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给初中生讲讲高中物理之《恒定电流》(下)

2022-07-28 21:00 作者:素樱罗的paper  | 我要投稿

这是我们《恒定电流》的最后一篇文章。我们讲两个实验,分别是测电源电动势和内阻、测金属的电阻率。如果你想学更多的电学知识,诸如电场,电容器之类,就自己去找资料吧。接下来也可以继续对磁的知识进行研究。

老规矩,先做题。答案在评论区。

习题1
习题2

测电源电动势和内阻,我们的思路是这样的:测出几组总电流和路端电压的数据,在坐标系描点连线,大概画出这样的图像

图像

来理解一下与纵轴交点的含义:此时电流为0,说明外电阻无穷大,电源电动势全部分给外电路。所以这个点的纵坐标就是我们要的电源电动势E。再看一下与横轴的交点:外电压为0,说明电源被短路,这个电流就是短路电流,等于E/r,于是我们只要用纵轴上点的纵坐标除以横轴上点的横坐标就能得到电源内阻的值,也可以说是那个标出来的角的正切值。

我们可以提供这样的电路(开关懒得画了,考试时一定要画开关啊,丢分别找我)

对于电源的外接法

这里测的电压的确是外电压,但电流表测的是滑动变阻器所在支路的电流,而电压表也分流,所以电流表测的是偏小的。那么这对我们算出来的结果有何影响?

假设这里虚线是测量值对应的图像。滑动变阻器接入阻值越小,电流表读数越大,而电压表的分流作用也越不明显,多出来的电流就越小。如果滑动变阻器与电流表的总阻值为0,电压表不分流,即图像与横轴的交点就是真实值。这样我们可以较夸张地用实线画出真实数据对应的图像,可以看到真实的电源电动势大于测量值,真实电源内阻大于测量值。

那我也可以把电流表换个位置

对于电源的内接法

这个就请读者自行探究,进行误差分析。这里直接报个答案:电源电动势测量值准确,内阻测量值大于真实值。

那我们通常用哪种呢?我们常用第一种。第一种虽然两个都有误差,但误差不大,电压表分的电流还是很小的。但对于第二种,当电压表示数为0,即滑动变阻器接入阻值为0时,我们就认为测得的电流为短路电流。但实际上是电动势除以电源内阻和电流表内阻的和。由于电源内阻一般很小,所以这样测到的短路电流误差会很大。

再看一个实验:测量金属的电阻率。主要就是一个公式

这个公式叫电阻的决定式,也叫电阻定律。ρ是电阻率,与材料、温度等因素有关。那么为了测一段金属丝的电阻率,我们只要把它的一小段接入电路,伏安法伺候,再测它接入电路的长度,然后再测它的横截面积(就是测直径),代入公式一算电阻率就出来了。这个时候测金属丝的直径肯定不能用刻度尺,我们会用一个叫螺旋测微器的东西。读者可以自行了解,笔者觉得这毕竟就是个测量工具,没啥好讲的。

我们《恒定电流》就讲到这里了,笔者认为这一部分与初中接轨很多,相当于一个小小的拓展,很多题目其实优秀的初中生不学照样能懂,会做。那我这里就是把知识点带一带,点到即止。例题基本是中档题,难度并不大。由于《恒定电流》没有下一篇文章了,我们就在这篇文章里检测吧。答案还是放在评论区。

习题1(2021新疆高考乙卷)


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