2019-2020年高中物理第二章電路第六七節(jié)走進門電路了解集成電路教學案粵教版選修3.doc

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2019-2020年高中物理第二章電路第六七節(jié)走進門電路了解集成電路教學案粵教版選修3 　　　　　　　　　　　　　　　1.與門電路：當所有的輸入均為“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 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261 圖261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(電源負極)，第1和第2腳為兩個輸入端，第3腳為輸出端。 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261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(電源負極)，第1和第2腳為兩個輸入端，第3腳為輸出端。 當輸入端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(電源負極)，第1腳為輸入端，第2腳為輸出端。 當輸入端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”兩個二進制數(shù)字，進行數(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：紅綠燈中紅燈亮時，綠燈必然熄滅；綠燈亮時，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262所示，表示輸入端A、B的電勢隨時間的變化關(guān)系，完成下題。求： 圖262 (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 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”)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，故C項正確，A、B、D三項不對。 3．如圖263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263 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264所示，其中RH為熱敏電阻，RL為光敏電阻。當溫度升高時，RH的阻值遠小于R1；當光照射RL時，其阻值遠小于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264 [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：一是認真審題，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265所示，低電位報警器由兩個基本的門電路與蜂鳴器組成，該報警器只有當輸入電壓過低時蜂鳴器才會發(fā)出警報。其中(　　) 圖265 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)，蜂鳴器都會發(fā)出警報，故A錯誤。若甲是“或”門，乙是“非”門，當輸入電壓為低電壓(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266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(　　) 圖266 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、“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．當增大R1時，A端的電勢降低，Y端的電勢升高，蜂鳴器就會發(fā)出報警聲 解析：選BC　當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(　　) 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圖，R0是一個光敏電阻，當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?？梢?，這一裝置實際上是一個“或”門電路。符號為。 答案：“或”門電路　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　電學實驗問題　　　　　　 1．(1)用多用電表的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使其尖端對準歐姆擋“1 k”； d．旋轉(zhuǎn)S使其尖端對準歐姆擋“100”； e．旋轉(zhuǎn)S使其尖端對準交流“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、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301 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項正確；測量時按規(guī)定紅、黑表筆應(yīng)分別插在正、負插孔，但表筆只是兩個測量的引線，本身并沒有正負，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．(xx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，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)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)，為在直角坐標系中得到的函數(shù)圖像是一條直線，則可以________為縱坐標，以________為橫坐標。 解析：(1)為了使測量更準確，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．某同學準備把量程為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)若該同學通過測量得到電流表G2的內(nèi)阻值為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)該同學把改裝的電壓表與標準電壓表V0進行了核對，發(fā)現(xiàn)當改裝的電壓表的指針剛好指向滿刻度時，標準電壓表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＝3.81 kΩ。 (4)標準電壓表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．(xx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)為該同學設(shè)計的測量電壓表內(nèi)阻的電路圖的一部分，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____________________________ ________________________________________________________________________。 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?。婚]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”的實驗中，某同學進行了如下測量： (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元件Z的伏安特性曲線。已知電壓表的內(nèi)阻遠大于該電學元件的電阻。 　　　　　圖8 (1)若要求加在電學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、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)阻遠大于該電學元件的電阻，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IU圖線可知，該電學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?、?6.7 第二章　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)IU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(　　) 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，電流方向從E到F，故B正確。 6.如圖5直線A為某電源的UI曲線，曲線B為某小燈泡L1的UI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UI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＝32 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UI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(　　) 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。可變電阻R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，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)(xx全國卷Ⅰ)圖8(a)為某同學改裝和校準毫安表的電路圖，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的標準電流表對改裝電表的3 mA擋進行校準，校準時需選取的刻度為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：＋Ig＝I1① 使用a和c時：＋Ig＝I2② 由①②兩式得R1＝15 Ω，R2＝35 Ω。 (2)校準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R0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＝0.415 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＝60.2 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，電動機繞組的電阻R2＝2 Ω，當開關(guān)S斷開時，電爐的功率是475 W，當開關(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＋Ir，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＝887.4 W＝699.2 W。 電動機消耗的熱功率： P2′＝I22R2＝822 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