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(共35张PPT)
第51课时　实验十三:用多用电表测量电学中的物理量
学习目标:1.了解多用电表的构造和工作原理。
2.会用多用电表测量电压、电流、电阻以及二极管等。
1.认识多用电表
(1)多用电表可以用来测量电流、电压、电阻等,并且每一种测量项目都有几个量程。
(2)外形如图所示:上半部分为表盘,表盘上有电流、电压、电阻等多种量程的刻度;下半部分为选择开关,它的四周刻有各种测量项目和量程。
多用电表面板上还有:欧姆表的欧姆调零旋钮(使电表指针指在右端零欧姆处)、指针定位螺丝(使电表指针指在左端的“0”位置)、表笔的正、负插孔(　　　　表笔插入“+”插孔,　　　　表笔插入“-”插孔)。
红
黑
2.用多用电表测量小灯泡的电压和电流
按如图甲所示的电路图连好电路,将多用电表选择开关置于　　 　　挡,测小灯泡两端的电压。红表笔接电势　　　　(填“高”或“低”)的点。
甲 乙
按如图乙所示的电路图连好电路,将选择开关置于　　 　　挡,测量通过小灯泡的电流。此时电流从　　　　色表笔流入电表。
直流电压
高
直流电流
红
3.用多用电表测定值电阻的阻值
(1)原理
电路图
I与Rx 的对应 关系 相当于待测电阻Rx=0,调节R使I=Ig=,此时指针指在Ig处 相当于待测电阻Rx=∞,此时I=0,指针不偏转 待测电阻为Rx,I=,指针指到某确定位置,此时Rx=-RΩ。(RΩ=Rg+r+R)
刻度 特点 表头电流满偏Ig处,对应欧姆表零刻度(右侧) 表头电流I=0处,对应欧姆表∞刻度(左侧) 表头电流I与电阻Rx一一对应,但不是线性关系,表盘刻度不均匀
(2)注意:①黑表笔与电表内部电源的正极连接,红表笔与电表内部电源的负极连接,电流方向为“红进黑出”。
②当多用电表指针指在中央时,由,知中值电阻R中=RΩ。
(3)测量步骤
①估测待测电阻阻值,选择合适的量程。
②欧姆调零。
③将被测电阻接在红黑表笔之间。
④读数:指针示数乘以倍率。
⑤使用完毕:选择开关置于　　 　　,长期不用应取出电池。
“OFF”挡
4.用多用电表测二极管的正、反向电阻
(1)认识二极管:晶体二极管由半导体材料制成,它的符号如图所示,左端为正极,右端为负极。
特点:当给二极管加正向电压时电阻　　　　,当给二极管加反向电压时电阻　　　　。
很小
很大
(2)用欧姆挡判断二极管的正负极
将多用电表欧姆挡调零之后,若多用电表指针偏角很大,则黑表笔接触二极管的　　　　极,红表笔接触二极管的　　　　极(如图甲);若多用电表指针偏角很小,则黑表笔接触二极管的　　　　极,红表笔接触二极管的
　　　　极(如图乙)。
甲
乙
正
负
负
正
5.探索黑箱内的电学元件
项目 应用挡位 现象
电源 电压挡 两接线柱正、反接时均无示数,说明无电源
电阻 欧姆挡 两接线柱正、反接时示数相同
二极管 欧姆挡 正接时示数很小,反接时示数很大
命题分析
1.考读数:电压、电流、电阻挡的读数。
2.考使用:欧姆表选挡、调零、规范操作等。
3.考黑箱:多用电表探测黑箱内的元件。
注意事项
1.区分“机械零点”与“欧姆零点”。机械零点是表盘刻度　　　　侧的“0”位置,机械调零对应的是表盘下边中间的指针定位螺丝;欧姆零点是指刻度盘　　　　侧的“0”位置,欧姆调零对应的是欧姆调零旋钮。
2.使指针指在中间附近,否则换挡。
3.测电阻时每换一次挡必须重新　　　 　。
4.手不能接触表笔的金属杆。
5.测量电阻时待测电阻要与其他元件和　　　　断开。
左
右
欧姆调零
电源
偶然误差
1.估读时易带来误差。
2.表头指针偏转过大或过小都会使误差增大。
系统误差
1.电池用旧后,电动势会减小,内阻会变大,导致电阻测量值偏大,要及时更换电池。
2.测电流、电压时,由于电表内阻的影响,测得的电流、电压值均小于真实值。
考点一　教材原型实验
典例1　(1)用如图所示的多用电表测量电阻,要用到选择开关K和两个部件S、T。请根据下列步骤完成电阻测量。
①旋动部件　　　　,使指针对准电流的0刻线。
②将K旋转到电阻挡“×100”的位置。
③将插入“+”“-”插孔的表笔短接,旋动部件　　　　。使指针对准电阻的
　　　　(选填“0刻线”或“∞刻线”)。
S
T
0刻线
④将两表笔分别与待测电阻相接,发现指针偏转角度过小,为了得到比较准确的待测量结果,请从下列选项中挑出合理的步骤,并按　　　　的顺序进行操作,再完成读数测量。
A.将K旋转到电阻挡“×1 k”的位置
B.将K旋转到电阻挡“×10”的位置
C.将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接
D.将两表笔短接,旋动合适部件,对电表进行校准
ADC
(2)在使用多用电表的欧姆挡测量电阻时,下列说法正确的是　　　　。
A.双手捏住两表笔金属杆,测量值将偏小
B.测量时发现指针偏离中央刻度过大,则必需减小倍率,重新调零后再进行测量
C.选择“×100”倍率测量时发现指针位于20与30正中间,则测量值等于2 500 Ω
D.欧姆表内的电池使用时间太长,虽然完成调零,但测量值将偏大
AD
解析 (1)①电表使用前要调节指针定位螺丝,使指针指在电流的0刻线位置,故调节部件S;
③欧姆表测量前要进行欧姆调零,故调节部件T(欧姆调零旋钮)使指针指向电阻0刻线;
④指针偏转角度过小,说明电阻偏大,故需选择较大的倍率,每次换挡要重新调零然后测量电阻,故步骤为A、D、C。
(2)双手捏住两表笔金属杆,人体与电阻并联,总电阻减小,测量值偏小,故A正确;测量时若发现指针向右偏离中央刻度过大,则必须减小倍率,若向左偏离中央刻度过大,则必须增大倍率,重新调零后再进行测量,故B错误;欧姆表刻度是左密右疏,选择“×100”倍率测量时发现指针位于20与30正中间,则测量值小于2 500 Ω,大于2 000 Ω,故C错误;欧姆表内的电池使用时间太长,电动势减小,内阻增大,欧姆调零时,由于满偏电流Ig不变,由公式Ig=,欧姆表内阻R内得调小,待测电阻的测量值是通过电流的示数体现出来的,由I=,可知当R内变小时,I变小,指针跟原来的位置相比偏左,欧姆表的示数偏大,故D正确。
典例2　如图甲为某多用电表原理图的一部分,其中所用电源电动势E=3 V,内阻r=1 Ω,表头G满偏电流Ig=2 mA,内阻Rg=100 Ω。3个挡位分别为×1挡位、×10挡位、×100挡位,且定值电阻阻值R1甲
(1)红表笔为　　　　(选填“A”或“B”)。
(2)某同学要测量一个电阻的阻值(约为1 000 Ω),实验步骤如下:
①选择挡位　　　　(选填“×1”“×10”或“×100”),将红黑表笔短接,进行欧姆调零。
②将红黑表笔接在待测电阻两端,测量电阻阻值,如图乙所示,则该电阻的阻值为　　　　Ω。
乙
A
×100
1 100
(3)电阻R1=　　　　Ω(结果保留两位有效数字)。
(4)该同学实验时,由于电池使用时间过长会导致测量结果出现偏差。经测量知该电池的电动势为2.7 V,内阻为5 Ω。则第(2)问中电阻的真实值为
　　　　Ω。
1.0
990
解析 (1)红表笔与内部电源的负极连接,即红表笔为A。
(2)①要测量一个阻值约为1 000 Ω的电阻,选择挡位“×100”,将红黑表笔短接,进行欧姆调零;
②该电阻的阻值为11×100 Ω=1 100 Ω。　
(3)当题图甲中开关接空位置时,因此时内阻R内= Ω=1 500 Ω,即此时的挡位应该是×100挡,因R1(4)设电阻真实值为R,则当电源的电动势为3 V,内阻为1 Ω时I=,其中Ig=,则当电源的电动势为2.7 V,内阻为5 Ω时I=,其中Ig=,其中的R测=1 100 Ω,解得R=990 Ω。
研考点·精准突破
典例3　小明同学通过实验探究多用电表欧姆挡的工作原理。
(1)小明同学利用自己所学物理知识,自制了一个欧姆表,他采用的内部等效电路图为甲图中的　　　　,表笔a为　　　　(选填“红”或“黑”)色。
甲
C
红
(2)已知G表的满偏电流为6 mA,制作好欧姆表后,小明同学对欧姆表进行欧姆调零,他将上图中欧姆表的红黑表笔短接,G表指针位置如图乙,调节欧姆调零旋钮,使G表指针指在　　　　(选填“0刻度”或“满偏”)位置,即完成欧姆调零。用此欧姆表粗测某电阻的阻值,当用“×10”挡时发现指针偏转角度过大,应该换用　　　　(选填“×1”或“×100”)挡,并重新欧姆调零后进行测量。
乙
满偏
×1
(3)经欧姆调零后,小明同学打算测量此欧姆表的电动势和内阻,他找到5个规格相同的标准电阻R=50.0 Ω,他将n个(n=1,2,3,4,5)电阻串联后先后接在该欧姆表的红黑表笔之间,记下串联电阻的个数n和对应电流表的读数In。根据所得数据做出-n图像,如图丙所示,可求得欧姆表中电源的电动势为
　　　　V,该欧姆表的内阻为　　　　Ω(结果保留三位有效数字)。
丙
1.58
265
(4)小明同学发现该欧姆表使用一段时间后,电源电动势减少,内阻增加,但仍然能欧姆调零,结合上述分析,则调零后用该表测量的电阻的测量值
　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
大于
解析 (1)根据欧姆表的原理可知其内部有电源,有滑动变阻器调节其内阻,并且黑表笔接电源的正极,红表笔接电源的负极。故选C。
(2)可以通过调节滑动变阻器使电流表满偏,令指针指在电流表的满偏电流刻度处,进行调零;用“×10”挡时发现指针偏转角度过大,示数较小,说明倍率挡选择过高,他应该换用“×1”挡。
(3)根据闭合电路欧姆定律可知E=In(R内+R外),R外=nR,整理得n+R内,由图丙可知 A-1= A-1,=168 A-1,即E=×50.0 V= V ≈1.58 V,R内=168× Ω≈265 Ω。　
(4)当电池电动势变小、内阻变大时,欧姆表得重新调零,由于满偏电流Ig不变,由公式Ig=,欧姆表内阻R内得调小,待测电阻的测量值是通过电流表的示数体现出来的,由I=,可知当R内变小时,I变小,指针跟原来的位置相比偏左了,欧姆表的示数变大了。
对点演练　某同学在实验室探究二极管的伏安特性曲线。
(1)为了粗测二极管的正向电阻,该同学将多用电表的选择开关旋转到电阻“×100”挡,当指针偏转角度较大时,红表笔连接的是二极管的　　　　(选填“正”或“负”)极;此时,多用电表的指针如图所示,二极管的正向电阻为
　　　　Ω。
负
600
(2)用伏安法描绘二极管在0~3 V范围内的正向伏安特性曲线,器材如下
电压表V(量程为3.0 V,内阻约为10 kΩ)
电流表A(量程10 mA,内阻约为1.0 Ω)
滑动变阻器R1(总电阻为10 Ω,额定电流为0.1 A)
滑动变阻器R2(总电阻为20 Ω,额定电流为0.5 A)
电源E(电动势6 V,内阻不计)
开关S,导线若干
其中,滑动变阻器应该选　　　　(选填“R1”或“R2”),利用如图所示的器材符号,画出实验电路原理图。
R2
(3)二极管的正向电压伏安特性曲线如图丙所示,现将两个相同的二极管串联在电路中,如图丁所示。已知电阻R1=R2=1 kΩ,电源的电动势E=6 V(内阻不计),通过二极管D的电流为　　　　mA,电阻R1消耗的功率为
　　　　mW(结果保留两位有效数字)。
丙
丁
2.0
16
解析 (1)根据多用电表中两表笔电流的流向为“红进黑出”,电阻表指针偏转过大,可知红表笔与二极管的负极相连;此时,多用电表的指针位于6刻度处,二极管的正向电阻为600 Ω;
(2)电源电动势为6 V,R1最大电阻为10 Ω,则电流为I==0.6 A超过其额定电流,故滑动变阻器选择R2;设计电路如图:
(3)设二极管D两端的管压为UD,流过二极管的
电流为ID。则有2UD=E-R1,代入数据
解得UD与ID的关系为UD=1.5-0.25ID×103,这是
一个在图丙中横轴上截距为1.5,纵轴上截距为
6、斜率为-4的直线方程(称为二极管的负载线),
因管压UD与流过二极管电流ID还受二极管D的
ID-UD特征曲线的限制,因而二极管就工作在负载线与ID-UD特性曲线的相交点P上(如图所示),由此得二极管两端的管压和电流分别为UD=1.0 V, ID=2.0 mA,电阻R1上的电压U1=E-2UD=6 V-2×1 V=4 V,其功率P1==16 mW。(共32张PPT)
第十章　恒定电流
知识网络
考点分布
电流的计算 2021·江苏卷·T2(选择,4分)
闭合电路欧姆定律及其应用 2022·江苏卷·T2(选择,4分)
电学实验综合 2024·江苏卷·T12(实验,15分)
2023·江苏卷·T12(实验,15分)
第46课时　电路的基本概念及电路分析
学习目标:1.了解电流的定义,会推导电流的微观表达式。
2.掌握电阻定律和欧姆定律及其应用。
3.理解电功、电功率、焦耳定律,会区分纯电阻电路和非纯电阻电路的特点。
4.掌握串并联电路的特点,理解电表改装的原理。
×
×
√
√
×
×
√
解析
1.×　电流是标量,其方向是正电荷定向移动的方向,不遵循矢量运算法则。
2.×　电流I由电压U和电阻R共同决定(欧姆定律)。该式是定义式,仅用于测量和计算。
3.√　
4.√
5.×　R是导体本身性质,与U、I无关,该式仅提供测量和计算方法。
6.×　电阻率是材料特性,与几何尺寸无关。
7.√
考点一　电流的概念及表达式
1.电流
(1)形成条件:导体中有　　 　　;导体两端存在　　　　。
(2)标矢性:电流是标量,　　　　定向移动的方向规定为电流的方向。
2.三个表达式的比较
公式 适用范围 公式含义
I= 一切电路 反映了I的大小,但不能说I∝q、I∝
I=nqSv 一切电路 从微观上看,n、q、S、v决定了I的大小
I= 金属、电解质溶液 I由U、R决定,I∝U、I∝
自由电荷
电压
正电荷
3.电流微观表达式的推导
建立柱体微元模型,设柱体微元的长度为L,横截面积为S,单位体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为q,电荷定向移动的速率为v,则:
(1)柱体微元中的总电荷量为Q=nqSL。
(2)电荷通过横截面的时间t=。
(3)电流的微观表达式I==nqSv。
考向1　公式I= 的应用
典例1　(2021江苏卷)有研究发现,某神经细胞传递信号时,离子从细胞膜一侧流到另一侧形成跨膜电流,若将该细胞膜视为1×10-8 F的电容器,在2 ms内细胞膜两侧的电势差从-70 mV变为30 mV,则该过程中跨膜电流的平均值为(　　)
A.1.5×10-7A
B.2×10-7A
C.3.5×10-7A
D.5×10-7A
D
对点演练　安培提出了著名的分子电流假说,根据这一假说,电子绕核运动可等效为一环形电流。设电荷量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动,关于该环形电流的说法正确的是(　　)
A.电流强度为,电流方向为顺时针
B.电流强度为,电流方向为顺时针
C.电流强度为,电流方向为逆时针
D.电流强度为,电流方向为逆时针
C
考向2　电流微观表达式的应用
典例2　一根长为L、横截面积为S、电阻率为ρ的金属棒,棒内单位体积自由电子数为n,电子的质量为m,电荷量为e。在棒两端加上恒定的电压时,棒内产生电流,自由电子定向运动的平均速度为v,则电子运动时受到的平均阻力大小为(　　)
A. B.mv2Sn
C.ρne2v D.
C
考点二　欧姆定律和电阻定律
1.欧姆定律
(1)内容:导体中的电流跟导体两端的　　　成正比,跟导体的　　　　成反比。
(2)表达式:I=。
(3)适用范围:金属导电和电解质溶液导电,不适用于气体导电或半导体元件导电。
电压
电阻
2.I-U图像与U-I图像
I-U 图像
U-I 图像
3.电阻定律
(1)内容:同种材料的导体,其电阻R与它的长度l成　　　　,与它的横截面积S成　　　　;导体电阻还与构成它的材料有关。
(2)公式:　　　　。
其中l是导体的长度,S是导体的横截面积,ρ是导体的　　　　,其国际单位是欧·米,符号为Ω·m。
(3)适用条件:粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解质溶液。
正比
反比
R=ρ
电阻率
4.电阻率
(1)计算式:ρ=R。
(2)物理意义:反映导体材料的　　　 　,是导体材料本身的属性。
(3)电阻率与温度的关系
金属:电阻率随温度升高而　　　　;负温度系数的半导体:电阻率随温度升高而　　　。
导电性能
增大
减小
典例3　R1、R2是用相同金属材料制成的电阻,其上下表面分别是边长为a、b的正方形,厚度分别为h1、h2,按图示方式接入电路。则(　　)
A.R1、R2的电阻之比为h2∶h1
B.通过R1、R2的电流之比为b∶a
C.R1、R2的电功率之比为
D.通过R1、R2的电荷量之比为a∶b
A
典例4　如图所示是某白炽灯的伏安特性曲线,图中OA连线与横轴的夹角为α,A点的坐标为(U0,I0),其切线与纵轴交点的纵坐标为I1,则(　　)
A.白炽灯的电阻随电压的增大而减小
B.对应A点,白炽灯的电阻可表示为tan α
C.对应A点,白炽灯的电阻可表示为
D.对应A点,白炽灯的电阻可表示为
C
考点三　串、并联电路分析
1.串、并联电路的特点
项目 串联电路 并联电路
电路图
基本特点 电压 U=U1+U2+U3 U=U1=U2=U3
电流 I=I1=I2=I3 I=I1+I2+I3
总电阻 R总=R1+R2+R3
2.串、并联电路几个常用的推论
(1)串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的总电阻。若n个相同的电阻串联,总电阻R总=nR。
(2)并联电路的总电阻小于其中任一支路的总电阻,且小于其中最小的电阻。
(3)n个相同的电阻并联,总电阻等于其中一个电阻的,即R总=R。
(4)无论是串联电路,还是并联电路,或者是混联电路,只要其中一个电阻增大(或减小),总电阻就增大(或减小)。
3.电表的两种改装的比较
两种改装 改装成大量程电压表 改装成大量程电流表
内部电路
改装原理 串联分压 并联分流
所需电阻阻值 R=-Rg R=
改装后的量程 U=Ig(Rg+R) I=Ig
校准电路
典例5　如图,电路两端电压恒为6 V,M、N两个小灯泡的额定电压均为3 V,额定功率PM=3 W,PN=1 W,调节可变电阻R,使两灯皆正常发光且电路中消耗的总功率最小,应该是图中哪种连接方式(　　)
C
典例6　如图所示,甲、乙两个电路都是由一个灵敏电流表G和一个变阻器R组成的,已知灵敏电流表的满偏电流Ig=1 mA,内电阻Rg=200 Ω,用它们改装成量程更大的电流表和电压表,则下列说法正确的是(　　)
甲 乙
A.甲表是电压表,R越小量程越大
B.乙表是电流表,R越大量程越大
C.甲表改装成量程为0.6 A的电流表,则R=0.5 Ω
D.乙表改装成量程为3 V的电压表,则R=2 800 Ω
D
考点四　电功、电功率及焦耳定律
适用于所有电路
1.电功:表达式W=Uq=　　　　,指恒定电场对自由电荷做的功。
2.电功率:表达式P==　　　　,表示电流做功的　　　　。
计算电热都可以用
3.焦耳定律:表达式Q=　　　　,表述:电流通过导体产生的热量跟
　　　　 　　成正比,跟导体的　　　 　及　　 　　成正比。
4.热功率
(1)定义:单位时间内的发热量。
(2)表达式:P==I2R。
UIt
UI
快慢
I2Rt
电流的二次方
电阻
通电时间
5.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较
6.电动机的三个功率及其关系
输入 功率 电动机的总功率由电动机电路中的电流和电压决定,即P总=P入=UI
输出 功率 电动机做有用功的功率,也叫作机械功率
热功率 电动机线圈上有电阻,电流通过线圈时会发热,热功率P热=I2r
三者 关系 P总=P出+P热
效率 η=×100%=×100%
特别 说明 正常工作的电动机是非纯电阻元件;电动机因故障或其他原因不转动时,相当于一个纯电阻元件
典例7　(2022江苏卷)如图所示,电路中灯泡均正常发光,阻值分别为R1=
2 Ω,R2=3 Ω,R3=2 Ω,R4=4 Ω,电源电动势E=12 V,内阻不计。四个灯泡中消耗功率最大的是(　　)
A.R1 B.R2
C.R3 D.R4
A
典例8　如图甲所示,用内阻为r1的充电宝为一手机充电,其等效电路如图乙所示。在充电开始后的一段时间t内,充电宝的输出电压U、输出电流I可认为是恒定不变的,设手机电池的内阻为r2,则时间t内(　　)
A.充电宝输出的电功率为UI-I2r1
B.充电宝的总功率为UI
C.手机电池产生的焦耳热为t
D.手机电池增加的化学能为UIt-I2r2t
D(共36张PPT)
第49课时　实验十一:测量金属丝的电阻率
学习目标:1.熟悉“导体电阻率的测量”的基本原理、注意事项及误差分析。2.会适度创新变化。
1.实验原理(如图所示)
由R=ρ得ρ=,因此,只要测出金属丝的　　　　、　　　　和金属丝的电阻R,即可求出金属丝的电阻率ρ。
长度l
直径d
2.实验器材
被测金属丝,直流电源(4 V),电流表(0~0.6 A),电压表(0~3 V),滑动变阻器(0~50 Ω),开关,导线若干,　　　　 　,毫米刻度尺。
螺旋测微器
3.实验过程
(1)用螺旋测微器在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径,求出其平均值d。
(2)连接好用伏安法测电阻的实验电路。
(3)用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度,反复测量多次,求出其平均值l。
(4)把滑动变阻器的滑片调到最　　　　(填“左”或“右”)端。
(5)闭合开关,改变滑动变阻器滑片的位置,读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值,填入记录表格内。
(6)将测得的R、l、d值,代入公式ρ=中,计算出金属丝的电阻率。
左
4.求R的平均值时可用两种方法
(1)用R=分别算出各次的数值,再取平均值。
(2)用U-I图线的斜率求出。
5.误差分析
(1)金属丝直径、长度的测量、读数等人为因素带来误差。
(2)测量电路中电流表及电压表对电阻测量的影响,因为电流表外接,所以
R测(3)通电电流过大、时间过长,致使金属丝发热,电阻率随之变化带来误差。
命题分析
1.考读数:U、I、l及d。
2.考电路:电路设计或选择、实物连线或改错,器材选择。
3.考运算:U-I图像求Rx、ρ。
4.考分析:对实验结果分析。
注意事项
1.电流表接法:本实验中被测金属丝的电阻值较小,因此实验电路一般采用电流表外接法。
2.长度测量:测量时应将金属丝拉直,反复测量多次,求其平均值。测金属丝直径一定要选三个不同部位进行测量,求其平均值。
3.测量时间:在用伏安法测电阻时,通过被测金属丝的电流不宜过大(电流表用0~0.6 A量程),通电时间不宜过长,以免金属丝的温度明显升高,造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。
4.描点:若采用图像法求电阻阻值的平均值,在描点时,要尽量使各点间的距离拉大一些,连线要尽可能地通过较多的点,不在直线上的点均匀分布在直线的两侧,个别明显偏离较远的点应舍去。
考点一　教材原型实验
典例1　某同学测量一段粗细均匀金属丝的电阻率,器材如下:金属丝Rx,电源E(电动势3 V、内阻不计),电流表(量程0~0.6 A、内阻0.5 Ω),电压表(量程0~3 V、内阻约3 kΩ),滑动变阻器R(最大阻值15 Ω),毫米刻度尺,开关S及导线若干。实验步骤如下:
(1)首先用毫米刻度尺测出接入电路中金属丝的长度l=50.00 cm,再用螺旋测微器测金属丝直径,示数如图所示,金属丝直径的测量值d=　 　mm。
0.49
(2)为减小误差,应选用图乙中的　　　　(选填“a”或“b”)连接线路。
a
(3)实验过程中,改变滑动变阻器的滑片位置,并记录两电表的读数,作出如图所示的U-I图像,可得金属丝的电阻R=　　 Ω,电阻率ρ=　 Ω·m
(结果均保留两位有效数字)。
(4)电路保持闭合,若测量时间较长,会使电阻率的测量结果　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
3.9
1.6×10-6
偏大
解析 (1)用螺旋测微器测金属丝直径,示数如图甲所示,金属丝直径的测量值d=0.5 mm+0.0×0.01 mm=0.500 mm。
(2)由于电源内阻不计,而电压表的内阻未知,电流表的内阻已知,为减小误差,应选用乙图中的“a”连接线路;
(3)根据图a,可得U=I(Rx+RA),作出如图丙所示的U-I图像,可得直线斜率为k= Ω=4.5 Ω=RA+Rx,可得金属丝的电阻Rx=4.0 Ω,根据电阻定律可得,电阻率ρ= Ω·m≈1.6×10-6 Ω·m;
(4)电路保持闭合,若测量时间较长,金属丝发热,温度升高,会使金属丝的电阻率增大,所以测量结果将偏大。
对点演练1　某同学想测量一段电阻率较大的粗细均匀的电阻丝AB的电阻率ρ。
甲
乙
(1)实验过程:
①先用螺旋测微器测电阻丝的直径(如图甲),其示数为d=　　　　mm。
②除待测电阻丝外,还备有题给实验器材,滑动变阻器应选　　　　(填写器材前对应的序号字母)。根据该同学的测量,在图乙中补充完整实物连线。
A.电压表V(量程0~6 V,内阻约为6 kΩ)
B.电流表A(量程0~0.6 A,内阻未知)
C.滑动变阻器R1(0~20 Ω)
D.滑动变阻器R2(0~200 Ω)
E.电动势为6 V的电源
F.开关S,导线若干
0.400
C
③导电夹P与电阻丝之间的接触电阻忽略不计,闭合开关调节P的位置,将AP长度x和对应的电压U、电流I的数据记录如下表,请你根据表中数据在图丙上描点连线作R和x关系图线。
x/m 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10
U/V 4.36 4.20 4.00 3.88 3.44 2.96
I/A 0.27 0.30 0.33 0.38 0.43 0.49
R=/Ω 16.15 14.00 12.12 10.21 8.00 6.04
(2)根据测得的直径,利用图丙图线,可求得金属丝的电阻率ρ为
　 　　Ω·m(结果保留两位有效数字);图丙中图线截距的物理意义是
　　　　　 　　。
丙
2.5×10-6
电流表的内阻为4.0 Ω
(3)下列关于该实验误差的说法正确的有　　　　。
A.实际实验时,导电夹P与电阻丝之间有一确定的接触电阻,但不影响电阻率的测量
B.电流表分压作用,使电阻率的测量值偏大
C.电压表分流作用,使电阻率的测量值偏小
D.电阻丝长时间通电,发热使电阻率的测量值偏大
AD
解析 (1)①由螺旋测微器读数规则可知d=0+0.01 mm×40.0=0.400 mm。②由表中数据可知:实验中的电阻调节范围大约为10~30 Ω,所以滑动变阻器选择C,采用限流式接法,如图所示。
③如图所示。
(2)由电阻定律可知R==ρ+RA,由图像可知斜率为k==20,
由ρ=kS=πd2k=2.5×10-6 Ω·m,截距为电流表内阻4.0 Ω。
(3)若导电夹P与电阻丝之间有接触电阻,则图像截距为电流表内阻与接触电阻之和,不影响图像斜率,A项正确,同理可知,电流表分压作用也不影响电阻率的测量,B项错误;电流表测量的是电阻丝的实际电流,所以电压表分流不影响电阻的测量,也不影响电阻率的测量,C项错误;电阻丝长时间通电发热,温度升高,电阻率变大,D项正确。
对点演练2　某同学在实验室测量一根导电绳的电阻率,如图甲所示,金属夹A与导电绳一端连接,移动金属夹B改变导电绳接入电路的长度,电路如图乙所示。
甲
乙
(1)实验中需要用螺旋测微器测量导电绳的直径,某次测量示数如图丙所示,则导电绳的直径D=　　　　 mm。
丙
1.415/1.416/1.417
(2)实验中先闭合开关S1、S2,调节滑动变阻器R,使电压表和电流表的指针偏转到合适的位置,记录两表的示数U0和I0。然后断开开关S2,将滑动变阻器R的滑片向　　　　(选填“左”或“右”)移动,使电压表的示数仍为U0,记下
此时电流表的示数I,则此时导电绳的电阻Rx=　　　　(用U0、I0和I表示)。
并记录此时金属夹A、B间的距离L。
右
(3)多次移动金属夹B的位置,重复上面的实验,利用获得的多组数据绘制的-L图像如图丁所示,其倾斜直线的斜率为k,则导电绳的电阻率ρ=
　　　　(用U0、k和D表示)。
丁
(4)若考虑电流表的内阻,用(3)中方法所测得导电绳的电阻率　　　　(选填“偏大”“不变”或“偏小”)。
不变
考点二　拓展创新实验
实验器材 的创新
1.测量横截面为空心的等边三角形形状导体的电阻率;
2.采用双电流表法测电阻
实验原理 的创新 根据=Rx+RA+R0,将电压表改接在
a、b两端有=RA+R0,
得出Rx=
数据处理 的创新
作出-x的关系图像,再根据图像斜率的物理意义确定金属的电阻率大小
典例2　某兴趣小组的同学测量一根长直金属丝的电阻率。按图甲所示的电路测出该金属丝的电阻Rx;先将电阻箱R0阻值调到最大,粗调R2,使灵敏电流计G(零刻度在中央)读数为零,再边减小R0,边细调R1,直到R0为零时电流计G读数也为零,读出电压表和电流表的示数,即可得到金属丝接入电路的电阻。
甲
(1)用螺旋测微器在金属丝上三个不同位置分别测量金属丝的直径,然后求出直径的平均值d、某次测量时,螺旋测微器示数如图所示,该示数为
　　　　mm。
2.050
(2)根据图甲的电路,请用笔画线代替导线,将下图中的实物电路连接完整。
(3)按图甲连接好电路后,正确操作顺序是　　 　　。
①闭合开关S
②将滑动变阻器R1、R2的滑片置于其中央附近
③读出电压表的示数U和电流表的示数I
④调节R1和R0,使电流计的示数为零
⑤调节R2,使电流计的示数为零
(4)测出待测金属丝接入电路部分的长度L,金属丝的电阻率ρ=　　　　(用L、d、U、I表示)。
(5)由于电流表和电压表并非理想电表,你认为这对电阻率的测量值有无影响,并简要说明理由 　。
②①⑤④③
无影响,因为电压表和电流表的示数均为电阻丝的电压和电流的真实值
对点演练3　某小组同学为探究一段粗细均匀的金属丝电阻与其接入电路长度的关系并测量该金属丝电阻率,进行了如下实验。
(1)为确定合适的电表量程,该小组同学首先用多用电表的欧姆挡粗测该金属丝最大电阻值。他们先选择欧姆挡×10挡位进行测量,发现指针指在图甲所示位置。为能相对准确测量该电阻,应将选择开关旋转至欧姆挡
　　　　(选填“×1”或“×100”)位置。
×1
(2)金属丝直径的测量利用螺旋测微器测定金属丝直径结果如图乙所示,则金属丝的测量直径为D=　　　 　mm。
0.595或0.594、0.596
(3)金属丝接入电路长度L及其电阻Rx的测量
①把金属丝的两端分别固定,用带有金属夹A、B的导线接入如图丁所示的电路中;
②调整好两金属夹位置后用刻度尺测量并记录A、B间的距离,即为导金属丝接入电路的长度L;
③将滑动变阻器R的滑片滑到最右端,断开开关S2,闭合开关S1,调节R,使电压表和电流表的指针偏转到合适位置。记录两表的示数U和I1;
④闭合S2,调节R使电压表的示数仍为U,记录电流表的示数I2,则此时金属
丝的电阻Rx=　　　　(用I1、I2和U表示);
⑤断开S1,改变金属夹的位置,测量并记录A、B间的距离,重复步骤③和④。
(4)用上述测得的数据作出R-L图像如图戊所示,取图像上两个点间数据之
差ΔL和ΔR,则金属丝的电阻率ρ=　　　　(用字母D、ΔL、ΔR表示)。
(5)若考虑电表内阻的影响,金属丝电阻的测量值与真实值的关系是R测
　 (选填“>”“=”或“<”)R真。
=(共34张PPT)
第50课时　实验十二:测量电源的电动势和内阻
学习目标:1.理解测量电源电动势和内阻的实验原理——闭合电路欧姆定律。
2.掌握实物图连接的技巧。
3.会用图像处理实验数据。
1.实验原理
闭合电路欧姆定律。
2.实验器材
干电池、电压表、电流表、　　 　　　、开关、导线、坐标纸和刻度尺。
滑动变阻器
3.实验步骤
(1)电流表用　　　　A的量程,电压表用　　　　V的量程,按图连接好电路。
甲 乙
(2)把滑动变阻器的滑片移到接入电路阻值最　　　　的一端。
(3)闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表有明显示数并记录一组数据(I1,U1)。用同样的方法再测量几组I、U值,填入表格中。
(4)断开开关,拆除电路,整理好器材。
0~0.6
0~3
大
4.实验数据处理
(1)列方程组,解出E、r,并多次测量求平均值。
(2)用作图法处理数据,如图所示。
①图线与纵轴交点为　　　　 　　;
②图线斜率的绝对值为　　　　。
电源电动势E
内阻r
5.误差分析
(1)偶然误差:主要来源于电压表和电流表的读数以及作U-I图像时描点不准确。
(2)系统误差
①若采用图甲电路
方法1　电压表的分流作用造成误差,电压值越大,电压表的分流越多,对应的I真与I测的差越大,IV=。
其中U-I图像如图乙所示。
结论:E测方法2　等效电源法
如图甲所示,
E测=E真甲
乙
②若采用图丙电路
方法1　电流表的分压作用造成误差,电流越大,电流表分压越多,对应U真与U测的差越大,UA=I·RA。其中U-I图像如图丁所示。
丙 丁
结论:E测=E真,r测>r真。
方法2　等效电源法
如图丙所示,E测=E真,r测=r+RA>r真。
(3)电路选择
①电源内阻一般较小,选图甲电路误差较小。
②当电流表内阻已知时选图丙电路,此时r=k-RA。
命题分析
1.考电路:电路设计或选择、实物连线或改错,器材选择。
2.考作图:描点连线画图。
3.考运算:由U-I或I-1-R或U-1-R-1图像求E、r。
注意事项
1.内阻:为了使路端电压变化明显,可使用内阻较大的旧电池。
2.读数:电流不要过大,应小于0.5 A,读数要快。
3.数据:要测出不少于6组的(I,U)数据,变化范围要大些。
4.图像:若U-I图像纵轴刻度不从零开始,则图线和横轴的交点不再是短路电流,内阻应根据r=确定。
考点一　教材原型实验
典例1　(2025南京、盐城一模)某实验小组按照下图的电路测量两节干电池的电动势和内阻。
(1)小组同学已将实验器材进行了部分连接,为减小系统误差,电压表上的另一根导线应接　　　　(选填“1”或“2”)接线柱。
(2)正确连接电路后,闭合开关,发现无论怎么移动滑动变阻器的滑片,电压表的读数都不变,电流表无读数。则电路的故障可能是　　　　。
A.电流表断路
B.开关接触不良
C.滑动变阻器短路
2
A
(3)该实验小组的同学,按照下图重新进行实验,闭合开关后,多次改变电阻箱的电阻,记下电压表与电阻箱的读数U、R。同学们想通过作图的方法求电源的电动势和内阻,其目的是减小　　　　(选填“系统”或“偶然”)误差。
乙
偶然
(4)如果以U为纵坐标,以I=为横坐标,横坐标从0开始,纵坐标从U0起,用实验测得的七组数据,在下图中描点,该小组的两位同学分别作出了两条图线。则由更合理的图线得到电源电动势的测量值为　　　　。
U2
(5)有同学提出另一种方案:用一只电阻箱、一只电流表、开关、导线若干,测定电源的电动势和内阻。请你在虚线框中画出实验的电路图。
　　　　　　　　　



　
对点演练　某实验小组测量电源的电动势和内阻时,设计了如图所示的测量电路。使用的器材有量程0~500 mA、内阻为1.00 Ω的电流表;量程为0~3 V、内阻约为3 kΩ的电压表;阻值未知的定值电阻R1、R2、R3、R4、R5;开关S;一端连有鳄鱼夹P的导线1,其他导线若干。
甲
(1)测量时,改变鳄鱼夹P所夹的位置,使R1、R2、R3、R4、R5依次串入电路,记录对应的电压表的示数U和电流表的示数I。在一次测量中电压表的指针位置如图所示,其示数是　　　　V。
2.00
(2)其余实验数据如下表所示。根据下表中的数据,在下图中的坐标纸上描绘出相应的5个点,并作出U-I图像。
I/mA 440 400 290 250 100
U/V 2.10 2.32 2.40 2.70
(3)根据U-I图像求出电源的内阻r=　　　　Ω(保留三位有效数字)。
(4)在下图中,实线是由实验数据描点得到的U-I图像,虚线表示该电源真实
的路端电压和干路电流的关系图像,表示正确的是　　　　。
(5)根据实验测得的数据,判断R3与R4阻值的大小关系并写出依据 　。
1.02
C
见解析
解析 (1)由于电压表量程为3 V,且分度值为0.1 V,则电压表示数为2.00 V。
(2)根据描点连线如图所示。
(3)改变鳄鱼夹P所夹的位置,使R1、R2、R3、R4、R5依次串入电路,相当于将滑动变阻器采用限流式接法接入电路,改变滑片位置,因此,将电流表和电源看作等效电源,电压表的读数即为路端电压,根据闭合电路欧姆定律有U=E-I(r+RA),则图线斜率的绝对值即表示电源的内阻与电流表内阻之和,有r=×103 Ω-1.00 Ω=1.02 Ω。
(4)该实验电流表位于干路上,电流表有一定的分压作用,则有U外=U+UA,可知电源真实的路端电压大于电压表示数U;当电流为0时,电流表分压为0,则此时电源真实的路端电压等于电压表示数,即U-I图像的纵轴交于同一点,综上分析可知,电源真实的路端电压和干路电流的关系图像在实验数据描点得到的U-I图像的上方,且两图像在纵轴交于同一点。故选C。
(5)由于测量时,改变鳄鱼夹P所夹的位置,使R1、R2、R3、R4、R5依次串入电路,当R1、R2同时串入电路有R1+R2= Ω=5.25 Ω,当R1、R2、R3同时串入电路有R1+R2+R3= Ω=8 Ω,当R1、R2、R3、R4同时串入电路有R1+R2+R3+R4= Ω=9.6 Ω,可知R3=2.75 Ω,R4=1.6 Ω,故根据实验数据可知R3>R4。
考点二　拓展创新实验
实验器材 的创新
利用圆形时钟表盘和电阻丝替代电阻箱测电池的电动势和内阻
实验原理 的创新 　
甲 乙
1.利用图甲测量Rx;
2.利用图乙测量电源的电动势和内阻
数据处理 的创新
1.利用 和Rx改装电压表;
2.利用图像得电源的电动势和内阻
典例2　某同学为测量电池的电动势和内阻,设计了图甲所示的电路。其中定值电阻阻值为R0、电流表内阻可忽略不计。由于一时没有找到适合的滑动变阻器,于是选择用一根均匀电阻丝代替(电阻丝总阻值大于R0,并配有可在电阻丝上移动的金属夹P,金属夹P的电阻可忽略)。
(1)根据图甲完成图乙中实物连线。
甲
乙
(2)用欧姆表测量电阻丝的总电阻,先将选择开关旋至“×10”挡,红、黑表笔短接调零后进行测量,结果发现欧姆表指针偏角太大,则应将选择开关旋至
　　　　(选填“×1”或“×100”)挡并重新进行　　　 　。最终正确测量出电阻丝的总电阻为R。
(3)用游标卡尺测量电阻丝的总长度L,示数如图所示,则L=　　　　mm。
×1
欧姆调零
102.30
(4)实验前,将P移到金属丝　　　　(选填“a”或“c”)位置,合上开关S,调节金属夹的位置,依次测量出接入电路中的电阻丝长度x和电流表示数I,该小组同学根据实验数据描绘-x图像如图所示,图线斜率为k,与纵轴截距为b,该
电池电动势和内阻可表示为E=　　　　,r=　　　　(用R0、R、k、b、L
表示)。
c
-R0
解析 (1)根据电路图连接实物图如图所示。
(2)发现欧姆表指针偏角太大,说明电阻丝阻值较小,应将选择开关旋至×1,重新进行欧姆调零。
(3)游标卡尺的最小分度值为0.05 mm,主尺读数为102 mm,游标尺的第6条刻线和上面刻线对齐,则游标尺读数为6×0.05 mm=0.30 mm,则电阻丝的总长度为L=102 mm+0.30 mm=102.30 mm。
(4)为保护电路,实验前应将滑动变阻器调至最大值,即将P移到金属丝c处。
(5)接入电路的电阻丝长度为x时,电阻为Rx=x,根据闭合电路欧姆定律有E=I(R0+Rx+r),解得x。由图像可知k=,b=,解得E=, r=-R0。
典例3　利用如图所示的电路既可以测量电压表和电流表的内阻,又可以测量电源的电动势和内阻。主要实验步骤如下。
步骤一:按图连接好电路,调节电阻箱R1和R2,闭合开关S1和S2,再反复调节R1和R2,使电流计G的示数为0,读出电流表A、电压表V、电阻箱R1、电阻箱R2的示数分别为I1、U1、 R1、R2;
步骤二:反复调节电阻箱R1和R2(与步骤一中的电阻值不同),使电流计G的示数仍为0,读出电流表A、电压表V的示数分别为I2、U2,回答下列问题。
(1)在步骤一中,闭合开关S1和S2前,调节电阻箱至阻值　　　(选填“最大”或“最小”)。
(2)在步骤二中,将电阻箱R1的阻值减小,使电流计G的示数为0,则电阻箱R2阻值　　　　(选填“增大”或“减小”)。
(3)利用步骤一中的测量数据可以求得电压表的内阻RV=　　　　　。
(4)结合步骤一和步骤二中的测量数据可以求得电源电动势
E=　　 　　。
(5)电流计G的内阻对电动势的测量值　　　　(选填“有”或“无”)影响,其理由是　 　。
最大
减小
无
灵敏电流计两侧电势相等(共35张PPT)
第47课时　闭合电路欧姆定律及其应用
学习目标:1.理解并掌握闭合电路的欧姆定律,会分析电路的动态变化。
2.会计算涉及电源的电路功率。
3.掌握路端电压和电流的关系及电源的U-I图像。
√
√
×
×
×
解析
1.√
2.√　由U=E-Ir可知,R增大导致I减小,内电压Ir减小,路端电压U增大。
3.×　电动势等于电源开路时的路端电压,闭合电路中路端电压小于电动势。
4.×　当R=r时输出功率最大,R过大或过小都会使输出功率减小。
5.×　输出功率最大时效率仅为50%,效率η=,随R增大而提高。
考点一　闭合电路欧姆定律
1.电源
(1)电动势
①定义:非静电力所做的功与所移动的电荷量的比值,E=;
②物理含义:电动势表示电源把其他形式的能转化成　　　　　本领的大小,在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压。
(2)内阻:电源内部导体的电阻。
电势能
2.闭合电路欧姆定律
(1)内容:闭合电路的电流跟电源的电动势成　　　　,跟内、外电路的电阻之和成　　　;
(2)公式:I=　　　　　　(只适用于纯电阻电路);
(3)其他表达形式
①电势降落表达式:E=U外+U内或E=U外+　　　　(适用于　　　　电路);
②功率表达式:EI=UI+　　　　。
正比
反比
Ir
任意
I2r
3.路端电压与外电阻的关系
(1)一般情况:U=IR=·R=,当R增大时,U　　　　;
(2)特殊情况:
①当外电路断路时,I=0,U=　　　　;
②当外电路短路时,I短=　　　　,U=0。
增大
E
典例1　(2024南师大苏州实验学校月考)用图示电路测量电池的电动势和内阻,将两个阻值分别为12 Ω和20 Ω的定值电阻连入电路中,当开关S从位置1切换到位置2时,发现电流表示数变为原来的1.5倍。则(　　)
A.R1=20 Ω,r=4 Ω 　
B.R2=12 Ω,E=24 V
C.R1=12 Ω,r=2 Ω 　
D.R2=20 Ω,E=12 V
A
解析 当开关S从位置1切换到位置2时,发现电流表示数变为原来的1.5倍,则R1=20 Ω,R2=12 Ω,根据E=I(R1+r),E=1.5I(R2+r)得r=4 Ω,电源电动势无法得出,故A项正确。
考点二　直流电路的动态变化问题
1.动态电路的特点
断开或闭合开关、滑动变阻器的滑片移动、电阻增大或减小,导致电路电压、电流、功率等变化。
2.电路动态分析的方法
(1)程序法
(2)“串反并同”结论法
所谓“串反”,即某一电阻增大时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小,反之则增大;
所谓“并同”,即某一电阻增大时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大,反之则减小。
(3)极限法
因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端,让电阻最大或电阻为零去讨论。
(4)特殊值法
对有些复杂难以直接判断的问题,可采用特殊值代入分析。
典例2　在如图所示的电路中,闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P向下滑动时,V3、A、V1、V2四个理想电表的示数都发生变化,电表的示数分别用U3、I、U1、U2表示,下列判断正确的是(　　)
A.I减小,U1增大
B.I减小,U2减小
C.电压表V2的示数与电流表A示数之比不变
D.电压表V3的示数与电流表A示数之比变大
D
解析 当滑动变阻器的滑片P向下滑动时,R2接入电路的阻值变大,外电路总电阻变大,由闭合电路欧姆定律可知,总电流I变小,路端电压U变大,R1两端的电压U1=IR1减小,R2的电压U2=U-U1增大,故A、B项错误;电压表V2的示数与电流表A的示数之比为电阻R2的阻值,R2变大,故C项错误;电压表V的示数与电流表A的示数之比为外电路总电阻,外电路总电阻变大,故D项正确。
对点演练　如图所示的电路,R3为热敏电阻(阻值随温度升高而降低),其余为定值电阻。当R3所在处出现火情时,以下说法正确的是(　　)
A.电压表示数不变　　　 B.电压表示数变大
C.电流表示数变小 D.电流表示数变大
C
考点三　闭合电路的功率及效率问题
1.有关电源功率和效率的重要公式
电源总功率 任意电路:P总=EI=P出+P内
纯电阻电路:P总=I2(R+r)=
电源内部消耗的功率 P内=I2r=P总-P出
电源的输出功率 任意电路:P出=UI=P总-P内
纯电阻电路:P出=I2R=
P出与外电阻R的关系
电源的效率 任意电路:η=×100%=×100%
纯电阻电路:η=×100%
2.纯电阻电路的功率
(1)当R=r时,电源的输出功率最大为Pm=。
(2)当R>r时,随着R的增大输出功率越来越小。
(3)当R(4)当P出3.闭合电路是一个能量转化系统,电源将其他形式的能转化为电能。内外电路将电能转化为其他形式的能,EI=P内+P外就是能量守恒定律在闭合电路中的体现。
典例3　(2025南通名校联盟联考)如图所示,已知电源电动势E=6 V,内阻r=1 Ω,保护电阻R0=0.5 Ω。
(1)当电阻箱R读数为多少时,保护电阻R0消耗
的电功率最大,并求出这个最大值;
(2)当电阻箱R读数为多少时,电阻箱R消耗的
功率PR最大,并求出这个最大值;
(3)若电阻箱R的最大值为3 Ω,R0=5 Ω,
求:当电阻箱R读数为多少时,电阻箱R的功率最大,并求出这个最大值;
(4)求电源的最大输出功率。
答案 (1)0　8 W　(2)1.5 Ω　6 W　(3)3 Ω　 W　(4)9 W
解析 (1)保护电阻消耗的电功率为
P0=
因R0和r是常量,而R是变量,所以R最小时,P0最大,即R=0时
P0max= W=8 W。
(2)这时要把保护电阻R0与电源内阻r算在一起,根据以上结论,当R=R0+r,即R=1 Ω+0.5 Ω=1.5 Ω时,电阻箱R消耗的功率最大
PRmax= W=6 W。
(3)把R0=5 Ω当作电源内阻的一部分,则等效电源内阻r等为6 Ω,
而电阻箱R的最大值为3 Ω,小于6 Ω,由P=()2R=
可知不能满足R=r等,所以当电阻箱R的电阻取3 Ω时,R消耗功率最大,最大值为P=R= W。
(4)由电功率公式P出=R外=
当R外=r时,P出最大,即R=r·R0=0.5 Ω时
有P出max= W=9 W。
考点四　两类图像问题
1.电源的U-I图像的理解
(1)图线上的某点:图线上任一点对应的U、I表示该状态下的路端电压及电流,对于纯电阻外电路,其比值为此时外电路的电阻,即R=。
(2)截距:纵轴上的截距等于电源的电动势;横轴上的截距等于外电路短路时的电流,即I短=。
(3)斜率:图线斜率的绝对值等于电源的内阻,即r=,斜率的绝对值越大,电源的内阻越大。
注意:如果U轴或I轴不从零开始,则图线截距的意义会发生变化,但斜率的意义不变。
(4)“面积”:图中的阴影“面积”表示电源的输出功率。
2.电源与电阻的U-I图像的对比
项目 电源U-I图像 电阻U-I图像
图形
物理 意义 电源的路端电压随电路电流的变化关系 电阻中的电流随电阻两端电压的变化关系
项目 电源U-I图像 电阻U-I图像
截距 与纵轴交点表示电源电动势E,与横轴交点表示电源短路电流 过坐标原点,表示没有电压时电流为零
坐标U、I的乘积 表示电源的输出功率 表示电阻消耗的功率
坐标U、I的比值 表示外电阻的大小,不同点对应的外电阻大小不同 每一点对应的比值均等大,表示此电阻的大小
斜率(绝对值) 电源内阻r 电阻大小
典例4　如图所示,直线A、B分别为电源a、b的路端电压与电源电流的关系图像,将一定值电阻R0分别接到a、b两电源上,R0功率相等。则(　　)
A.电源a、b效率相同
B.电源a的内阻更大
C.若将定值电阻换为大于R0的电阻,电源b的输出功率大于电源a的输出功率
D.若将定值电阻换为小于R0的电阻,电源b的功率大于电源a的功率
C
解析 由闭合电路欧姆定律U=E-Ir,可知,图像与U轴的交点表示电动势,则a的电动势较小,图像的斜率的绝对值表示电源内阻r=,则a电源的内阻r较小,故B项错误;由于定值电阻R0分别接到a、b两电源上,R0功率相等,所以定值电阻两端的电压相等,即交点的纵坐标表示路端电压,由电源的效率η=×100%,可知电源a效率高,故A项错误;电源的输出功率即定值电阻的功率,若将定值电阻换为大于R0的电阻,如图:
图中的n图线与A、B图线的交点的乘积为电源的输出功率,由于图线n与图线B交点的电压与电流值均大于图线n与图线A交点的电压与电流值,即电源b的输出功率大于电源a的输出功率,故C项正确;电源的功率为P=EI,若将定值电阻换为小于R0的电阻,如图:
图线l与图线A、B交点的电流值表示电路中的电流,可知定值电阻与电源a组成的闭合电路中的电流大,又电源a的电动势小,所以电源b的功率与电源a的功率大小无法比较,故D项错误。
考点五　含容电路的分析
1.电路简化
把电容器所在的支路稳定时视为断路,简化电路时可以去掉,求电荷量时再在相应位置补上。
2.电容器的电压
(1)电容器所在的支路中没有电流,与之串联的电阻两端无电压,相当于导线。
(2)电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压。
3.电容器的电荷量及变化
(1)电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充、放电。若电容器两端电压升高,电容器将充电;若电压降低,电容器将通过与它连接的电路放电。
(2)如果变化前后极板带电的电性相同,通过所连导线的电荷量为|Q1-Q2|。
(3)如果变化前后极板带电的电性相反,通过所连导线的电荷量为Q1+Q2。
典例5　如图所示电路,已知电源电动势为E,内阻不计,电容器电容为C,闭合开关K,待电路稳定后,电容器上电荷量为(　　)
A.CE　　　 B.
C. D.CE
C
解析 电路稳定后,由于电源内阻不计,则整个回路可看成3R、2R的串联部分与R、4R的串联部分并联,若取电源负极为零电势点,则电容器上极板的电势为φ上=·2R=,电容器下极板的电势为φ下=·4R=,则电容器两端的电压U下上=,则电容器上的电荷量为Q=CU上下=CE,C项正确。(共39张PPT)
第52课时　电学实验综合
学习目标:1.了解常规法、差值法、等效替代法、半偏法、电桥法等测电阻的方法。
2.会利用电学实验知识探究创新实验方案。
考点一　测量电阻常用方法
考向1　常规法(伏安法、多用电表)
典例1　小明在做实验时,发现一个色环电阻的外漆脱落,如图所示,于是用多用电表测量该电阻Rx。
(1)正确的操作顺序是　　　　 。
A.把选择开关旋转到交流电压最高挡
B.调节欧姆调零旋钮使指针到欧姆零点
C.把红黑表笔分别接在Rx两端,然后读数
D.把选择开关旋转到合适的挡位,将红、黑表笔接触
E.把红黑表笔插入多用电表“+、-”插孔,用螺丝刀调节指针定位螺丝,使指针指0
EDBCA
(2)小明正确操作后,多用电表的旋指针位置如图所示,则Rx=　　　Ω。
(3)小林认为用多用电表测量电阻误差较大,采用伏安法测量。下图是部分连接好的实物电路图,请用电流表内接法完成接线并在下图中画出。
3 000
(4)小林用电流表内接法和外接法分别测量了该色环电阻的伏安特性,并将得到的电流、电压数据描到U-I图上,如图所示。请你选择一组合理的数据点,求出该色环电阻的电阻为　　 　　Ω(结果保留两位有效数字)。
(5)因电表内阻影响,测量值　　　　(选填“偏大”或“偏小”),原因是
　　　　　　　　。
3.1×103或3.2×103
偏大
电流表分压
考向2　差值法
电压差值法

U2=U1+R0 I=
电流差值法

I1(r1+R0)=(I2-I1)Rx I1(r1+Rx)=(I2-I1)R0
典例2　某研究性学习小组测量电阻Rx的阻值过程如下。
(1)用多用电表的欧姆挡粗测电阻,选用“×10”倍率的电阻挡测量,发现多用电表指针偏转角度过小,因此需选择　　　　(选填“×1”或“×100”)倍率的电阻挡,换挡后应重新　　　　(选填“欧姆”或“机械”)调零,测量时多用电表的示数如图所示,测量结果为　　 　　Ω。
×100
欧姆
1.9×103
(2)为了精确地测量待测电阻Rx的阻值,实验室提供了下列器材:
A.电流表A1(量程为0~500 A,内阻r1=800 Ω)
B.电流表A2(量程为0~1.5 mA,内阻r2≈300 Ω)
C.滑动变阻器R(0~100 Ω,额定电流1 A)
D.定值电阻R1=3 200 Ω
E.定值电阻R2=200 Ω
F.电源(电动势E=3.0 V,内阻r约2 Ω)
G.开关S、导线若干
①要求通过待测电阻的电流调节范围尽量大,从而可测量多组实验数据,请将设计好的电路图画在线框中(要标出器材的符号)。
②按正确的电路连接,闭合开关,记录电流表A1、A2的示数I1、I2,移动滑动变阻器的滑片,记录多组数据,并做出I1-I2图像如图所示,则待测电阻Rx=
　　 　　Ω(结果保留三位有效数字)。
2.00×103
解析 (1)用多用电表的欧姆挡粗测电阻,选用“×10”倍率的电阻挡测量,发现多用电表指针偏转角度过小,说明被测电阻太大,需选择大倍率的挡位,故选择“×100”倍率的电阻挡。换挡后,欧姆表内阻发生变化,所以应重新进行欧姆调零。测量电阻为19×100 Ω=1.9×103 Ω。
(2)①由于滑动变阻器阻值比待测电阻阻值小得多,所以控制电路采用分压式电路,由于采用伏安法测电阻,但没有电压表,所以用内阻已知的电流表A1来改装成电压表,则需要串联一个大电阻,由于电源的电动势为3.0 V,所以选择定值电阻R1=3 200 Ω,实验电路图如图所示。
②根据安安法测电阻有Rx=,
代入数据整理得I1=I2,
由图像可得=k=,解得Rx=2.00×103 Ω。
考向3　等效替代法
等效替代法[单刀双掷开关或者两个单刀单掷开关(不包括总开关)]
或 或
左一为例:电源输出电压不变,将S2合到2,调节电阻箱,示数为R1,使电表的示数与S2合到1时的示数相等,则Rx=R1
典例3　某同学用如图所示的电路测量未知电阻Rx的阻值。已知电源电动势约为4.5 V,内阻约为1.5 Ω,电压表满偏电压为3 V,定值电阻R0=3.5 Ω,电阻箱R最大阻值为99.9 Ω。
(1)将S2接1,闭合开关S1前,该同学首先将电阻箱的阻值调到最大,这样操作是　　　　(选填“正确”或“错误”)的。
错误
(2)多次改变电阻箱R的阻值,得到对应电压表的示数U如下表,请根据实验数据在下图中作出U-R关系图像。
电阻R/Ω 1.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0
电压U/V 0.75 1.28 2.00 2.45 2.76 3.00
(3)断开S1,将S2接2,再闭合S1,电压表示数为1.60 V,利用(2)中测绘的U-R图像可得Rx=　　　　Ω,考虑到电压表为非理想电表,则Rx测量值　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
(4)为了更方便地测量多种未知电阻,图甲虚线框中电路可作为欧姆表使用,电压表表盘改动后正确的是　　　　。
2.9
等于
C
解析 (1)当电阻箱电阻调到最大时,闭合开关S1时,电压表两端电压为U= V≈4.29 V,超过了电压表的量程,则该操作错误。
(2)作出U-R图像如图。
(3)电压表示数为1.60 V,利用(2)中测绘的U-R图像可得Rx=2.9 Ω,该方法为等效替代法,则电压表内阻对Rx的测量无影响,则Rx测量值等于真实值。
(4)设虚线内电路两端接的电阻阻值为R',则两端电压U=,则R'与U是非线性关系,则将电压表刻度改为电阻刻度时,刻度分布不均匀,结合U-R图像可知,当电阻较大,电阻变化相等时,电压变化越小,即电阻的刻度为右密左疏;当电压表满偏时,即3 V=,解得R'=10 Ω,故选C。
考向4　半偏法
两种半偏法的概述和比较
半偏法近似测量电流表 内阻
(1)断开S2、闭合S1,调节R0,使 表满偏为I0;
(2)保持R0不变,闭合S2,调节R,使 表读数为;
(3)由上得RA=R
半偏法近似测量电压表内阻
(1)滑动变阻器的滑片滑至最右端,电阻箱的阻值调到最大;
(2)闭合S1、S2,调节R0,使 表示数指到满偏刻度;
(3)断开S2,保持R0不变,调节R,使 表指针指到满偏刻度的一半;
(4)由以上可得RV=R
典例4　某同学为了测量一电流表内阻,采用如图甲所示的电路进行实验。已知电流表的量程是0~2 mA,内阻约是50 Ω,电池的电动势约为6 V。
(1)请用笔画线代替导线,在图乙中完成实物电路的连接。
甲
乙
(2)按图甲连接好电路后,接下来的正确操作顺序是　 　　　。
①将电阻箱R的电阻调到零,滑动变阻器R1的滑片调到最右端;
②读出电阻箱的电阻值Rx,可以认为电流表的内阻r=Rx;
③保持滑动变阻器的滑片位置不变,调节电阻箱的电阻,使得电流表的示数为;
④闭合开关S,调节变阻器R1的滑片,使得电流表达到满偏电流I0。
①④③②
(3)可供选择的器材有
A.滑动变阻器(0~5 Ω,3 A)
B.滑动变阻器(0~50 Ω,1 A)
C.电阻箱(0~999.9 Ω)
D.电阻箱(0~9 999 Ω)
为了比较准确地测量出电流表的内阻,应选用的滑动变阻器R1是　　　　;电阻箱R是　　　　(填仪器前的字母序号)。
A
C
(4)本实验中电流表内阻的测量值　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)电流表内阻的真实值。
(5)如果升高电池的电动势,用此电路测出的电流表的内阻的误差将
　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”)。
(6)若测得电流表的内阻为R0,为将其改装成量程为0.6 A的安培表,应
　　　　(选填“串联”或“并联”)阻值为　　　　的电阻。
大于
减小
并联
考向5　电桥法
在电阻的测量方法中,有一种很独特的测量方法,那就是电桥法。其测量电路如图所示,实验中调节电阻箱R3,当A、B两点的电势相等时,R1和R3两端的电压相等,设为U1。同时R2和Rx两端的电压也相等,设为U2。根据欧姆定律有。由以上两式解得R1×Rx=R2×R3。这就是电桥平衡的条件,由该平衡条件也可求出被测电阻Rx的阻值。
典例5　一实验小组为了测量某元件的电阻,进行了如下实验。
(1)首先用多用电表进行粗测,如图所示下列操作步骤正确的是　　　　。
A.如图甲,将红黑表笔短接,进行机械调零
B.如图乙,利用所示旋钮进行欧姆调零
C.如图丙,用“×10”挡测量时发现指针偏转角度过大,为了准确测量,应换到“×100”挡
D.实验完成后,挡位调至如图丁所示位置
BD
(2)随着使用时间的增长,欧姆表内部的电源电动势会减小,内阻会增大,但仍能进行欧姆调零。若仍用该表测电阻,则测量结果会　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(3)为了精确测量该元件的电阻,同学们又采用了如图所示电路进行测量。电路由控制电路和测量电路两部分组成。实验用到的器材如下:
A.待测电阻Rx
B.灵敏电流计G
C.定值电阻R0=80 Ω
D.粗细均匀的电阻丝AB(总长为L=60.00 cm)
E.滑动变阻器R
F.线夹、开关以及导线若干
G.电源(电动势为3 V)
偏大
①在闭合开关S前,可将线夹P2大致固定于电阻丝AB中部位置,滑片P1应置于a端。闭合开关后,先移动滑动变阻器的滑片P1至某一位置,然后不断调节线夹P2所夹的位置,直到灵敏电流计G示数为零,测出此时AP2段电阻丝长
度x=12.00 cm,则Rx的阻值计算式为　　　　(用R0、L、x表示),代入数据
得Rx=　　　　Ω。
②为减小因电阻丝粗细不均匀带来的误差,将定值电阻R0换成电阻箱,并按照①中的操作,电阻箱的阻值记为R1;然后将电阻箱与Rx交换位置,保持线夹P2的位置不变,调节电阻箱,重新使灵敏电流计G示数为零,此时电阻箱的阻值记为R2,则电阻R=　　　　。
20
解析 (1)将红黑表笔短接,进行的是欧姆调零,选项A错误;图乙所示旋钮为欧姆调零旋钮,选项B正确;用“×10”挡测量时发现指针偏转角度过大,说明电阻较小,为了准确测量,应换到“×1”挡,选项C错误;实验完成后,应将开关置于OFF挡或交流电压最高挡,选项D正确。
(2)多用电表的测量原理为电路欧姆定律,当电池电动势减小、内阻变大时,欧姆表重新调零,即满偏电流不变,则Ig=,可知欧姆表的内阻R中变小。当测电阻时有I=,因R中变小,则同一被测电阻的电流要变小,对应的电阻刻度值要变大,即测量结果会偏大。
(3)①当灵敏电流计G示数为零时,说明Rx的分压和AP2部分的分压相等,即,整理得,则Rx=,代入数据解得Rx=20 Ω。
②根据第①问的原理,交换位置前有,交换位置后有,可得,解得Rx=。
考点二　定值电阻的应用
放大 (或保护) 作用 1.电表改装中表头或低量程电流表串联一个电阻,可改装成一个电压表,其中定值电阻分担了多余的电压,放大了电表的量程,同时对电表起保护作用;
2.电表改装中表头或低量程电压表并联一个电阻,可改装成一个电流表。其中定值电阻分担多余的电流,放大了电表的量程,保护表头;
3.定值电阻与测量对象串联
等效于 电流表 1.定值电阻与电压表并联,可作为电流表使用;另外,若使用电阻箱和电压表测量电源电动势和内阻,电压表的示数除以电阻箱的阻值即可得到干路电流,相当于一个电流表;
2.已知内阻的电压表相当于一个电流表
等效于 电压表 1.定值电阻若与一个电流表串联,可作为电压表使用,与电压表的改装类似,但也有不同的情况;
2.已知内阻的电流表相当于一个电压表
典例6　小明要将一量程为0~3 mA的电流表改装成量程为0~3 V的电压表。他测得该电流表内阻为120 Ω,经计算后将一阻值为R0的电阻与该电流表连接,进行改装。然后利用一标准电压表,根据图甲所示电路对改装后的电压表进行检测。
(1)请在图甲的虚线框中将电流表和电阻R0的连接电路画好,滑动变阻器R有两种规格,分别是R1(0~20 Ω)和R2(0~2 000 Ω),应选择　　　　。
R1
(2)实物电路如图乙所示,请以笔画线代替导线,连接电路。
(3)当标准电压表的示数为2.20 V时,改装表的指针位置如图丙所示,读数为
　　　　V。
(4)产生上述问题的原因可能是　　　　。
A.电流表内阻测量值偏大,导致电阻R0的计算值偏大
B.电流表内阻测量值偏大,导致电阻R0的计算值偏小
C.电流表内阻测量值偏小,导致电阻R0的计算值偏大
D.电流表内阻测量值准确,但实际满偏电流小于3 mA　
2.33
BD
(5)为了解决上述问题,小华提出改进方案如下:用电阻箱(0~99 999 Ω)替换R0接入电路,他接下来的操作顺序是　　　 　。
①闭合开关;
②缓慢移动滑片P,使得标准电压表示数约为2 V;
③记录电阻箱的示数,选用与此示数相等的电阻替换R0;
④调节电阻箱,使得改装表的示数与标准表的示数相同;
⑤将滑片P置于滑动变阻器的最左端,电阻箱的阻值调至最大。
⑤①②④③
解析 (1)因为改装电压表需要将电流表和定值电阻串联,所以电路图如下。
甲
因为该电路是分压式电路,应该选最大阻值较小的滑动变阻器,即应选R1;
(2)因为滑动变阻器是分压式接法,故实物图如图。
乙
(3)因为将一量程为3 mA的电流表改装成量程为3 V的电压表,所以电压表精确度为0.1 V,则需要估读到小数点后两位,所以读数为2.33 V。
(4)因为电表指针偏角比标准值偏大,所以有可能是电流偏大,即电流表内阻测量值偏大,导致电阻R0的计算值偏小。也有可能是电流准确,但原电流表满偏电流就偏小,即电流表内阻测量值准确,但实际满偏电流小于3 mA。故选BD。
(5)为了解决上述问题,可以用电阻箱(0~99 999 Ω)替换R0接入电路,操作顺序应为:先将滑片P置于滑动变阻器的最左端,电阻箱的阻值调至最大;之后闭合开关,然后缓慢移动滑片P,先使得标准电压表示数约为2 V,然后再调节电阻箱,使得改装表的示数与标准表的示数相同,最后记录电阻箱的示数,选用与此示数相等的电阻替换R0,所以顺序为⑤①②④③。(共35张PPT)
第48课时　电学实验基础
学习目标:1.会分析电学实验的误差,会通过改进电路减少系统误差。
2.掌握常用仪器的读数方法。3.会根据电路原理图连接实验器材。
考点一　基本仪器的使用与读数
1.两种常见长度测量类仪器的使用及读数方法
(1)游标卡尺
d=主尺读数(mm)+精度×游标尺上对齐刻线数值(mm),不估读。
10分度游标,精度0.1 mm;
20分度游标,精度0.05 mm;
50分度游标,精度0.02 mm。
(2)螺旋测微器
测量值=固定刻度+可动刻度×0.01 mm+估读值。
注意要估读到0.001 mm。
2.电流表、电压表、欧姆表的比较
仪器 量程选择 读数
电流表 使指针指示超过满偏刻度的的位置 0~3 V和0~3 A量程估读到最小分度的;
0~15 V量程估读到最小分度的;0~0.6 A量程估读到最小分度的
电压表
欧姆表 使指针尽量指在表盘的中间位置 表盘读数乘以相应挡位的倍率
典例1　(1)如图所示的三把游标卡尺,它们的游标尺从上至下分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分、49 mm长50等分,它们的读数依次为
　　　　mm,　　　　mm,　　　　mm。
17.7
23.85
3.18
(2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径,示数如图所示,则金属丝的直径是
　　　　mm。
2.150
(3)①图丁使用0~0.6 A量程时,对应刻度盘上每一小格代表　　　　A,图中表针示数是　　　　A;当使用0~3 A量程时,对应刻度盘上每一小格代表
　　　A,图中表针示数为　　　　A。
②图戊使用较小量程时,每小格表示　　　　V,图中表针的示数为
　　　　V。若使用的是较大量程,则这时表盘刻度每小格表示　　　　V,图中表针示数为　　　　V。
0.02
0.44
0.1
2.20
0.1
1.70
0.5
8.5
(4)旋钮式电阻箱如图所示,电流从接线柱A流入,从B流出,则接入电路的电阻为　　　　Ω。今欲将接入电路的电阻改为2 087 Ω,最简单的操作方法是　 。
若用两个这样的电阻箱,即可得到的电阻值范围为　 　　　　。
1 987
将“×1 k”旋钮调到2,再将“×100”旋钮调到0
0~19 998 Ω
考点二　测量电路与控制电路的选择
1.电流表内、外接法的比较
项目 内接法 外接法
电路图
误差原因 电流表分压U测=Ux+UA 电压表分流I测=Ix+IV
电阻测 量值 R测==Rx+RA>Rx, 测量值大于真实值 R测=测量值小于真实值
适用条件 RA Rx RV Rx
适用于测量 大电阻 小电阻
口诀 大内偏大(大电阻用内接法测量,测量值偏大) 小外偏小(小电阻用外接法测量,测量值偏小)
2.电流表两种接法的选择
(1)阻值比较法:先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较,若Rx较小,宜采用电流表外接法;若Rx较大,宜采用电流表内接法。简单概括为“大内偏大,小外偏小”。
(2)临界值计算法
Rx<时,用电流表外接法;
Rx>时,用电流表内接法。
(3)试触法:按如图所示的电路图接好电路,让电压表一根接线柱P先后与a、b处接触一下,如果电压表的示数有较大的变化,而电流表的示数变化不大,则可采用电流表外接法;如果电流表的示数有较大的变化,而电压表的示数变化不大,则可采用电流表内接法。
3.滑动变阻器两种接法的比较
项目 限流接法 分压接法
两种接法 电路图
负载R上电压调节范围 ≤U≤E 0≤U≤E
负载R上电流调节范围 ≤I≤ 0≤I≤
闭合S前触头位置 b端 a端
4.滑动变阻器两种接法的选择
滑动变阻器的最大阻值和用电器的阻值差不多且不要求电压从零开始变化,通常情况下,由于限流式结构简单、耗能少,优先使用限流式。
滑动变阻器必须接成分压电路的几种情况
(1)要求电压表能从零开始读数,要求电压(电流)测量范围尽可能大;
(2)当待测电阻Rx R(滑动变阻器的最大阻值)时(限流式接法滑动变阻器几乎不起作用);
(3)若采用限流式接法,电路中的最小电流仍超过电路中电表、电阻允许的最大电流。
典例2　甲实验小组要探究一个规格为“5.0 V　0.20 W”的小灯泡的伏安特性曲线。有下列器材可供选用:
A.电压表V1(量程0~6 V,内阻值约1.5 kΩ)
B.电压表V2(量程0~20 V,内阻20 kΩ)
C.电流表A1(量程0~3 A,内阻0.2 Ω)
D.电流表A2(量程0~50 mA,内阻2.0 Ω)
E.滑动变阻器R1(最大电阻约20 Ω)
F.滑动变阻器R2(最大电阻约1 kΩ)
G.电源(电动势6 V,内阻不计),开关一个,导线若干
(1)要求小灯泡电压从零开始调节,为了调节方便,测量尽可能准确,电压表应选用　　　　,电流表应选用　　　　,滑动变阻器应选用　　　　(填器材前的字母)。
(2)根据所选器材和要求在虚线框中画出实验电路图。
　　　　　　　　　　　　　





A
D
E
(3)乙实验小组正按正确操作得到另外一个元件伏安特性曲线(I-U图像如图),如果将这个元件直接接到电动势为3.0 V、内阻值为7.5 Ω的电源两端,则该元件电阻值是　　　　 Ω。(结果保留两位有效数字)
15
解析 (1)灯泡额定电压为5.0 V,因此电压表应选择6 V量程的电压表,故选A;
灯泡的额定电流I==40 mA
故电流表只能选择D;
本实验中采用滑动变阻器分压接法,所以滑动变阻器应选择总阻值较小的E。
(2)本实验中电流从零开始调节,故滑动变阻器采用分压接法;同时因灯泡内阻较小,故电流表采用外接法,故原理图如图所示。
(3)在灯泡的伏安特性曲线中作出电源的伏安特性曲线,如图所示:
两图的交点表示灯泡的工作点,则由图可知,灯泡电压为1.98 V,电流为0.13 A,故电阻
R==15 Ω。
考点三　实验器材的选取与实物的连接
1.仪器选择的技巧
(1)电压表、电流表:不超过量程,且要超过满偏刻度的。有时也可以从测量数据来确定选择的电表。
(2)滑动变阻器:分压选阻值小的且不超过其额定电流的滑动变阻器,限流选最大阻值为待测电阻2~3倍的滑动变阻器。电流半偏法测电阻,滑动变阻器选阻值大的。
(3)定值电阻:若用于电表改装,阻值与改装后的量程匹配;若用于保护电路,应使电流表、电压表读数在满偏刻度的以上。
2.实物图连接的注意事项
(1)画线连接各元件,一般先从电源正极开始,按照电路原理图依次到开关,再到滑动变阻器,按顺序以单线连接方式将主电路中串联的元件依次串联起来,再将要并联的元件并联到电路中去。
(2)连线时要将导线接在接线柱上,两条导线不能交叉。
(3)要注意电表的量程选择和正、负接线柱连接,要使电流从电表的正接线柱流入,从负接线柱流出。
(4)滑动变阻器的接法:限流法,导线分别连接到上、下接线柱上(两个接线柱);分压法,导线分别连接到上边一个接线柱和下边两个接线柱上(一上两下三个接线柱)。
典例3　要测量某电阻Rx(阻值约为100 Ω)的阻值,某同学根据实验室提供的器材,设计了如图所示的电路图。实验室提供的器材有:
A.电压表V:量程3 V,内阻约为3 000 Ω
B.电流表A1:量程0.6 A,内阻约为3 Ω
C.电流表A2:量程10 mA,内阻约为100 Ω
D.定值电阻R0:阻值200 Ω
E.滑动变阻器R1:阻值范围0~20 Ω,
允许通过的最大电流为1 A
F.滑动变阻器R2:阻值范围0~100 Ω,
允许通过的最大电流为2 A
G.电源E:电动势为3 V,内阻不计
H.开关两个,导线若干
(1)根据电路图可知,电流表应选用　　　　(选填“A1”或“A2”),滑动变阻器应选用　　　(选填“R1”或“R2”)。
(2)请根据电路图将如图所示的实物图连接完整。
A2
R1
(3)下图中,闭合开关S1前,应先将滑动变阻器滑片移到最　　　　(选填“左”或“右”)端,闭合开关S1、S2,调节滑动变阻器,使电压表的指针偏转较大,记录这时电压表和电流表的示数U1、I1,断开开关S2,记录这时电压表和电流表的示数
U2、I2,则被测电阻的阻值为Rx=　　　　。
(4)若考虑电流表内阻的影响,从系统误差角度分析Rx的测量值Rx测与真实值Rx真之间的关系:
Rx测　　　　(选填“>”“<”或“=”)Rx真。
右
=
解析 (1)电流表若选用A1,则测量电路中的最大电流为I=≈0.015 A,远
小于电流表A1的量程,因此电流表应选用A2,由于是分压电路,因此滑动变阻器选用最大阻值较小的R1。
(2)根据分压式接法,滑动变阻器采用两下一上的连接方式,实物图连接如图所示。
(3)为了保护电路安全,在闭合开关S1前,应先将滑动变阻器滑片移到最右端,确保并联部分电路的电压为零。根据欧姆定律结合电路的串、并联特点,被测电阻的阻值为Rx=。
(4)本实验利用两次测量消除了系统实验误差,若考虑电流表内阻的影响,则=R0+RA,=R0+RA+Rx,故Rx=,即Rx测=Rx真。
典例4　(2023江苏卷)小明通过实验探究电压表内阻对测量结果的影响。所用器材:干电池(电动势约1.5 V,内阻不计)2节;两量程电压表(量程0~3 V,内阻约3 kΩ;量程0~15 V,内阻约15 kΩ)1个;滑动变阻器(最大阻值50 Ω)1个;定值电阻(阻值50 Ω)21个;开关1个及导线若干。实验电路如图甲所示。
甲
(1)电压表量程应选用　　 　(选填“0~3 V”或“0~15 V”)。
(2)图乙为该实验的实物电路(右侧未拍全)。先将滑动变阻器的滑片置于如图所示的位置,然后用导线将电池盒上接线柱A与滑动变阻器的接线柱
　　　(选填“B”“C”或“D”)连接,再闭合开关,开始实验。
0~3 V
D
乙
(3)将滑动变阻器滑片移动到合适位置后保持不变,依次测量电路中O与1,2,…,21之间的电压。某次测量时,电压表指针位置如图丙所示,其示数为
　　　　V。根据测量数据作出电压U与被测电阻值R的关系图线,如图丁中实线所示。
丙
丁
1.50
(4)在图甲所示的电路中,若电源电动势为E,电压表视为理想电压表,滑动变阻器接入的阻值为R1,定值电阻的总阻值为R2,当被测电阻为R时,其两端的
电压U=　　　　(用E、R1、R2、R表示),据此作出U-R理论图线如图丁中
虚线所示。小明发现被测电阻较小或较大时,电压的实测值与理论值相差较小。
(5)分析可知,当R较小时,U的实测值与理论值相差较小,是因为电压表的分流小,电压表内阻对测量结果影响较小。小明认为,当R较大时,U的实测值与理论值相差较小,也是因为相同的原因。你是否同意他的观点 请简要说明理由 　。
不同意,理由见解析
解析 (1)所用电源为两节干电池,电动势为3 V,则所用电表量程为0~3 V。
(2)闭合开关之前,滑动变阻器阻值应该调到最大,则由图可知,电池盒上的接线柱A应该与滑动变阻器的接线柱D连接。
(3)电压表最小刻度为0.1 V,则读数为1.50 V。
(4)由闭合电路欧姆定律可得I=,当被测电阻阻值为R时电压表读数U=IR=。
(5)不同意;当R较大时,则电压表内阻不能忽略,则电路中的电流I=,则电压表读数为U=,当R较大时,R=R2时R最大,此时U=,因RV R1,则电压表读数接近于U=。

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