第十三讲 电压
知识与技能:掌握电压表的使用方法,掌握串并联电路电压的关系;
习惯与方法:能够通过设计电路来研究简单的电学问题,养成善于思考,乐于解决问题的习惯;
思维与素养:能够使用严谨的科学的探究方法来研究问题,得出正确结论,提升探究能力。
亚历山德罗·伏特
电压的单位是为了纪念意大利著名的物理学家Volta而命名的,伏打电池是伏特于1800年制成的世界上第一个电池。受封为伯爵。
伏打电堆是由铜板和锌板中间夹着一层含食盐水的湿布组成。多层极板相当于多个电池串联而成,因此叫伏打电堆。这是物理学历史上的神奇发明之一。电堆能产生连续的电流,它的强度的数量级比从静电起电机能得到的电流大,由此开始了一场真正电学的科学革命。
现在,电池的形式多种多样,电压和放电容量也成倍的得到了提高。但是人们并不会满足于此。我们的智能手机一天需要一次甚至几次充电、电动车的实际续航里程还不到400km,根本不适合跑长途、许多电池需充电需要的时间很长……还有很多实际的问题等待着我们去解决。也许等到真正的“一秒充满”或者把电池的能量密度提高到现在的数倍或数十倍,我们就不用再为手机电量而焦虑,也可以放心大胆地开着电动车而不用担心在半路没电了。
1.电压的作用
类比法研究:在学习电流时,我们把电流类比作水流。要让水持续流动,就需要有水压。那么要让电荷持续的定向运动,就需要______。
抽水机水压水流 电源电压电流
结论:电压是电路中产生电流的原因,电源是提供电压的装置。
注意:水压是两地之间的高度差产生的。类似地,电压也是两点的电势差产生的。所以我们不能讲“某点的电压”,应该讲“两点间的电压”、“电源电压”或“某元件两端的电压”。
互动讨论:分析下列说法是否正确,为什么?
A.电路中只要有电压就会有电流; B.只要电路接通就有电流通过;
C.电路中有电源就一定有电流; D.电路中有电流,则电路两端一定有电压。
2.电压的符号和单位
(1)电压的符号:____;单位:主单位—______;简称—____;符号—____。
其他单位还有:千伏(kV)、毫伏(mV)、微伏(μV)
换算关系:1kV=1000V;1V=1000mV;1mV=1000μV
(3)了解常见的电压值
3.电压的测量
(1)认识电压的测量工具——电压表
电压表实物 电压表的元件符号:_______
(2)电压表的读数
步骤:①明确量程;②确定最小刻度值;③数出格数。
互动练习:读数下列电压表的示数,记录在下方的横线上。
______________ ______________ ______________ _____________
(3)电压表的使用规范:
①检查指针是否对准____刻度线;
②正确选择量程:估计、试触法选______;
③与被测电路并联,电流正入负出;
④可以将电压表直接连电源两极上测电源电压。
× √ ×
互动讨论:电压表的使用和电流表有哪些异同点?
判断下列电路闭合后,电压表测得是哪部分的电压?
※ 关于电压表测量哪个电压的问题
通路时:看电压表两边顺着导线(或相当于导线的其他元件:)来到谁的两端,测的是不包含电源的这一侧的电压。
若直接在电源两端,则测的是电源电压(或所有元件的总电压)
断路时:电压表只要能连通电源,就测电源电压。中间有用电器也没有影响。
4.探究串并联电压的规律
实验器材:干电池 3节,小灯泡 2个,开关 1个,电压表 1个,导线若干。
(1)电池组的电压
数据记录和分析:
干电池 一节 两节串联 三节串联
电压(V) 1.5V 3V 4.5V
结论 串联电池组的总电压等于________________________
互动讨论:如果将3节干电池并联,电压会是多少?请提出合理的猜想,并动手去验证一下吧!
(2)串联电路的电压
用电压表分别测出灯L1和灯L2两端的电压U1、U2及L1、L2串联后的总电压U。更换不同规格的灯泡,多次实验。
数据记录和分析:
U1 U2 U
电压(V) 2.0V 2.5V 4.5V
1.8V 2.7V 4.5V
1.5V 3.0V 4.5V
结论 串联电路的总电压等于_____________________
(3)并联电路的电压
用电压表分别测出图中两盏电灯两端的电压U1、U2及电源两端的电压U。更换不同规格的灯泡,多次实验。
数据记录和分析:
U1 U2 U
电压(V) 3.0V 3.0V 3.0V
3.0V 3.0V 3.0V
3.0V 3.0V 3.0V
结论 并联电路各支路两端的电压________且___________________
串、并联电路的电流和电压规律可以简记为:串联等流分压、并联等压分流。
互动讨论:你能用与水压的类比法描述“串联分压”和“并联等压”吗?
精熟讲授① 如果某次电学实验不能正常进行,需要判断干电池是否报废,可取一节干电
池用电压表来测量它的电压,下列步骤正确的是( )
①把电压表的正接线柱与干电池的负极接触,负接线柱与干电池的正极接触
②在刻度盘上读出电压值
③选择电压表的量程为0~3V
④选择电压表的量程为0~15V
⑤把电压表的正接线柱与干电池的正极接触,负接线柱与干电池的负极接触
A.③②① B.①⑤② C.③④② D.③⑤②
高效演练1-1在某次实验时,电表的示数如图所示。其示数为( )
A.1.5A B.7.5A
C.1.5V D.7.5V
高效演练1-2如图,要使L1与L2串联,在"○"处接入电流表或电压表来测量电路中的电流和 L1两端的电压。以下做法正确的是( )
A. a为电流表,b为电流表 B.a为电压表,b为电流表
C. a为电流表,b为电压表 D.a为电压表,b为电压表
精熟讲授① 图示电路中各元件完好,a、b、c、d、e、f为接线柱,将电压表接在其中两个接线柱上后,开关闭合时,电压表示数为0;开关断开时,电压表有示数。则与电压表相连的两个接线柱可能是( )
A.a和b B.c和d C.a和f D.e 和f
高效演练1-1 如图所示,电源电压一定。关于电路的工作情况,下列说法正确的是( )
A.同时闭合两个开关,两只灯泡电流是相同的
B.若先闭合S1,再闭合S2,电压表读数不变、电流表读数变大
C.若电压表和电流表位置对调,闭合S1、S2后,则两表都被烧坏
D.若灯L1被短路,闭合S1、S2后,灯L1不亮,灯L2亮,电流表损坏
精熟讲授② 探究水果电池∶下面请同学们跟我一起走进"水果电池"实验课堂。
(1)如何验证水果能做成电池?可以选用电流表或电压表,观察连接后指针是否会_________。
(2)如何确定水果电池的正负极?可以把电流表或电压表的接线柱分别接在两金属片上,根据 指针的________判断。如图是小明同学把两种不同的金属片插入柠檬制成的"水果电池"。 用电压表测量水果电池的电压,则金属片 B 是水果电池的______极。
高效演练2-1 小芳在"探究串联电路电压特点"的实验时,连接好了的实物电路图如图甲所示,请你协助完成∶
(1)在方框内画出与图甲对应的电路图,并在电路图中标上 L1、L2。
(2)在某次测量时,电压表的示数如图乙所示,此时灯 L1两端的电压为_____V。
(3)闭合开关后,小芳发现 L1、L2均不发光,电压表有示数且大小接近3V,则电路中出现的故 障可能是L1发生了____(选填"短路"或"断路")。
(4)排除故障,小芳在测量了灯L1两端的电压后断开开关,然后将导线AE的A端松开,接到D 接线柱上测量灯L2两端的电压,这一做法会造成 。
电路故障问题
精熟讲授① 如图:当开关闭合后,两灯均不亮,电流表指针几乎不动,而电压表指针有明显偏转,由此分析该电路的故障可能是 ( )
A. 电流表坏了或接触不良
B. L2发生了短路故障
C. L1发生了断路故障
D. L2发生了断路故障
高效演练1-1 如图所示,电源电压保持不变,开关S从闭合到断开时,则电压表应该是 ( )
A. 示数变为0 B. 有示数,测量的是电源电压
C. 有示数,测量的都是灯两端的电压 D. 示数将变大,但无法测量
精熟讲授② 如图所示,把两个灯泡L1和L2串联起来,再把两端接到电源上,已知电压表读数为零,这可能是灯泡L1出现 故障,也可能是灯泡L2出现 故障。
高效演练2-1 若将电路图中的电流表与电压表互换位置,可能出现的情况是 ( )
A. 电流表烧毁 B. 电压表烧毁 C. 灯烧毁 D. 均不可能发生
小芳想了解当滑动变阻器与电阻并联时,调节滑片,电阻两端的电压及电路中的电流怎样改变。
(1)实验电路图如图甲所示,请在图乙中连接对应的实物图。
(2)改变滑动变阻器接入电路的阻值,记录数据如表,在图丙的坐标系中画出电阻R的U-I图像。
(3)某次实验电压表和电流表 A1的示数如图丁所示,U= V,I1= A, I2=0.90A,此时通过滑动变阻器的电流为 A
(4)此电路不允许滑动变阻器接入电路的阻值为零,原因是 。