一、恆定電流在聯招物理中的考查特點
全國聯招物理中,恆定電流與電學實驗緊密相連。選擇題常考動態電路分析與U-I圖像,實驗題常考伏安法測電阻、電錶改裝和滑動變阻器的兩種接法。合計分值約10-15分。
恆定電流章節的核心是“閉合電路歐姆定律”:I=E/(R+r)。所有動態分析都可以由這個公式出發。考生必須熟記路端電壓U=E-Ir的線性關係,以及外電阻與輸出功率的關係。
二、動態電路分析的“一個不變、兩個方向”
動態電路題的特徵:滑動變阻器滑片移動、開關閉合或斷開、某電阻短路或斷路,導致電壓、電流、功率發生變化。
標準分析方法:
- 確定總電阻變化方向:串聯電阻增多或並聯支路減少,總電阻變大
- 由I=E/(R+r)判斷幹路電流方向:總電阻變大則幹路電流變小
- 由U=E-Ir判斷路端電壓方向:幹路電流變小則路端電壓變大
- 用“先看全局,再拆局部,最後看支路”的順序逐步分析每個電錶
口訣:“並同串反”只適用於單個電阻變化時。與變化電阻並聯的支路電壓、電流、功率變化方向與R變化相同;與變化電阻串聯的其他元件變化方向相反。運用時先確認是並聯關係還是串聯關係。
三、U-I圖像與電源參數
電源的U-I圖像是恆定電流必考圖像。縱軸截距爲電動勢E,斜率的絕對值爲內阻r。
兩類常見圖像:
- 電源的U-I圖像:傾斜直線,縱截距E,橫截距爲短路電流I短=E/r
- 電阻的U-I圖像:過原點的直線,斜率等於電阻值,即R=U/I
兩類圖像在同一座標系中的交點,表示該電阻接入該電源時的工作電壓與工作電流,此時“電源路端電壓=電阻兩端電壓,幹路電流=電阻電流”。
輸出功率最大條件:外電阻R等於內阻r時,電源輸出功率最大,Pmax=E²/(4r)。選擇題常考這個結論。
四、伏安法測電阻:內接外接與系統誤差
伏安法測電阻的接法選擇是聯招實驗題高頻考點。
電流表外接法:電壓表直接並聯在電阻兩端。電壓測量準確,但電流表測量的是通過電阻與電壓表的電流之和,所以測量值偏小。適用於待測電阻遠小於電壓表內阻的情況,即“小電阻外接”。
電流表內接法:電流表串聯在支路中。電流測量準確,但電壓表測量的是電阻與電流表電壓之和,所以測量值偏大。適用於待測電阻遠大於電流表內阻的情況,即“大電阻內接”。
選擇標準:比較Rx與√(RA·RV)。若Rx<√(RA·RV),用外接法;若Rx>√(RA·RV),用內接法。這個臨界值稱爲“臨界電阻”。
五、電錶改裝計算
靈敏電流計改裝爲大量程電流表和電壓表,是聯招物理的經典計算題。
改裝爲電壓表:串聯一個大電阻。設電流計滿偏電流Ig、內阻Rg,改裝後量程爲U,則串聯電阻R滿足U=Ig(Rg+R),得R=U/Ig-Rg。
改裝爲電流表:並聯一個小電阻。設改裝後量程爲I,則並聯電阻R滿足IgRg=(I-Ig)R,得R=IgRg/(I-Ig)。
例題:一個電流計滿偏電流爲1mA,內阻爲100Ω。把它改裝成量程爲3V的電壓表,應串聯多大電阻?
解:R=3/0.001-100=3000-100=2900Ω。
注意數據口徑:改裝後電壓表的內阻等於Rg+R,電流表的內阻等於Rg與R並聯值。讀數時錶盤刻度均勻,但量程變化後每小格代表的值也變了。
六、滑動變阻器的兩種接法
滑動變阻器有限流接法和分壓接法兩種,聯招實驗題常考選接法。
- 限流接法:滑動變阻器串聯在幹路中,調節範圍窄,能耗小
- 分壓接法:滑動變阻器並聯連接,一部分與負載並聯,調節範圍從0開始,能耗大
選分壓接法的信號:題目要求電壓從零開始連續調節、要求測量多組數據或滑動變阻器阻值遠大於負載電阻。選限流接法的信號:滑動變阻器阻值與負載接近、要求節能。
聯招實驗題幾乎都要求分壓接法,因爲“從零開始”是標配要求。連接電路時先連主路再連並聯支路,電流表要串聯,電壓表要並聯且正負接線柱不能接反。
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