1)圖(b)中R2的阻值為4250.0Ω；(2)微安表最小刻度為5μA，則讀數(shù)為204μA時的指針位置如圖；(3)由題意可知，當電阻R2兩端電壓等于電動勢EN時，通過靈敏電流計的電流為零，則UR=EN=1.0186V電流IR=204μA則3．某物理興趣小組的同學要測定某電阻Rx的阻值，通過討論，決定采用下列方法來測定。(1)方法一：用多用電表測量首先，選用歐姆表“×1”擋進行粗測，正確操作后，表盤指針如圖1所示，則該電阻的測量值為Rx=______Ω。(2)方法二：用伏安法測量所用的部分器材：電壓表V(0～3V，內(nèi)阻約3kΩ)；電流表A(0～0.6A，內(nèi)阻約2Ω)。分析下列問題。①他們設(shè)置了如圖2、圖3所示的兩種電路圖，為減小實驗誤差應選用______(填“圖2”或“圖3”)作為測量電路；②請根據(jù)他們所選的電路將圖4所示的實物圖連接好；(______)③他們選擇了正確的電路后，通過測量，根據(jù)得到的實驗數(shù)據(jù)作出了如圖5所示的U-I圖象，根據(jù)圖象，可得Rx=___________Ω。(3)方法三：等效替代法某同學設(shè)計了如圖6所示的測量電路，實驗步驟如下所示：A．按圖6連接好實驗電路。B．保持開關(guān)S2斷開，將開關(guān)S1閉合，然后調(diào)節(jié)電阻箱R和滑動變阻器R′。待電路穩(wěn)定后電阻箱讀數(shù)R1如圖7所示，記下此時電壓表的示數(shù)。C．閉合開關(guān)S2，保持滑動變阻器的滑片位置不變，然后調(diào)節(jié)電阻箱的電阻，使電壓表的讀數(shù)與步驟B中的示數(shù)相同，此時電阻箱的讀數(shù)R2=26Ω。①在步驟B中電阻箱的讀數(shù)為R1=___________Ω；②由以上實驗測得電阻Rx的阻值為Rx=___________Ω?！敬鸢浮?圖26.25206【解析】(1)歐姆表讀數(shù)=刻度盤讀數(shù)×倍率，讀數(shù)是Rx=7×1Ω=7Ω(2)①由于待測電阻的阻值遠小于電壓表的內(nèi)阻，所以電流表使用外接法，故選圖2作為測量電路；②所連實物圖如圖所示：③U-I圖象的斜率表示電阻的阻值，由所作的圖象可知，故被測電阻的阻值為Rx=k=6.25Ω(3)①在步驟B中電阻箱的讀數(shù)為R1=20Ω；②由于R1與Rx串聯(lián)在電路中所起的作用與R2相同(電壓表指針指示同一位置)，則有R1＋Rx=R2故有Rx=R2-R1由題意可知R1=20Ω，R2=26Ω故被測電阻的阻值為Rx=R2-R1=26Ω-20Ω=6Ω。4．如圖所示，某同學在家中嘗試驗證“平行四邊形定則”，他找到三根完全相同的橡皮條(遵循胡克定律)、三角板、刻度尺、白紙、方木板、幾枚圖釘、細繩。設(shè)計了如下實驗：(1)將橡皮條兩端各拴上一根相同的細繩，用刻度尺測出橡皮條的原長，記為L0；(2)將三根橡皮條的一端用細繩拴在同一結(jié)點上，另一端分別拴在圖釘上；(3)將白紙用圖釘固定在方木板上，互成角度地拉伸三根橡皮條，在白紙上分別固定三枚圖釘，如圖所示。分別記下三繩結(jié)點位置O和______，分別測出三根橡皮條的長度，記為L1、L2、L3，則三根橡皮的拉力之比為______；(4)取下器材，用鉛筆和刻度尺從O點沿著三根橡皮條的方向畫直線，按照一定的標度作出三根橡皮條對結(jié)點O的拉力F1、F2、F3的示意圖，用平行四邊形定則求出兩個力F1、F2的合力F；(5)若測量發(fā)現(xiàn)F與F3在同一直線上，大小接近相等，則實驗結(jié)論為______?！敬鸢浮咳鹌l伸長的方向在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，力的合成遵循力的平行四邊形定則【解析】(1)要畫出平行四邊形，則需要記錄分力的大小和方向，所以在白紙上記下結(jié)點O的位置的同時，也要記錄三根細線的方向。三根橡皮條的拉力之比等于三根橡皮條的伸長量之比，即為(5)說明在實驗誤差范圍內(nèi)，結(jié)點O受三個力的作用處于靜止狀態(tài)，合力為零；則實驗結(jié)論為：在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，力的合成遵循力的平行四邊形定則。5．請完成“探究求合力的方法”實驗的相關(guān)內(nèi)容。(1)如圖甲所示，在鋪有白紙的水平木板上，橡皮條-端固定在A點另一端拴兩個細繩。(2)如圖乙所示，用兩個彈簧測力計互成角度地拉橡皮條，將繩與橡皮條的結(jié)點拉到某位置并記為0點，記下此時彈簧測力計的示數(shù)和及_____________。(3)如圖丙所示，用一個彈簧測力計拉橡皮條，將繩與橡皮條的結(jié)點仍拉到O點目的是__________，記下此時彈簧測力計的示數(shù)____________N和細繩的方向。(4)如圖丁所示，已按一定比例作出了、和F的圖示(5)小明根據(jù)丁圖作出，和的合力時，發(fā)現(xiàn)合力與F大小相等，方向略有偏差，如果此偏差僅由引起，則的大小比真實值偏________。(填大或者小)【答案】兩繩的方向與用兩個彈簧測力計互成角度地拉橡皮條的作用效果相同3.00小【解析】(2)用兩個彈簧測力計互成角度拉橡皮條，使繩與橡皮條的結(jié)點伸長到某位置并記為O點，記下此時測力計的示數(shù)F1和F2，及兩條細繩的方向。(3)一個彈簧測力計拉橡皮條，與用兩個彈簧測力計互成角度地拉橡皮條的作用效果相同；1N被分為10格，每小格表示0.1N，讀數(shù)時需估讀到分度值下一位，故讀數(shù)為3.00N；(5)根據(jù)丁圖作出，和的合力如圖，發(fā)現(xiàn)合力與F大小相等，方向略有偏差，如果此偏差僅由引起，則比真實值偏大，的大小比真實值偏小。6．如圖甲所示，在“互成角度的兩個力的合成”實驗中，A為固定橡皮筋的圖釘，O為橡皮筋與細繩的結(jié)點，OB、OC為細繩套。(1)圖甲中彈簧測力計B的示數(shù)為___