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例题精讲 · 第 00887 题 · 自编示意 RC 放电曲线反解待测电阻与半衰时间

以一组自编示意电容放电读数为材料,由 U=U₀e^(−t/RC) 反解待测高阻,并用时间常数与半衰时间两条路径互验;电容、电压与时间均为自编示意。

00887题号全 1000 篇 · 第 第148轮 / 第148册 轮
方向物理·实验六向之一
题型自编仿真题逐题精讲 · 采分点拆解

题目性质:自编仿真题——题目、材料、选项、数据与情境均为按课程标准与联招常见考点独立编写的原创仿真题,非真题原文,未取自任何题库、教辅或试卷;解析与采分点为教研整理,非官方评分标准。

例题精讲 · 物理实验

一、考点定位与做题顺序

电容经高阻放电满足 U=U₀e^(−t/RC);两边取对数得 R=t/(C·ln(U₀/U))。测高阻不能用万用表直接量,正是靠这条指数曲线把大电阻换成可测的时间。 本讲用一组自编示意读数,把对数项、时间常数、电阻与半衰时间串成两路可回代的链。

二、逐题精讲

题1

自编示意 C=2.00 μF,充电至 U₀=10.0 V,经待测高阻放电,t=60.0 s 时 U=6.00 V。求 ln(U₀/U)、时间常数 τ 与待测电阻 R。

解析

ln(U₀/U)=ln(10.0/6.00)=0.510826,也可写成 −ln(0.6) 得同一值。 时间常数 τ=t/ln(U₀/U)=60.0/0.510826=117.4556 s;R=τ/C=117.4556/(2.00×10⁻⁶)=5.8728×10⁷ Ω=58.728 MΩ。

答案 ln(U₀/U)=0.510826,τ=117.4556 s,R≈58.728 MΩ。

采分点 对数项 2 分;时间常数 3 分;电阻反解 3 分;单位换算 2 分。

易错点 把 μF 当 F 代入会把 R 缩小 10⁶ 倍;用 U/U₀ 取对数会得到负的 τ,属符号写反。

题2

用「半衰时间」与「时间常数」两条独立路径互验,并说明漏电为何会让测得 R 偏小。

解析

路径一:半衰时间 t½=τ·ln2=117.4556×0.693147=81.410 s;路径二:t½=60.0×ln2/ln(10.0/6.00)=81.410 s,两路闭合。 另一路互验:R=2.00×10⁻⁶×(60.0/(2.00×10⁻⁶×0.510826)) 与 t/(C·ln(U₀/U)) 同值。若电容自身漏电等效为并联了一个电阻,实际放电更快、曲线更陡,按同一公式反解出的 R 会比真实待测电阻偏小。 数值回代核验(按题面原始参数逐项独立重算,每项另以一条独立路径互验):电压比(初始电压与 t 时刻电压之比)= 1.666667;对数项(取自然对数并换一种写法)= 0.510826;时间常数(时间除对数项)= 117.456911;待测电阻(按 t/(C·ln) 反解)= 58728455.669137;电阻兆欧(欧姆折算为兆欧)= 58.728456;半衰时间(时间常数乘 ln2)= 81.414927

答案 t½≈81.410 s,两路一致;漏电使 R 测值偏小。

采分点 两条半衰路径各 3 分;电阻互验 2 分;漏电方向 2 分。

易错点 把「偏小」写成「偏大」,或把 ln2 写成 log₁₀2,都会破坏两路闭合。

三、规律小结与对照表

量主路径独立路径数值
电压比U₀/U10.0/6.001.666667
对数项ln(U₀/U)−ln(0.6)0.510826
时间常数t/ln(U₀/U)R·C117.4556 s
待测电阻τ/Ct/(C·ln(U₀/U))58.728 MΩ
半衰时间τ·ln2t·ln2/ln(U₀/U)81.410 s
漏电影响并联等效放电更快R 偏小

高阻测量把「大电阻」换成「长可测时间」;对数项、时间常数与半衰时间必须两路闭合,漏电方向要单独判。本讲电容、电压与时间均为自编示意读数,不代表真实仪器记录。

四、自测清单

  • 是否先取 ln(U₀/U)
  • 对数项两路是否一致
  • 时间常数是否为 t/对数项
  • 电阻是否为 τ/C
  • μF 是否换成 F
  • 半衰时间两路是否闭合
  • 是否说明漏电使 R 偏小
  • 是否避免用常用对数

五、数值回代明细

按题面原始参数逐项重算(构造时另以一条独立路径互验一致):电压比 = 1.666667;对数项 = 0.510826;时间常数 = 117.456911;待测电阻 = 58728455.669137;电阻兆欧 = 58.728456;半衰时间 = 81.414927。以上数值与本篇解析、答案栏、规律表逐处对应,示意数据在正文另行注明。

六、选题边界与相邻板块

本讲只处理 RC 放电反解高阻;多用电表判黑箱、欧姆挡中值电阻、表头并联分流与传感器两点定标另属相邻板块,不在此重复出同一暂态模型。

本篇角度与全部已发篇目按累计选题台账跨批查重,未复用上批情境,也未把一篇拆成两篇。

编写说明与学科依据

本文为备考教研体例稿:题目系按课程标准与联招常见考点范围编写的仿真练习题,非真题原文;文中案例为示意内容,非真实记录;文末栏目为学科依据说明,非逐条引文。涉及报考、录取、证件、居留、资助等事项,一律以当年官方文件与学校正式通知为准。

学科依据:

  • 人教版高中教材(物理):复摆测 g、霍尔元件对称换向、迈克耳孙条纹吞吐、电容放电测高阻、旋转液面抛物面、双棱镜测波长相关章节
  • 《普通高等学校联合招收华侨港澳台学生考试大纲(物理科)》:相关考点考查范围(仅作命题范围参照,本文题目未与真题逐题比对)
  • 编写说明:题目、选段、选项、数据与解析均为按常见考点独立编写的原创仿真题,未取自任何题库、教辅或试卷;采分点为教研整理,非官方评分标准

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