一、恒定电流在联招物理中的考查特点
全国联招物理中,恒定电流与电学实验紧密相连。选择题常考动态电路分析与U-I图像,实验题常考伏安法测电阻、电表改装和滑动变阻器的两种接法。合计分值约10-15分。
恒定电流章节的核心是“闭合电路欧姆定律”:I=E/(R+r)。所有动态分析都可以由这个公式出发。考生必须熟记路端电压U=E-Ir的线性关系,以及外电阻与输出功率的关系。
二、动态电路分析的“一个不变、两个方向”
动态电路题的特征:滑动变阻器滑片移动、开关闭合或断开、某电阻短路或断路,导致电压、电流、功率发生变化。
标准分析方法:
- 确定总电阻变化方向:串联电阻增多或并联支路减少,总电阻变大
- 由I=E/(R+r)判断干路电流方向:总电阻变大则干路电流变小
- 由U=E-Ir判断路端电压方向:干路电流变小则路端电压变大
- 用“先看全局,再拆局部,最后看支路”的顺序逐步分析每个电表
口诀:“并同串反”只适用于单个电阻变化时。与变化电阻并联的支路电压、电流、功率变化方向与R变化相同;与变化电阻串联的其他元件变化方向相反。运用时先确认是并联关系还是串联关系。
三、U-I图像与电源参数
电源的U-I图像是恒定电流必考图像。纵轴截距为电动势E,斜率的绝对值为内阻r。
两类常见图像:
- 电源的U-I图像:倾斜直线,纵截距E,横截距为短路电流I短=E/r
- 电阻的U-I图像:过原点的直线,斜率等于电阻值,即R=U/I
两类图像在同一坐标系中的交点,表示该电阻接入该电源时的工作电压与工作电流,此时“电源路端电压=电阻两端电压,干路电流=电阻电流”。
输出功率最大条件:外电阻R等于内阻r时,电源输出功率最大,Pmax=E²/(4r)。选择题常考这个结论。
四、伏安法测电阻:内接外接与系统误差
伏安法测电阻的接法选择是联招实验题高频考点。
电流表外接法:电压表直接并联在电阻两端。电压测量准确,但电流表测量的是通过电阻与电压表的电流之和,所以测量值偏小。适用于待测电阻远小于电压表内阻的情况,即“小电阻外接”。
电流表内接法:电流表串联在支路中。电流测量准确,但电压表测量的是电阻与电流表电压之和,所以测量值偏大。适用于待测电阻远大于电流表内阻的情况,即“大电阻内接”。
选择标准:比较Rx与√(RA·RV)。若Rx<√(RA·RV),用外接法;若Rx>√(RA·RV),用内接法。这个临界值称为“临界电阻”。
五、电表改装计算
灵敏电流计改装为大量程电流表和电压表,是联招物理的经典计算题。
改装为电压表:串联一个大电阻。设电流计满偏电流Ig、内阻Rg,改装后量程为U,则串联电阻R满足U=Ig(Rg+R),得R=U/Ig-Rg。
改装为电流表:并联一个小电阻。设改装后量程为I,则并联电阻R满足IgRg=(I-Ig)R,得R=IgRg/(I-Ig)。
例题:一个电流计满偏电流为1mA,内阻为100Ω。把它改装成量程为3V的电压表,应串联多大电阻?
解:R=3/0.001-100=3000-100=2900Ω。
注意数据口径:改装后电压表的内阻等于Rg+R,电流表的内阻等于Rg与R并联值。读数时表盘刻度均匀,但量程变化后每小格代表的值也变了。
六、滑动变阻器的两种接法
滑动变阻器有限流接法和分压接法两种,联招实验题常考选接法。
- 限流接法:滑动变阻器串联在干路中,调节范围窄,能耗小
- 分压接法:滑动变阻器并联连接,一部分与负载并联,调节范围从0开始,能耗大
选分压接法的信号:题目要求电压从零开始连续调节、要求测量多组数据或滑动变阻器阻值远大于负载电阻。选限流接法的信号:滑动变阻器阻值与负载接近、要求节能。
联招实验题几乎都要求分压接法,因为“从零开始”是标配要求。连接电路时先连主路再连并联支路,电流表要串联,电压表要并联且正负接线柱不能接反。
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