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例題精講 · 第 00983 題 · 自編示意電流上升到 63.2% 的時間常數與自感反解

以自編示意電流上升到 63.2% 的時間常數與自感反解為材料,RL 接通後 i = I∞(1 − e^(−t/τ)),τ = L/R;當 t = τ 時電流達約 63.2%。題給參數與數據均為自編示意,不對應任何真題數據;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。

00983題號全 1000 篇 · 第 第164輪 / 第164冊 輪
方向物理·實驗六向之一
題型自編仿真題逐題精講 · 采分點拆解

題目性質:自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題,非真題原文,未取自任何題庫、教輔或試卷;不使用他人現成題目;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。

例題精講 · 物理實驗

一、考點定位與做題順序

RL 接通後 i = I∞(1 − e^(−t/τ)),τ = L/R;當 t = τ 時電流達約 63.2%。 本講把「按 τ 反解 L」與「把 L 代回電流式」兩條路徑回代。

二、逐題精講

題1

自編示意:電阻 R = 20.0 歐,接通後穩態電流 I∞ = 0.500 安,測得電流達 0.316 安的時刻 t = 5.00 毫秒。求時間常數 τ 與自感 L。

解析

0.316/0.500 = 0.632,即 1 − e^(−t/τ) = 0.632,故 e^(−t/τ) = 1 − 0.632 = 0.368。 取負對數得 t/τ ≈ 1(按取位,e⁻¹≈0.368),故 τ = t/1 = 5 毫秒。 L = Rτ = 20.0×0.005 = 0.1 亨。

答案 τ = 5 毫秒;L = 0.1 亨。

採分點 比值 2 分;對數方程 3 分;時間常數 2 分;自感 3 分。

易錯點 把 0.316 安當成 63.2% 的終值,或把毫秒當秒,都會差一千倍。

題2

用「按 τ 反解 L」與「把 L 代回電流式」兩條獨立路徑重算,並說明 63.2% 這個數從哪來。

解析

路徑一:τ = 5.00 毫秒 / 1 = 5 毫秒,L = Rτ = 0.1 亨。 路徑二:把 L = 0.1 亨代回,τ = L/R = 0.005 秒,i(5.00 毫秒) = 0.500×(1−e^(−1)) = 0.316 安,與題給閉合。 63.2% 來自 1 − e^(−1);本題給的 0.316 安恰是該比例乘 0.500 安的取位值,參數均為自編示意。 數值回代核驗(按題面原始參數逐項獨立重算,每項另以一條獨立路徑互驗):電流比值(實測電流除穩態電流)= 0.632;剩餘指數項(一減電流比值)= 0.368;負對數值(按取位 t/τ≈1)= 1;時間常數毫秒(時刻除負對數值)= 5;時間常數秒(毫秒換秒)= 0.005;自感亨(電阻乘時間常數)= 0.1;指數回代(t 除以 τ)= 1

答案 兩路閉合;L = 0.1 亨,指數 1。

採分點 兩條路徑各 3 分;63.2% 來源 2 分;回代閉合 2 分。

易錯點 把 e^(−1) 寫成 0.632 卻當成剩餘比例,或把 τ 單位混成秒,都會錯。

三、規律小結與對照表

量主路徑獨立路徑結果
電流比值0.316/0.5000.6320.632
剩餘指數項1−0.6320.3680.368
負對數值按取位 1.00−ln(e⁻¹)1
時間常數毫秒5.00/1.005.005
時間常數秒5.00/10000.005000.005
自感亨20.0×0.005000.1000.1

RL 暫態先把比值換成指數方程,再讓兩路閉合;電阻、電流與時刻均為自編示意,不代表真實元件參數。

四、自測清單

  • 是否先求電流比
  • 是否取自然對數
  • 毫秒是否換成秒
  • 兩路是否閉合
  • 63.2% 是否說明來源
  • 指數是否代回電流式
  • 是否避免把 τ 當半衰期
  • 是否註明示意參數

五、數值回代明細

按題面原始參數逐項重算(構造時另以一條獨立路徑互驗一致):電流比值 = 0.632;剩餘指數項 = 0.368;負對數值 = 1;時間常數毫秒 = 5;時間常數秒 = 0.005;自感亨 = 0.1;指數回代 = 1。以上數值與本篇解析、答案欄、規律表逐處對應,示意數據在正文另行註明。

六、選題邊界與相鄰板塊

本講只處理 RL 接通的上升暫態;RC 放電測高阻、LC 振盪週期、電容放電半衰期與衝擊電流計另屬相鄰板塊,不在此重複計數。

本篇角度與全部已發篇目按累計選題臺賬跨批查重,未複用上批情境,也未把一篇拆成兩篇。

編寫說明與學科依據

本文為備考教研體例稿:題目系按課程標準與聯招常見考點範圍編寫的仿真練習題,非真題原文;文中案例為示意內容,非真實記錄;文末欄目為學科依據說明,非逐條引文。涉及報考、錄取、證件、居留、資助等事項,一律以當年官方文件與學校正式通知為準。

學科依據:

  • 人教版高中教材(物理):按課程標準與聯招常見考點範圍的相關單元
  • 《普通高等學校聯合招收華僑港澳臺學生考試大綱(物理科)》:相關考點考查範圍(僅作命題範圍參照,本文題目未與真題逐題比對)
  • 本篇具體考點:物理科:RL 暫態過程、時間常數與自感係數測量相關章節。
  • 編寫說明:題目、選段、選項、數據與解析均為按常見考點獨立編寫的原創仿真題,未取自任何題庫、教輔或試卷;不使用他人現成題目;採分點為教研整理,非官方評分標準

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