阅读下列材料,并回答问题。
在伏安法测电阻的实验中,可以有以下两种测量方法,分别叫内接法和外接法。如图所示,分别为实验电路的一部分。电流表与电压表都有电阻,它们的电阻叫内阻,电流表的内阻非常小,约为RA=0.05Ω,所以在电学实验中,它的内阻常常忽略不计;电压表的内阻非常大,约为RV=10kΩ,连入电路中通过的电流很小,所以在电学实验中通过它的电流常常忽略不计。但在实际测量中这些忽略不计的物理量却使测量结果产生误差。
博涵同学带领创新实验小组,仔细阅读上述材料后,购买了两个定值电阻并向物理老师借来所需器材进行了测量,两个定值电阻的阻值分别为R1=5Ω,R2=20kΩ,小组同学们为了减小实验误差,选择恰当的方法进行了合作探究,分别测出了两个电阻的阻值。
若你也做为博涵创新实验小组的一员,在测量R1=5Ω的阻值时,请你回答:
(1)此实验中你们选择的恰当方法是 (选填字母)
A.内接法
B.外接法
(2)用你们选择的方法测得的电阻值比真实值 (选填“偏大”或“偏小”)
(3)请根据欧姆定律解释测量结果偏大或偏小的原因。
解:(1)电流表的内阻非常小,约为RA=0.05Ω;电压表的内阻非常大,约为RV=10kΩ,在测量R1=5Ω的阻值时,若采用内接法,如上左图,电流表测的通过定值电阻的电流是准确的,
定值电阻为电流表内阻的=100倍,由分压原理,电流表分去的电压为电压表示数的UV,﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
若采用外接法,电压表测的电压是准确的,定值电阻是电压表内阻的=5×10﹣4倍,根据分流原理,设通过定值电阻的电流为I′,由分流原理,则通过电压表的电流为I′﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
比较①②得,采用外接法对测量的影响较小,选B;
(2)(3)若采用外接法,电压表测的电压是准确的,根据并联电路电流的规律,电流表的示数等于通过定值电阻的真实电流和通过电压表的电流,故电流表示数比通过定值电阻的电流偏大,由定律定律,R=,用这种方法测得的电阻值比真实值偏小。
故答案为:(1)B;(2)偏小;(3)若采用外接法,电压表测的电压是准确的,根据并联电路电流的规律,电流表的示数等于通过定值电阻的真实电流和通过电压表的电流,故电流表示数比通过定值电阻的电流偏大,由定律定律,R=,用这种方法测得的电阻值比真实值偏小。
如图所示,两轮自动平衡电动车做为一种新兴的交通工具备受中学生的喜爱,下表是某型号两轮自动平衡电动车的主要参数,请通过计算解答下列问题:
整车质量 | 20kg |
锂电池电压 | 50V |
锂电池容量 | 10A•h |
(1)图中小夏质量为40kg,轮胎与地面的总接触面积为0.01m2,小夏骑行过程中地面受到的压强为多少?
(2)锂电池充满电后能储存多少焦耳的电能?
(3)锂电池充满电后,小夏多次骑着两轮自动平衡电动车在平直路面上匀速行驶进行测试,最多行驶27km电能恰好耗尽,假设受到的平均阻力是总重力的0.1倍,求此过程中两轮自动平衡电动车的工作效率是多少?
(4)在小夏骑行两轮自动平衡电动车的过程中,为确保安全,请你对他提出一条合理的建议。
解:
(1)小夏骑行过程中地面受到的压力:
F=G总=(m车+m人)g=(20kg+40kg)×10N/kg=600N;
小夏骑行过程中地面受到的压强:
p===6×104Pa;
(2)锂电池充满电后能储存的电能:
W=UIt=50V×10A×3600s=1.8×106J,
(3)平均阻f=0.1G=0.1×600=60N,
因为电动车匀速直线运动,所以受平衡力,
故F牵=f=60N,
则W有=Fs=60N×2.7×104km=1.6×106J,
工作效率η==×100%=90%。
(4)为确保安全,建议:减速慢行,不要闯红灯,右侧行驶等。
答:(1)小夏骑行过程中地面受到的压强为6×104Pa;
(2)锂电池充满电后能储存1.8×106J的电能;
(3)此过程中两轮自动平衡电动车的工作效率是90%;
(4)为确保安全,建议:减速慢行,不要闯红灯,右侧行驶等。
如图甲是家用电暖器,利用电热给煤油加热取暖。图乙为其简化的电路原理图,已知电阻R1>R2,铭牌见下表。在电暖器跌倒时,跌倒开关S自动断开,切断电源,保证安全。电暖器有“高温挡”、“中温挡”和“低温挡”三个挡位,解答下列问题:
额定电压 | 220V |
煤油体积 | 25L |
功率选择 | 1600W/1100W/500W 三档可调 |
操作方式 | 手动 |
已知c煤油=2.1×103J/(kg•℃),ρ煤油=0.8×103kg/m3
(1)煤油温度升高20℃时,吸收了多少焦耳的热量?
(2)电暖器在中温挡时,正常工作的电流为多少?
(3)R1的阻值为多少?(写出文字说明)
解:
(1)煤油的体积V煤油=25L=25dm3=25×10﹣3m3,
由ρ=得煤油的质量:
m煤油=ρ煤油V煤油=0.8×103kg/m3×25×10﹣3m3=20kg,
煤油吸收的热量:
Q吸=c煤油m煤油△t=2.1×103J/(kg•℃)×20kg×20℃=8.4×105J;
(2)中温档功率P中温=1100W,
由P=UI得正常工作的电流:
I===5A;
(3)由题知,R1>R2,由P=可知,当电压一定时,电阻越大、电功率越小,所以S、S1闭合时只有R1连入电路,电路中电阻最大,电功率最小,为低温档,P低温=500W,
由P=可得:
R1===96.8Ω。
答:(1)煤油温度升高20℃时,吸收了8.4×105J的热量;
(2)电暖器在中温挡时,正常工作的电流为5A;
(3)R1的阻值为96.8Ω。
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