2017-2018學(xué)年高中物理 第二章 電路 第六、七節(jié) 走進(jìn)門電路 了解集成電路教學(xué)案 粵教版選修3-1

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1、 第六、七節(jié) 走進(jìn)門電路__了解集成電路                1.與門電路:當(dāng)所有的輸入均為“1”狀態(tài)時,輸出才為“1”狀態(tài)。 2.或門電路:輸入呈現(xiàn)“1”狀態(tài)的個數(shù)大于等于1時,輸出為“1”狀態(tài)。 3.非門電路:當(dāng)輸入為“1”狀態(tài)時,輸出為“0”狀態(tài)。 4.集成電路:把晶體管、電阻、電容等元件,按電路結(jié)構(gòu)的要求,制作在一塊硅或陶瓷基片上,再加以封裝而成的、具有一定功能的整體電路。 一、門電路 1.與門電路 (1)如果一個事件的幾個條件都滿足后該事件才能發(fā)生,我們把這種關(guān)系叫做與邏輯關(guān)系;具有與邏輯關(guān)系的電路,稱為與門電路,簡稱與門。 (2)與門

2、電路是實現(xiàn)與邏輯的電子線路,它的邏輯功能是所有的輸入均為“1”時,輸出才為“1”狀態(tài)。 (3)其真值表是: 輸入 輸出 S1 S2 Q 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 “與”門符號是:。 2.或門電路 (1)如果幾個條件中,只要有一個條件得到滿足,某事件就會發(fā)生,這種關(guān)系叫做或邏輯關(guān)系;具有或邏輯關(guān)系的電路稱為或門。 (2)或門電路是實現(xiàn)或邏輯的電子電路,它的邏輯功能是輸入呈現(xiàn)“1”狀態(tài)的個數(shù)大于等于1時,輸出為“1”狀態(tài)。 (3)其真值表是: 輸入 輸出 S1 S2 Q 0 0 0 0 1 1 1

3、 0 1 1 1 1 “或”門符號是:。 3.非門電路 (1)輸出狀態(tài)和輸入狀態(tài)呈相反的邏輯關(guān)系叫做非邏輯關(guān)系,具有非邏輯關(guān)系的電路叫非門。 (2)非門電路是實現(xiàn)非邏輯的電子電路,它的邏輯功能是輸入為“1”狀態(tài)時,輸出為“0”狀態(tài)。 (3)其真值表是: 輸入 輸出 S Q 0 1 1 0 “非”門符號是:。 二、門電路的實驗探究 1.與門電路的邏輯功能 圖2-6-1 圖2-6-1是一個集成與門Sn7408實驗電路,它具有四個與門。實驗時將此集成電路的第14腳接5 V電源的正極,第7腳接地(電源負(fù)極),第1和第2腳為兩個輸入端,第3腳為輸出端。

4、 輸入為高電平時,用真值“1”表示;輸入為低電平時,用真值“0”表示;輸出為高電平時,二極管發(fā)光,用真值“1”表示;輸出為低電平時,二極管不發(fā)光,用真值“0”表示。 若輸入端1、2輸入均為“1”狀態(tài)時,輸出才為“1”狀態(tài),發(fā)光二極管發(fā)光。 2.或門電路的邏輯功能 用一個集成或門電路Sn7432替換圖2-6-1中的集成與門電路,它具有四個或門。實驗時將此集成電路的第14腳接5 V電源的正極,第7腳接地(電源負(fù)極),第1和第2腳為兩個輸入端,第3腳為輸出端。 當(dāng)輸入端1、2輸入“1”狀態(tài)的個數(shù)大于等于1時,輸出為“1”狀態(tài),發(fā)光二極管發(fā)光。 3.非門電路的邏輯功能 將2-6-1中的集

5、成與門電路換為集成非門電路Sn7404。集成非門電路的第14腳接5 V電源的正極,第7腳接地(電源負(fù)極),第1腳為輸入端,第2腳為輸出端。 當(dāng)輸入端1輸入“1”狀態(tài)時,輸出端為“0”狀態(tài),發(fā)光二極管不發(fā)光。 三、集成電路概述 1.概述 集成電路是指把晶體管、電阻、電容等元件,按電路結(jié)構(gòu)的要求,制作在一塊硅或陶瓷基片上,再加以封裝而成的、具有一定功能的整體電路。 2.分類 集成電路按功能分類可分為三類:數(shù)字集成電路、模擬集成電路和微波集成電路。 (1)數(shù)字集成電路以高或低電平來對應(yīng)“1”或“0”兩個二進(jìn)制數(shù)字,進(jìn)行數(shù)字的運算、存儲、傳輸及轉(zhuǎn)換。 (2)模擬集成電路是處理模擬信號的

6、電路。它又分為線性集成電路和非線性集成電路兩類。 (3)微波集成電路是指工作頻率高于1 000 MHz的集成電路,應(yīng)用于導(dǎo)航、雷達(dá)和衛(wèi)星通信等方面。 1.自主思考——判一判 (1)數(shù)字信號在變化中只有兩個對應(yīng)的狀態(tài),“有”或者“沒有”,常用“1”或者“0”表示。(√) (2)處理模擬信號的電路叫數(shù)字電路。(×) (3)在小汽車的四個車門只要有一扇門沒關(guān)好就會有報警提示,其邏輯關(guān)系屬于“或”電路。(×) (4)現(xiàn)代銀行管理系統(tǒng)中都有自動取款機,若能取出錢款,賬號、密碼必須都正確,它反映的邏輯關(guān)系是“與”電路。(√) (5)將一燈泡與開關(guān)并聯(lián),開關(guān)的通斷與燈的發(fā)光關(guān)系屬于“非”電

7、路。(√) 2.合作探究——議一議 (1)由三位數(shù)字構(gòu)成的密碼鎖,安全性較高且使用方便,因此得到眾多用戶的喜愛。想一想這種密碼鎖屬于什么邏輯關(guān)系? 提示:屬于“與”邏輯關(guān)系。 (2)一個人到超市買東西,他付現(xiàn)金或者使用信用卡才能把要買的東西拿走,在這里付現(xiàn)金及使用信用卡和拿走所買的東西之間體現(xiàn)了什么樣的邏輯關(guān)系? 提示:體現(xiàn)了“或”邏輯關(guān)系。 (3)十字路口的紅綠燈體現(xiàn)了什么邏輯關(guān)系? 提示:紅綠燈中紅燈亮?xí)r,綠燈必然熄滅;綠燈亮?xí)r,紅燈必然熄滅,這種現(xiàn)象體現(xiàn)了“非”邏輯關(guān)系。 對邏輯關(guān)系的理解 [典例] 如圖2-6-2所示,表示輸入端A、B的電勢隨時間的

8、變化關(guān)系,完成下題。求: 圖2-6-2 (1)開關(guān)“與”電路的輸出電壓Y隨時間變化的關(guān)系; (2)開關(guān)“或”電路的輸出電壓Y隨時間變化的關(guān)系。 [思路點撥] (1)“與”邏輯關(guān)系是當(dāng)兩個輸入端都有信號輸入時,輸出端才有信號輸出。 (2)“或”邏輯關(guān)系是當(dāng)兩個輸入端的任意一個有信號輸入時,輸出端均有信號輸出。 [解析] (1)對“與”電路,先做出A、B、Y的真值表,然后再確定輸出電壓Y與時間的變化關(guān)系。 A(UA) B(UB) Y 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0

9、 0 1 0 所以UY隨時間變化關(guān)系如圖所示: (2)對“或”電路,先做出A、B、Y的真值表,然后再確定輸出電壓Y與時間的變化關(guān)系。 A(UA) B(UB) Y 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 所以UY隨時間變化如圖所示: [答案] 見解析 一般情況下,用“1”表示高電勢,“0”表示低電勢,只有正確地列出真值表,找出A、B的邏輯關(guān)系,才能列出Y的真值表,畫出UY隨時間的變化關(guān)系?!   ? 1.在登錄你的電子郵箱(或“QQ

10、”)的過程中,要有兩個條件,一個是用戶名,一個是與用戶名對應(yīng)的密碼,要完成這個事件(登錄成功),它們體現(xiàn)的邏輯關(guān)系為(  ) A.“與”關(guān)系        B.“或”關(guān)系 C.“非”關(guān)系 D.不存在邏輯關(guān)系 解析:選A 只有當(dāng)兩個條件(用戶名和密碼)都滿足時,事件(登錄成功)才能發(fā)生,所以是一種“與”邏輯關(guān)系,A對。 2.走廊里有一盞電燈,在走廊兩端各有一個開關(guān),我們希望不論哪一個開關(guān)接通都能使電燈點亮,那么設(shè)計的電路為(  ) A.“與”門電路 B.“非”門電路 C.“或”門電路 D.上述答案都有可能 解析:選C 不論用哪一個開關(guān)接通都能使電燈點亮,這體現(xiàn)了“或”邏輯關(guān)系

11、,故C項正確,A、B、D三項不對。 3.如圖2-6-3所示為某一門電路符號及輸入端A、B的電勢隨時間變化關(guān)系的圖像,則下列選項中能正確反映該門電路輸出端電勢隨時間變化關(guān)系的圖像是(  ) 圖2-6-3 解析:選A 題圖為“與”門電路,所以A、B輸入端都是高電勢時,輸出端才為高電勢,故A正確。 邏輯電路的設(shè)計與應(yīng)用 [典例] 電動機的自動控制電路如圖2-6-4所示,其中RH為熱敏電阻,RL為光敏電阻。當(dāng)溫度升高時,RH的阻值遠(yuǎn)小于R1;當(dāng)光照射RL時,其阻值遠(yuǎn)小于R2。為使電動機在溫度升高或受到光照時能自動啟動,電路中虛線框內(nèi)應(yīng)選________門邏輯電路;若要提高

12、光照時電動機啟動的靈敏度,可以________(填“增大”或“減小”)R2的阻值。 圖2-6-4 [思路點撥] 解答本題時應(yīng)把握以下兩點: (1)要求溫度升高或受到光照時電動機均能自動啟動。 (2)提高光照時電動機啟動的靈敏度,即有較弱光照時電動機就能自動啟動。 [解析] 為使電動機在溫度升高或受到光照時能自動啟動,即熱敏電阻或光敏電阻的電阻值小時,輸入為“1”,輸出為“1”,所以虛線框內(nèi)應(yīng)選“或”門。若要提高光照時電動機啟動的靈敏度,需要在光照較弱即光敏電阻阻值較大時輸入為“1”,輸出為“1”,所以要增大R2的阻值。 [答案] “或” 增大 解答此類問題時要把握三點:一

13、是認(rèn)真審題,找出題中所給的有用信息,判斷出它們之間的邏輯關(guān)系;二是認(rèn)真分析電路的結(jié)構(gòu),弄清電勢的高低;三是掌握三種基本邏輯電路的特點和規(guī)律。     1.如圖2-6-5所示,低電位報警器由兩個基本的門電路與蜂鳴器組成,該報警器只有當(dāng)輸入電壓過低時蜂鳴器才會發(fā)出警報。其中(  ) 圖2-6-5 A.甲是“與”門,乙是“非”門 B.甲是“或”門,乙是“非”門 C.甲是“與”門,乙是“或”門 D.甲是“或”門,乙是“與”門 解析:選B 若甲是“與”門,乙是“非”門,不管輸入電壓為低電壓(0)還是高電壓(1),經(jīng)過“與”門后輸出為(0)低電壓,經(jīng)過“非”門后輸出高電壓(1),蜂

14、鳴器都會發(fā)出警報,故A錯誤。若甲是“或”門,乙是“非”門,當(dāng)輸入電壓為低電壓(0),經(jīng)過“或”門輸出為低電壓(0),經(jīng)過“非”門輸出為高電壓(1),蜂鳴器發(fā)出警報,當(dāng)輸入為高電壓(1),經(jīng)過“或”門輸出為高電壓(1),經(jīng)過“非”門輸出為低電壓(0),蜂鳴器不發(fā)出警報,故B正確。乙不會是“或”門和“與”門,故C、D錯誤。 2.如圖2-6-6為監(jiān)控汽車安全帶使用情況的報警電路,S為汽車啟動開關(guān),汽車啟動時S閉合。Rt為安全帶使用情況檢測傳感器,駕駛員系好安全帶時Rt阻值變得很大,駕駛員未系好安全帶時Rt阻值很小。要求當(dāng)駕駛員啟動汽車但未系好安全帶時蜂鳴器報警。則在圖中虛線框內(nèi)應(yīng)接入的元件是(  

15、) 圖2-6-6 A.“與”門 B.“或”門 C.“非”門 D.“與非”門 解析:選A 未系安全帶時要求蜂鳴器報警,則要求蜂鳴器兩端有高電壓,即輸出端為高電勢,蜂鳴器兩個輸入端已有一個是高電勢,另一個輸入端的電勢高低看Rt阻值的大小,未系安全帶時Rt阻值很小,Rt兩端的電勢差很小,即輸入端為高電勢,另一輸入端已為高電勢,此時蜂鳴器報警,知輸出端為高電勢。若系安全帶,Rt阻值大,兩端電勢差也大,即輸入端為低電勢,此時蜂鳴器不報警,知輸出端為低電勢,所以該元件是“與”門。故A對,B、C、D錯誤。 1.聯(lián)合國安理會每個常任理事國都擁有否決權(quán),假設(shè)設(shè)計一個表決器,常任理事國投

16、反對票時輸入“0”,投贊成或棄權(quán)時輸入“1”,提案通過為“1”,通不過為“0”,則這個表決器應(yīng)具有哪種邏輯關(guān)系(  ) A.“與”門        B.“非”門 C.“或”門 D.“與非”門 解析:選A 聯(lián)合國規(guī)定,只要常任理事國有一個反對,提案就不能通過。這和“與”門的邏輯關(guān)系一致。 2.兩只晶體二極管組成如圖1所示電路,A、B為輸入端,Y為輸出端,分析該電路屬于(  ) 圖1 A.“與”門電路 B.“或”門電路 C.“非”門電路 D.都不可能 解析:選B 根據(jù)二極管的特點,只要在二極管上加上正向電壓,則二極管即可導(dǎo)通。由題圖中電路結(jié)構(gòu)可知,D1、D2兩個二極管只要

17、有一個導(dǎo)通,或者兩個都導(dǎo)通,則整個電路就會導(dǎo)通,因此該電路是符合“或”邏輯關(guān)系的門電路。 3.有一邏輯開關(guān)電路的真值表如下,試判斷這是一個什么類型的邏輯電路(  ) M 0 1 N 1 0 A.開關(guān)“與”電路 B.開關(guān)“非”電路 C.開關(guān)“或”電路 D.以上都不是 解析:選B 由該邏輯電路的真值表可以看出輸出端與輸入端是相反的關(guān)系,故選B。 4.下表是某邏輯電路的真值表,該電路是(  ) 輸入 輸出 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 解析:選D 根據(jù)三種門電路的特點可知選項D正確。 5.如圖2所示是由“與”門、

18、“或”門和“非”門三個基本邏輯電路組成的一個組合邏輯電路,A、B、C為輸入端,Z為輸出端,在完成真值表時,輸出端Z空格中從上到下依次填寫都正確的是(  ) 圖2 A B C Z 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 A.0 0 0 1 0 1 0 1 B.0 0 0 0 0 0 1 0 C.0 0 1 0 1 0 1 0 D.以上選項都不正確 解析:選C 假設(shè)“或”門的輸出記為Y1,“非”門的輸出記為Y2,由“或”門電路的特點及表中值

19、可知Y1分別為0 0 1 1 1 1 1 1;由“非”門電路的特點及表中值可知Y2分別為1 0 1 0 1 0 1 0,由“與”門電路的特點知Z分別為0 0 1 0 1 0 1 0,故C正確。 6. (多選)如圖3所示,為溫度報警器的示意圖,R0為一熱敏電阻,下列對此電路的分析正確的是(  ) 圖3 A.當(dāng)R0的溫度升高時,R0減小,A端電勢降低,Y端的電勢升高,蜂鳴器就會發(fā)出報警聲 B.當(dāng)R0的溫度升高時,R0減小,A端電勢升高,Y端的電勢降低,蜂鳴器就會發(fā)出報警聲 C.當(dāng)增大R1時,A端電勢升高,Y端的電勢降低,蜂鳴器就會發(fā)出報警聲 D.當(dāng)增大R1時,A端的電勢降低,Y端的

20、電勢升高,蜂鳴器就會發(fā)出報警聲 解析:選BC 當(dāng)R0的溫度升高時其電阻會減小,A端電勢升高,Y端電勢降低,蜂鳴器會報警;當(dāng)R1增大時,R0上消耗的電壓減小,A端電勢升高,Y端電勢降低,蜂鳴器報警。 7.如圖4所示是由基本邏輯電路構(gòu)成的一個公路路燈自動控制電路,圖中虛線框M中是一只感應(yīng)元件,虛線框N中使用的是邏輯電路。要求天黑時L發(fā)光,則(  ) 圖4 A.M為光敏電阻,N為開關(guān)“與”電路 B.M為光敏電阻,N為開關(guān)“非”電路 C.M為熱敏電阻,N為開關(guān)“非”電路 D.M為熱敏電阻,N為開關(guān)“或”電路 解析:選B 因為光的變化影響L的發(fā)光與否,所以M為光敏電阻,即無光照時

21、電阻變大,N的輸入電壓變小。要求N的輸出電壓變高時L發(fā)光,再根據(jù)虛線框N只有一個輸入端就可判斷出N為開關(guān)“非”電路,所以選項B正確,選項A、C、D錯誤。 8.如圖5所示的電路圖是一個應(yīng)用“非”門構(gòu)成一個簡易火警報警電路,則圖中X框、Y框中應(yīng)是(  ) 圖5 A.X為熱敏電阻,Y為可變電阻 B.X為熱敏電阻,Y為開關(guān) C.X為可變電阻,Y為熱敏電阻 D.X、Y均為熱敏電阻 解析:選C 熱敏電阻受熱后,電阻減小,A端出現(xiàn)低電位,經(jīng)過“非”門后使L兩端出現(xiàn)高電位,產(chǎn)生報警信號。 9.如圖6所示的邏輯電路中,當(dāng)A端和B端都輸入電信號“1”時,在C端和D端輸出的電信號分別為(  

22、) 圖6 A.1和0 B.0和0 C.0和1 D.1和1 解析:選A B端輸入電信號“1”時,通過“非”門在D端輸出電信號“0”,該電信號與A端輸入的電信號“1”通過“或”門,則在C端輸出電信號“1”,選項A正確。 10.如圖7所示由門電路組成的電路,輸出端為1,指示燈L亮,輸出端為0,指示燈L不亮,現(xiàn)要使燈L亮,則A、B兩輸入端分別是(  ) 圖7 A.1、1 B.0、0 C.1、0 D.0、1 解析:選B 要使燈L亮,“非”門的輸出應(yīng)該為1,故“非”門的輸入為0,因此“或”門的兩個輸入端都應(yīng)該為零。 11.如圖8所示是一種應(yīng)用邏輯電路制作的簡易走廊燈電路

23、圖,R0是一個光敏電阻,當(dāng)走廊里光線較暗時或是將手動開關(guān)S接通時,燈都會亮。則在電路圖的虛線框內(nèi)的門電路應(yīng)是________門。當(dāng)有光照到光敏電阻R0上時,門電路的輸入端B是________電勢。 圖8 解析:手動開關(guān)接通時,在A端輸入高電位;有光線照射時,光敏電阻的阻值較小,與R1串聯(lián)后分得的電壓小,B端輸入低電位。所以S閉合,A輸入“1”。斷開S,A輸入“0”,光照射強時,B輸入“0”,光照射弱時,B輸入“1”。電路要求光線較暗或手動開關(guān)S接通時,燈都會亮,因此為“或”門。 答案:或 低 12.如圖9是一個應(yīng)用某邏輯電路制成的簡單車門報警電路圖。圖中的兩個按鈕開關(guān)S1、S2分別

24、裝在汽車的兩道門上。只要其中任何一個開關(guān)處于開路狀態(tài),發(fā)光二極管(報警燈)就發(fā)光。請你根據(jù)報警裝置的要求,試分析這是何種門電路,在圖中畫出這種門電路的符號。 圖9 解析:駕駛員離開汽車時,兩個車門均處于關(guān)閉狀態(tài),跟兩個車門對應(yīng)的開關(guān)S1和S2均閉合,這時發(fā)光二極管不會發(fā)光報警。因為S1和S2閉合后,電流不通過發(fā)光二極管。當(dāng)有人打開了某一個門時,S1或S2就處于斷開狀態(tài)。這時就有電流通過發(fā)光二極管,使其發(fā)光報警。可見,這一裝置實際上是一個“或”門電路。符號為。 答案:“或”門電路                        電學(xué)實驗問題       1.(1)用多用電表的

25、歐姆擋測量阻值約幾十千歐的電阻Rx,以下給出的是可能的實驗操作步驟,其中S為選擇開關(guān),P為歐姆調(diào)零旋鈕。把你認(rèn)為正確步驟前的字母按合理的順序填寫在下面的橫線上。 a.將兩表筆短接,調(diào)節(jié)P使指針對準(zhǔn)刻度盤上歐姆擋的0刻度,斷開兩表筆; b.將兩表筆分別連接到被測電阻的兩端,讀出Rx的阻值后,斷開兩表筆; c.旋轉(zhuǎn)S使其尖端對準(zhǔn)歐姆擋“×1 k”; d.旋轉(zhuǎn)S使其尖端對準(zhǔn)歐姆擋“×100”; e.旋轉(zhuǎn)S使其尖端對準(zhǔn)交流“500 V”擋,并拔出兩表筆。 正確的步驟是____________。 根據(jù)如圖1所示的指針位置,此被測電阻的阻值約為________ Ω。 圖1 (2)下述

26、關(guān)于用多用電表歐姆擋測電阻的說法中正確的是________。 A.測量電阻時如果指針偏轉(zhuǎn)過大,應(yīng)將選擇開關(guān)S撥至倍率較小的擋位,重新調(diào)零后測量 B.測量電阻時,如果紅、黑表筆分別插在負(fù)、正插孔,則會影響測量結(jié)果 C.測量電路中的某個電阻時,應(yīng)該使該電阻與電路斷開 D.測量阻值不同的電阻時都必須重新調(diào)零 解析:(1)使用歐姆表的步驟是:選擋、歐姆調(diào)零、測量、讀數(shù)、將選擇開關(guān)撥在交流電壓的最高擋或“OFF”擋。根據(jù)被測電阻的阻值知,應(yīng)選“×1 k”擋,根據(jù)歐姆表的讀數(shù)規(guī)則知讀數(shù)為30×1 kΩ=30 kΩ。 (2)測量電阻時,若指針偏角過大,說明被測電阻較小,應(yīng)選用倍率較小的擋位,A項

27、正確;測量時按規(guī)定紅、黑表筆應(yīng)分別插在正、負(fù)插孔,但表筆只是兩個測量的引線,本身并沒有正負(fù),故調(diào)換位置不會影響測量結(jié)果,B項錯誤;根據(jù)歐姆表的使用規(guī)則,C項正確;換擋后必須重新調(diào)零,但若測不同電阻時不換擋,則不需要重新調(diào)零,D項錯誤。 答案:(1)cabe 30 k(或30 000) (2)AC 2.(2015·天津高考)用電流表和電壓表測定由三節(jié)干電池串聯(lián)組成的電池組(電動勢約4.5 V,內(nèi)電阻約1 Ω)的電動勢和內(nèi)電阻,除待測電池組、電鍵、導(dǎo)線外,還有下列器材供選用: A.電流表:量程0.6 A,內(nèi)電阻約1 Ω B.電流表:量程3 A,內(nèi)電阻約0.2 Ω C.電壓表:量程3 V,

28、內(nèi)電阻約30 kΩ D.電壓表:量程6 V,內(nèi)電阻約60 kΩ E.滑動變阻器:0~1 000 Ω,額定電流0.5 A F.滑動變阻器:0~20 Ω,額定電流2 A (1)為了使測量結(jié)果盡量準(zhǔn)確,電流表應(yīng)選用________,電壓表應(yīng)選用________,滑動變阻器應(yīng)選用________(均填儀器的字母代號)。 (2)圖2為正確選擇儀器后,連好的部分電路。為了使測量誤差盡可能小,還需在電路中用導(dǎo)線將__________和________相連、________和________相連、__________和________相連(均填儀器上接線柱的字母代號)。 圖2 (3)實驗時發(fā)

29、現(xiàn)電流表壞了,于是不再使用電流表,剩余儀器中僅用電阻箱替換掉滑動變阻器,重新連接電路,仍能完成實驗。實驗中讀出幾組電阻箱的阻值R和對應(yīng)電壓表的示數(shù)U。用圖像法處理采集到的數(shù)據(jù),為在直角坐標(biāo)系中得到的函數(shù)圖像是一條直線,則可以________為縱坐標(biāo),以________為橫坐標(biāo)。 解析:(1)為了使測量更準(zhǔn)確,電流表選量程為0.6 A的電流表A,電池組的電動勢約4.5 V,故電壓表選D,為了便于調(diào)節(jié)滑動變阻器應(yīng)選F。 (2)為了使測量誤差盡可能小,測量電源電動勢和內(nèi)電阻的原理圖如圖甲所示,因此將a、d相連,c、g相連,f、h相連。 (3)用電阻箱和電壓表測量電源電動勢和內(nèi)電阻的實驗原理

30、圖如圖乙所示,根據(jù)閉合電路歐姆定律,得 E=U+r 所以=+·, 因此可作出 - 圖像處理數(shù)據(jù)。 答案:(1)A D F (2)a d c g f h (3) (橫縱坐標(biāo)互換亦可) 3.如圖3所示,一個黑箱有A、B、C三個接線柱,已知黑箱內(nèi)的電器元件只有兩個,某同學(xué)利用多用電表電壓擋測量,各接線間電壓均為零,利用歐姆擋依次進(jìn)行6次測量,將每次紅、黑表筆的位置及測得的阻值都填入下表。 圖3 黑表筆 B A B C C A 紅表筆 A C C A B B 阻值(kΩ) 0.3 2 3 2 ∞ ∞ 回答下列問題: (1)畫出黑箱中的電

31、路圖。 (2)電路中定值電阻阻值大小為________Ω。 (3)若先測RBC再測RAC時,擋位選擇由“×1 k”擋換為“×100”擋,接著要完成的操作是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析:(1)用電壓擋測量電壓均為零,所以電路中無電源。歐姆擋正反接的阻值不同,說明存在二極管。A、C正反接阻值相同,說明其間是純電阻電路。由于二

32、極管正向電阻是非線性的,因此RBC≠RBA+RAC。 (2)由RAC=RCA知,定值電阻R=2 kΩ=2 000 Ω。 (3)歐姆表換擋后,要進(jìn)行歐姆凋零。 答案:(1)電路圖如圖所示。 (2)2 000 (3)歐姆表換擋后,先將兩表筆短接,調(diào)節(jié)調(diào)零電阻,使指針指向歐姆擋零刻線 4.某同學(xué)準(zhǔn)備把量程為0~500 μA的電流表改裝成一塊量程為0~2.0 V的電壓表。他為了能夠更精確地測量電流表的內(nèi)阻,設(shè)計了如圖4甲所示的實驗電路,圖中各元件及儀表的參數(shù)如下: 圖4 A.電流表G1(量程0~1.0 mA,內(nèi)電阻約100 Ω) B.電流表G2(量程0~500 μA,內(nèi)電阻約

33、200 Ω) C.電池組E(電動勢為3.0 V,內(nèi)電阻未知) D.滑動變阻器R(0~25 Ω) E.電阻箱R1(總阻值9 999 Ω) F.保護(hù)電阻R2(阻值約100 Ω) G.單刀單擲開關(guān)S1,單刀雙擲開關(guān)S2 (1)實驗中該同學(xué)先合上開關(guān)S1,再將開關(guān)S2與a相連,調(diào)節(jié)滑動變阻器R,當(dāng)電流表G2有某一合理的示數(shù)時,記下電流表G1的示數(shù)I;然后將開關(guān)S2與b相連,保持________不變,調(diào)節(jié)________,使電流表G1的示數(shù)仍為I時,讀取電阻箱的讀數(shù)r。 (2)由上述測量過程可知,電流表G2內(nèi)阻的測量值rg=________。 (3)若該同學(xué)通過測量得到電流表G2的內(nèi)阻值

34、為190 Ω,他必須將一個________kΩ的電阻與電流表G2串聯(lián),才能改裝為一塊量程為2.0 V的電壓表。 (4)該同學(xué)把改裝的電壓表與標(biāo)準(zhǔn)電壓表V0進(jìn)行了核對,發(fā)現(xiàn)當(dāng)改裝的電壓表的指針剛好指向滿刻度時,標(biāo)準(zhǔn)電壓表V0的指針恰好如圖乙所示。由此可知,該改裝電壓表的百分誤差為________%。 解析:(1)當(dāng)電流表G2有某一合理的示數(shù)時,記下電流表G1的示數(shù)I;然后將開關(guān)S2與b相連,保持變阻器R阻值不變,調(diào)節(jié)R1,使電流表G1的示數(shù)仍為I時,讀取電阻箱的讀數(shù)r。 (2)電流表G2的內(nèi)阻與電阻箱的阻值相同為r。 (3)將電流表改裝成電壓表要串聯(lián)電阻分壓,串聯(lián)的阻值為R=-rg=3.

35、81 kΩ。 (4)標(biāo)準(zhǔn)電壓表V0的示數(shù)為1.90 V,由此可知,該改裝電壓表的百分誤差為×100%=5.26%。 答案:(1)變阻器R阻值 R1 (2)r (3)3.81 (4)5.26 5.(2015·全國卷Ⅱ)電壓表滿偏時通過該表的電流是半偏時通過該表電流的兩倍。某同學(xué)利用這一事實測量電壓表的內(nèi)阻(半偏法),實驗室提供的器材如下: 待測電壓表(量程3 V,內(nèi)阻約為3 000 Ω),電阻箱R0(最大阻值為99 999.9 Ω),滑動變阻器R1(最大阻值100 Ω,額定電流2 A),電源E(電動勢6 V,內(nèi)阻不計),開關(guān)兩個,導(dǎo)線若干。 (1)虛線框內(nèi)為該同學(xué)設(shè)計的測量電壓表內(nèi)阻的

36、電路圖的一部分,將電路圖補充完整。 圖5 (2)根據(jù)設(shè)計的電路,寫出實驗步驟:________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)將這種方法測出的電壓表內(nèi)阻記為RV′,與電壓表內(nèi)阻的真實值RV相比,RV′________RV(填“>”“=”或“<”),主要理由是____________________________ _________________________________________________

37、_______________________。 解析:(1)因滑動變阻器阻值較小,所以選擇滑動變阻器的分壓接法。實驗電路如圖所示。 (2)移動滑動變阻器的滑片,以保證通電后電壓表所在支路分壓最小;閉合開關(guān)S1、S2,調(diào)節(jié)R1,使電壓表的指針滿偏;保持滑動變阻器滑片的位置不變,斷開S2,調(diào)節(jié)電阻箱R0,使電壓表的指針半偏;讀取電阻箱所示的電阻值,此即為測得的電壓表內(nèi)阻。 (3)斷開S2,調(diào)節(jié)電阻箱使電壓表成半偏狀態(tài),電壓表所在支路總電阻增大,分得的電壓也增大;此時R0兩端的電壓大于電壓表的半偏電壓,故RV′>RV(其他合理說法同樣給分)。 答案:見解析 6.在“測定金屬絲的電阻率

38、”的實驗中,某同學(xué)進(jìn)行了如下測量: (1)用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬絲的有效長度。測量3次,求出其平均值l。其中一次測量結(jié)果如圖6甲所示,金屬絲的另一端與刻度尺的零刻線對齊,圖中讀數(shù)為________cm。用螺旋測微器測量金屬絲的直徑,選不同的位置測量3次,求出其平均值d。其中一次測量結(jié)果如圖乙所示,圖中讀數(shù)為________mm。 圖6 (2)采用如圖7所示的電路測量金屬絲的電阻。電阻的測量值比真實值____________(填“偏大”或“偏小”)。最后由公式ρ=__________計算出金屬絲的電阻率(用直接測量的物理量表示)。 圖7 解析:(1)金屬絲的長度為

39、24.12 ~24.14 cm 直徑讀數(shù)為0.515 ~0.518 mm。 (2)采用安培表外接法,由于電壓表的內(nèi)阻不是無窮大,電壓表有分流,從而電流表的測量值大于真實值,由R=可知,電阻的測量值小于真實值。 由R=ρ,R=,S=πd2,可得ρ=。 答案:(1)24.12 ~24.14 0.515~0.518 (2)偏小  7.用圖8所示的器材通過實驗來研究某電學(xué)元件Z的伏安特性曲線。已知電壓表的內(nèi)阻遠(yuǎn)大于該電學(xué)元件的電阻。      圖8 (1)若要求加在電學(xué)元件上的電壓從零開始逐漸增大,請在虛線框中畫出實驗原理圖。 (2)將圖中儀器連成實物連接圖。 (3)某實驗小組

40、采用合理的實驗方法測得多組U、I數(shù)據(jù)如下表所示。 U/V 0.00 0.20 0.50 1.00 I/A 0.000 0.050 0.100 0.150 U/V 1.50 2.00 2.50 3.00 I/A 0.180 0.195 0.205 0.215 利用這些數(shù)據(jù)繪出的該電學(xué)元件的伏安特性曲線如圖9甲所示。 圖9 請根據(jù)這些數(shù)據(jù)和圖線回答下列問題: ①該電學(xué)元件的電阻隨電壓U的變大而________(填“變大”“變小”或“不變”)。 ②若把該電學(xué)元件接入如圖乙所示的電路中時,電流表的讀數(shù)為0.070 A,已知A

41、、B兩端電壓恒為1.5 V,則定值電阻R0的阻值為________ Ω。 解析:(1)題干中明確指出電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于該電學(xué)元件的電阻,所以測量電路應(yīng)采用電流表外接法;同時還要求電學(xué)元件兩端的電壓從零開始逐漸增大,所以滑動變阻器應(yīng)采用分壓接法。實驗原理圖如圖甲所示。 (2)實物連接圖如圖乙所示。 (3)由題圖所示I-U圖線可知,該電學(xué)元件的電阻逐漸變大。根據(jù)歐姆定律得R+R0== Ω≈21 Ω。電流為0.070 A對應(yīng)題圖甲中電學(xué)元件兩端的電壓為0.30 V,故電阻R0=21 Ω-4.3 Ω=16.7 Ω。 答案:(1)見解析圖甲 (2)見解析圖乙 (3)①變大 ②16.7 第

42、二章 電 路 (時間:50分鐘 滿分:100分) 一、選擇題(本題共8小題,每小題6分,共48分,第1~5小題中只有一個選項符合題意,第6~8小題中有多個選項符合題意,全選對的得6分,選對但不全的得3分,有選錯的得0分) 1.手機已是我們生活中普遍的通信工具,如圖1所示是一種手機電池外殼上的文字說明,由此可知此電池的電動勢和待機狀態(tài)下平均工作電流分別是(  ) 圖1 A.4.2 V,14.66 mA    B.4.2 V,700 mA C.3.7 V,14.66 mA D.3.7 V,700 mA 解析:選C 由手機電池外殼上的文字說明可知,4.2 V是充電電壓,電池的

43、電動勢是3.7 V,1 700 mAh是電池的容量,即放電電流與時間的乘積,所以待機狀態(tài)下平均工作電流I=≈14.66 mA,故C正確。 2.如圖2所示均勻的長薄片合金電阻板abcd,ab邊長為L1,ad邊長為L2,當(dāng)端點1、2或3、4接入電路中時,R12∶R34為(  ) 圖2 A.L1∶L2     B.L2∶L1 C.1∶1 D.L12∶L22 解析:選D 設(shè)長薄片合金電阻板厚度為h,根據(jù)電阻定律R=ρ,R12=ρ,R34=ρ,=,故選D。 3.小燈泡通電后其電流I隨所加電壓U變化的圖線如圖3所示,P為圖線上一點,PN為圖線在P點的切線,PQ為U軸的垂線,PM為I軸的垂

44、線,則下列說法中不正確的是(  ) 圖3 A.隨著所加電壓的增大,小燈泡的電阻增大 B.對應(yīng)P點,小燈泡的電阻為R= C.對應(yīng)P點,小燈泡的電阻為R= D.對應(yīng)P點,小燈泡的功率為圖中矩形PQOM所圍面積大小 解析:選C 根據(jù)I-U圖線可知,隨著所加電壓的增大,小燈泡的電阻增大,選項A正確;對應(yīng)P點,小燈泡兩端的電壓為U1,電流為I2,根據(jù)歐姆定律可知,燈泡的電阻為R=,選項B正確,C錯誤;對應(yīng)P點,小燈泡的功率為:P=I2U1,此值是圖中矩形PQOM所圍面積大小,選項D正確;故選C。 4.一個直流電動機線圈內(nèi)阻為R,當(dāng)所加電壓為U時,它恰好正常工作,通過的電流為I,下述說法

45、中正確的是(  ) A.電動機的輸出功率為 B.電動機的發(fā)熱功率為I2R C.電動機的輸出功率為UI D.電動機的功率可寫作UI=I2R= 解析:選B 電動機的總功率為P總=UI,電動機的熱功率為P熱=I2R,所以電動機的輸出功率為P輸出=UI-I2R,因為電動機是非純電阻電路,所以總功率和熱功率不同,故B正確。 5.用多用電表探測圖4所示黑箱發(fā)現(xiàn):用直流電壓擋測量,E、G兩點間和F、G兩點間均有電壓,E、F兩點間無電壓;用歐姆擋測量,黑表筆(與電表內(nèi)部電源的正極相連)接E點,紅表筆(與電表內(nèi)部電源的負(fù)極相連)接F點,阻值很小,但反接阻值很大。那么,該黑箱內(nèi)元件的接法可能是下圖中的

46、(  ) 圖4 解析:選B 黑表筆接E點,紅表筆接F點,電阻很小,此時二極管導(dǎo)通,電源電流從黑表筆流出,通過二極管從紅表筆流進(jìn),電流方向從E到F,故B正確。 6.如圖5直線A為某電源的U-I曲線,曲線B為某小燈泡L1的U-I圖線的一部分,用該電源和小燈泡L1串聯(lián)起來組成閉合回路時燈泡L1恰能正常發(fā)光,則下列說法中正確的是(  ) 圖5 A.此電源的內(nèi)電阻為 Ω B.燈泡L1的額定電壓為3 V,額定功率為6 W C.把燈泡L1換成阻值恒為1 Ω的純電阻,電源的輸出功率將變大 D.由于小燈泡L1的U-I圖線是一條曲線,所以燈泡發(fā)光過程中歐姆定律不適用 解析:選BC 由

47、圖像知,電源的內(nèi)阻為r== Ω=0.5 Ω,A錯誤;因為燈L1正常發(fā)光,故燈L1的額定電壓為3 V,額定功率為P=UI=3×2 W=6 W,B正確;正常工作時,燈L1的電阻為R1==1.5 Ω,換成R2=1 Ω的純電阻后,該電阻更接近電源內(nèi)阻r,故電源的輸出功率將變大,C正確;雖然燈泡L1的U-I圖線是一條曲線,但由于小燈泡為純電阻,所以歐姆定律仍適用,D錯誤。 7.某同學(xué)將一直流電源的總功率P總、輸出功率P出和電源內(nèi)部的發(fā)熱功率P內(nèi)隨電路總電流I變化的圖線畫在了同一坐標(biāo)系上,如圖6中的a、b、c。以下判斷正確的是(  ) 圖6 A.直線a表示電源的總功率 B.曲線c表示電源的輸出

48、功率 C.電源的電動勢E=3 V,內(nèi)阻r=1 Ω D.電源的最大輸出功率Pm=9 W 解析:選ABC 電源總功率為P總=IE,電源總功率P總隨電流I變化的圖線為a,電源內(nèi)部發(fā)熱功率為P內(nèi)=I2r,電源內(nèi)部的發(fā)熱功率P內(nèi)隨電流I變化的圖線為b,電源輸出功率P出隨電流I變化的圖線為c。由圖線可知,I=3 A時,P內(nèi)=P總,外電路短路,則r=1 Ω,E=3 V。當(dāng)電路內(nèi)外電阻相等時,輸出功率最大,Pm==2.25 W。 8.如圖7所示電路中,R1、R2為定值電阻,電源的內(nèi)電阻為r。閉合開關(guān)S,電壓表顯示有讀數(shù),調(diào)節(jié)可變電阻R的阻值,電壓表示數(shù)增大量為ΔU。對此過程,下列判斷正確的是(  )

49、 圖7 A.可變電阻R阻值增大,流過它的電流增大 B.電阻R2兩端的電壓減小,減小量小于ΔU C.通過電阻R2的電流減小,減小量等于 D.路端電壓一定增大,增大量小于ΔU 解析:選BD 調(diào)節(jié)可變電阻R的阻值,電壓表示數(shù)增大量為ΔU??勺冸娮鑂阻值增大,流過它的電流減小,選項A錯誤。電阻R2兩端的電壓減小,電源內(nèi)阻電壓減小,二者減小量之和等于ΔU,所以電阻R2兩端的電壓的減小量小于ΔU,選項B正確。通過電阻R2的電流減小,減小量小于,選項C錯誤。路端電壓一定增大,增大量小于ΔU,選項D正確。 二、實驗題(本題共2小題,共20分) 9.(8分)在“描述小燈泡的伏安特性曲線”實驗中

50、,需要用伏安法測定小燈泡兩端的電壓和通過小燈泡的電流,除開關(guān)、導(dǎo)線外,還有如下器材: A.小燈泡“6 V 3 W” B.直流電源6~8 V C.電流表(量程3 A,內(nèi)阻0.2 Ω) D.電流表(量程0.6 A,內(nèi)阻1 Ω) E.電壓表(量程6 V,內(nèi)阻20 kΩ) F.電壓表(量程20 V,內(nèi)阻60 kΩ) G.滑動變阻器(0~20 Ω、2 A) H.滑動變阻器(0~1 kΩ、0.5 A) (1)把實驗所用到的器材按字母的先后順序填入空中:____________。 (2)在下面的虛線框內(nèi)畫出最合理的實驗原理圖。 解析:(1)燈泡額定電流I===0.5 A,電流表應(yīng)選

51、D; 燈泡額定電壓6 V,電壓表應(yīng)選E; 為方便實驗操作,滑動變阻器應(yīng)選G。 (2)描繪燈泡伏安特性曲線實驗中滑動變阻器應(yīng)采用分壓接法; 燈泡正常工作時電阻為R===12 Ω,==12,=≈1666.7,>,電流表應(yīng)采用外接法,實驗電路圖如圖所示。 答案:(1)ABDEG (2)見解析圖 10.(12分)(2015·全國卷Ⅰ)圖8(a)為某同學(xué)改裝和校準(zhǔn)毫安表的電路圖,其中虛線框內(nèi)是毫安表的改裝電路。 (a) (b) 圖8 (1)已知毫安表表頭的內(nèi)阻為100 Ω,滿偏電流為1 mA;R1和R2為阻值固定的電阻。若使用a和b兩個接線柱,電表量程為3 mA;若使用a

52、和c兩個接線柱,電表量程為10 mA。由題給條件和數(shù)據(jù),可以求出R1=________Ω,R2=________Ω。 (2)現(xiàn)用一量程為3 mA、內(nèi)阻為150 Ω的標(biāo)準(zhǔn)電流表對改裝電表的3 mA擋進(jìn)行校準(zhǔn),校準(zhǔn)時需選取的刻度為0.5 mA、1.0 mA、1.5 mA、2.0 mA、2.5 mA、3.0 mA。電池的電動勢為1.5 V,內(nèi)阻忽略不計;定值電阻R0有兩種規(guī)格,阻值分別為300 Ω和1 000 Ω;滑動變阻器R有兩種規(guī)格,最大阻值分別為750 Ω和3 000 Ω。則R0應(yīng)選用阻值為________ Ω的電阻,R應(yīng)選用最大阻值為________ Ω的滑動變阻器。 (3)若電阻R1和

53、R2中有一個因損壞而阻值變?yōu)闊o窮大,利用圖(b)的電路可以判斷出損壞的電阻。圖(b)中的R′為保護(hù)電阻,虛線框內(nèi)未畫出的電路即為圖(a)虛線框內(nèi)的電路。則圖中的d點應(yīng)和接線柱________(填“b”或“c”)相連。判斷依據(jù)是:_________________________。 解析:(1)設(shè)使用a和b兩接線柱時,電表量程為I1,使用a和c兩接線柱時,電表量程為I2,則 使用a和b時:+I(xiàn)g=I1① 使用a和c時:+I(xiàn)g=I2② 由①②兩式得R1=15 Ω,R2=35 Ω。 (2)校準(zhǔn)時電路中的總電阻的最小值為R小= Ω=500 Ω,總電阻的最大值為R大= Ω=3 000 Ω,故R

54、0選300 Ω的,R選用最大阻值為3 000 Ω的滑動變阻器。 (3)d接b時,R1和R2串聯(lián),不論是R1還是R2損壞,電表都有示數(shù)且示數(shù)相同,故應(yīng)將d接c。根據(jù)d接c時的電路連接情況可知:閉合開關(guān),若電表指針偏轉(zhuǎn),則損壞的電阻是R1;若電表指針不動,則損壞的電阻是R2。 答案:(1)15 35 (2)300 3 000 (3)c 閉合開關(guān)時,若電表指針偏轉(zhuǎn),則損壞的電阻是R1;若電表指針不動,則損壞的電阻是R2 三、計算題(本題共2小題,共32分) 11.(14分) 圖9 如圖9所示電路中,電源電動勢E=12 V,內(nèi)電阻r=1.0 Ω,電阻R1=9.0 Ω,R2=15 Ω,電

55、流表A示數(shù)為0.40 A,求電阻R3的阻值和它消耗的電功率。 解析:R2兩端電壓為U2=I2R2=0.4×15 V=6 V 內(nèi)阻r及R1兩端電壓為U=E-U2=12 V-6 V=6 V 干路中電流為I== A=0.6 A R3中電流為I3=I-I2=0.6 A-0.4 A=0.2 A R2和R3并聯(lián),電壓相等,即U2=U3=6 V R3阻值為R3== Ω=30 Ω R3功率為P3=U3I3=6×0.2 W=1.2 W。 答案:30 Ω 1.2 W 12.(18分)如圖10所示,直流電動機和電爐并聯(lián)后接在直流電源上,已知電源的內(nèi)阻r=1 Ω。電爐的電阻R1=19 Ω,電動機繞組

56、的電阻R2=2 Ω,當(dāng)開關(guān)S斷開時,電爐的功率是475 W,當(dāng)開關(guān)S閉合時,電爐的功率是402.04 W。求: 圖10 (1)直流電路的電動勢E; (2)開關(guān)S閉合時,電動機的機械功率。 解析:(1)開關(guān)S斷開時,電爐的功率P=2R1,代入已知數(shù)據(jù),解出E=100 V。 (2)開關(guān)S閉合時,有電動機的支路較復(fù)雜,且不能用歐姆定律求解,故先分析電爐所在支路。設(shè)該支路的電流為I1,電爐的功率為P1。由P1=I12R1,代入數(shù)值求出I1=4.6 A,R1兩端電壓也就是端電壓U外=I1R1=87.4 V。設(shè)干路電流為I,由閉合電路歐姆定律E=U外+I(xiàn)r,故I== A=12.6 A。 通過電動機的電流I2=I-I1=12.6 A-4.6 A=8 A。 由I2和U外(也是電機兩端電壓),可求出電機消耗的電功率: P2=I2U外=8×87.4 W=699.2 W。 電動機消耗的熱功率: P2′=I22R2=82×2 W=128 W。 由能量守恒定律可知,通過電動機轉(zhuǎn)化成機械功率的部分為: P2″=P2-P2′=699.2 W-128 W=571.2 W。 答案:(1)100 V (2)571.2 W 26

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