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5 实验：练习使用多用电表
实验目的
1．认识多用电表表盘刻度特点和各测量功能区域。
2．会用多用电表测量电压、电流、电阻。
3．会用多用电表测量二极管的正反向电阻。
实验原理
1．认识多用电表
图甲为一种多用电表的外形图。
甲
2．使用多用电表
(1)机械调零：用小螺丝刀轻轻转动表盘下面的指针定位螺丝，使指针指到零刻度。
(2)选好正确挡位及量程：测量前一定要明确测量的物理量，将选择开关旋转到与被测物理量对应的位置并选择合适的量程。
(3)正确接入测量电路：正确选好挡位和量程后，将红、黑表笔接入电路。
①测量电压时要与电路并联。
②测量电流时要与电路串联。
③测量电阻时，应将电阻与其他电路断开，测量前先将多用电表的选择开关旋至欧姆挡，选择合适的倍率挡，将两表笔短接，进行欧姆调零，若需要换挡时，必须重新进行欧姆调零。
④测量完毕，应将选择开关置于“OFF”挡或交流电压的最高挡，并拔出表笔，若长期不用，还应将电池取出。
3．数字式多用电表
如图乙是某种数字式多用电表。数字式多用电表的测量值以数字形式直接显示，使用方便。
乙
实验器材
多用电表、电学黑箱、直流电源、开关、导线若干、小灯泡、二极管，定值电阻(大、中、小)三个。
实验步骤
1．测量直流电压
(1)将选择开关旋转到直流电压挡。
(2)根据待测电压的估计值选择量程。如果难以估计待测电压值，应按照由大到小的顺序，先将选择开关旋转到最大量程上试测，然后根据测量出的数值，重新确定适当的量程再进行测量。
丙
(3)测量时，用红、黑测试表笔使多用电表跟待测电路并联，注意使电流从“＋”插孔流入多用电表，从“－”插孔流出多用电表，检查无误后再闭合开关S，如图丙所示。
(4)根据挡位所指的量程以及指针所指的刻度值，读出电压表的示数。
2．测量直流电流
(1)将选择开关旋转到直流电流挡。
(2)根据待测电流的估计值选择量程。如果难以估计待测电流值，应按照由大到小的顺序，先将选择开关旋转到最大量程上试测，然后根据测量出的数值，重新确定适当的量程再进行测量。
(3)多用电表直流电流挡与电流表原理相同，测量时应使电表与待测电路串联。
(4)红表笔插入“＋”插孔，黑表笔插入“－”插孔。测量时，使电流从红表笔流入(即红表笔接与电源的正极相接的一端)，从黑表笔流出(即黑表笔接与电源负极相接的一端)，如图丁所示。
丁
(5)需要注意多用电表直流电流挡是毫安挡，不能测量比较大的电流。
(6)选择适当的量程，使指针偏转角尽量大一些，这样测量结果相对较准。
3．测量导体的电阻
(1)机械调零：使用前若表针没有停在左端“0”刻度位置，要用螺丝刀转动指针定位螺丝，使指针指向零刻度。
(2)选挡：估计待测电阻的大小，旋转选择开关，使其尖端对准欧姆挡的合适倍率。
(3)欧姆调零：将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指在表盘右端“0”刻度处。
(4)测量读数：将两表笔分别与待测电阻的两端接触，表针示数乘以倍率即为待测电阻阻值。
(5)测另一电阻时重复(2)(3)(4)三步。
(6)实验完毕：应将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡。
4．测量二极管的正反向电阻
二极管的全称叫晶体二极管，是用半导体材料制成的电子元件，它有两根引线，一根叫正极，另一根叫负极，二极管的表示符号如图戊所示。
戊
(1)二极管的单向导电性。
电流从正极流入时电阻比较小，处于导通状态，相当于一个接通的开关；电流从负极流入时电阻比较大，相当于一个断开的开关。
(2)测量正向电阻。
将多用电表的选择开关旋至低倍率的电阻挡，进行欧姆调零，将黑表笔接二极管正极，红表笔接二极管负极，把读得的数值乘以电阻挡倍率，即为二极管的正向电阻。
(3)测量反向电阻。
将多用电表的选择开关旋至高倍率的电阻挡，进行欧姆调零，将黑表笔接二极管负极，红表笔接二极管正极，把读得的数值乘以电阻挡倍率，即为二极管的反向电阻。
误差分析
1．电池用旧后，电源两端电压会减小，内电阻会变大，致使电阻测量值偏大，要及时换电池。
2．欧姆表的表盘刻度不均匀，估读时易带来误差。
3．由于欧姆表刻度的非线性，表头指针偏转过大或过小都会使误差增大，因此要选用恰当挡位，使指针指中值附近。
4．读数时的观测易形成偶然误差，要垂直表盘正对指针读数。
注意事项
1．用多用电表电压挡、电流挡测电压、电流时要注意红、黑表笔与电源的正、负极相连。
2．需要注意多用电表直流电流挡是毫安挡，不能测量比较大的电流。选择适当的量程，使指针偏转角尽量大一些，这样测量结果相对较准。
3．测电阻时应注意的问题
(1)选挡后要进行欧姆调零。
(2)换挡后要重新进行欧姆调零。
(3)被测电阻要与电源等其他元件分离，不能用手接触表笔的金属杆。
(4)被测电阻阻值等于指针示数乘以倍率。
(5)使用后，要将两表笔从插孔中拔出，并将选择开关旋至“OFF”挡或交流电压最高挡，若长期不用，应将电池取出。
(6)选择倍率时，应使指针尽可能指在中央刻度线附近。
指针位置 选择开关所处挡位 读数
a 直流电流100 mA ________ mA
直流电压5 V ________ V
b 电阻×100 ________ Ω
[解析] 读取直流电压、电流时看表盘正中央的那条刻度均匀的刻度线。对于直流100 mA电流挡，每大格为20 mA，每小格表示2 mA，所以读数是23 mA；对于5 V电压挡，每大格为1 V，每小格表示0.1 V，所以读数是1.15 V；测量电阻时读最上面的一条刻度线，所以读数是330 Ω。
[答案] 23 1.15 330
[微点拨]
(1)多用电表读数时，一定要找到与所测量量相对应的刻度，分清其量程及最小刻度值，用欧姆挡测量电阻阻值的示数为：读数×倍率。
(2)直流电流和电压的刻度线都是均匀的，读数时可以共用，但需按比例计算，如读取5 mA量程的电流时可利用“50”的刻度线，只是“50”相当于“5 mA”。
【对点训练】
1．(2023·广东1月学考)某同学使用多用电表测量电阻阻值，他将多用电表调至“×100”欧姆挡，短接红黑表笔并调零，再进行测量，此时表盘指针位置如图所示。则电阻阻值为( )
A．110 Ω B．190 Ω C. 1 100 Ω D．1 500 Ω
解析：电阻阻值为11×100 Ω＝1 100 Ω。故选C。
答案：C
2．多用电表的示意图如图所示，正确操作如下。
(1)若选择开关的位置如箭头a所示，则测量的物理量是________，测量结果为________。
(2)若选择开关的位置如箭头b所示，则测量的物理量是________，测量结果为________。
(3)若选择开关的位置如箭头c所示，则测量的物理量是________，测量结果为________。
答案：(1)直流电压 1.25 V
(2)直流电流 50 mA (3)电阻 1.7 kΩ
根据如图所示指针位置，此被测电阻的阻值约为______ Ω。
(2)下述关于用多用电表欧姆挡测电阻的说法中正确的是________。
A．测量电阻时，如果指针偏转过大，应将选择开关S拨至倍率较小的挡位，重新调零后测量
B．测量电阻时，如果红、黑表笔分别插在负、正插孔，则会影响测量结果
C．测量电路中的某个电阻时，应把该电阻与电路断开
D．测量阻值不同的电阻时，都必须重新调零
[解析] (1)测量几十千欧的电阻R，我们一般选择较大的挡位先粗测，使用前应先进行欧姆调零，然后依据欧姆表的示数，再更换挡位，重新欧姆调零，再进行测量。使用完毕应将选择开关置于“OFF”位置或者交流电压最高挡，拔出表笔。欧姆表的示数乘以相应挡位的倍率即为待测电阻的阻值30 kΩ。
(2)使用欧姆挡测电阻时，即当指针偏角较大时，表明待测电阻较小，应换较小的挡位；反之应换较大的挡位，故A正确。在多用电表选用欧姆挡时，红、黑表笔插在哪个接口其实并不影响测量结果，B错误。用多用电表欧姆挡，只能测孤立电阻(不能测含电源电路)，故C正确。用多用电表欧姆挡测电阻时只需在换挡时调零，所以D错误。
[答案] (1)cabe 30 000 (2)AC
[微点拨]
在用多用电表测电阻时，必须选择合适的量程，让指针指在表盘中央附近；测量结果不要忘记乘以倍率；每次换倍率时必须进行欧姆调零；测量过程中，待测电阻必须从电路中隔离出来，且手不能接触表笔的金属杆；测量完毕，应将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”位置，以防止电表漏电。
【对点训练】
3．关于多用电表欧姆挡的使用，
(1)测量电阻时，如果选择“×10”挡位发现指针偏转过大，应将选择开关S拨至倍率________的挡位，重新进行________后测量。
(2)如图为一正在测量中的多用电表表盘。
①如果是用“×10”挡测量电阻，则读数为________ Ω。
②如果是用直流5 V挡测量电压，则读数为________V。
解析：(1)测量电阻时如果指针偏转过大，所选挡位太大，应换小挡，应将选择开关S拨至倍率较小的挡位，即为×1，并重新进行欧姆调零后测量。
(2)如果是用“×10”挡测量电阻，由图示表盘可知，其读数为30×10 Ω＝300 Ω。
如果是用直流5 V挡测量电压，由图示表盘可知，其分度值为0.1 V，其读数为2.20 V。
答案：(1)×1 欧姆调零 (2)①300 ②2.20
4.(1)某同学用多用电表按正确步骤测量一电阻的阻值，用“×10”挡测量时，发现表针偏转角度极小，那么正确的判断和做法是________。
A．这个电阻值很小
B．这个电阻值很大
C．为了把电阻值测得更准确些，应换用“×1”挡，重新调整欧姆零点后测量
D．为了把电阻值测得更准确些，应换用“×100”挡，重新调整欧姆零点后测量
(2)用多用电表测量如图所示的电路中通过灯泡的电压时，首先把选择开关拨到________挡，然后把多用电表与灯泡________联接入电路，闭合S后电流应从________表笔流入，从________表笔流出。
解析：(1)因为欧姆表的零刻度在表盘的右侧，用“×10”挡测量一个电阻的阻值，发现表针偏转角度极小，可知该电阻阻值很大，为准确测量该电阻阻值，需要换更大的倍数挡位，即“×100”挡，重新欧姆调零后测量，B、D正确，A、C错误。
(2)用多用电表测量如图所示的电路中通过灯泡的电压时，首先把选择开关拨到直流电压挡，然后把多用电表与灯泡并联接入电路，闭合S后电流应从红表笔流入，从黑表笔流出。
答案：(1)BD (2)直流电压 并 红 黑(共34张PPT)
(1)导体的伏安特性曲线不是过坐标原点的直线时，其斜率不再是导体电阻的倒数。某一状态的电阻应是图线上该点与坐标原点连线斜率的倒数。
(2)随着电压的升高，图线上各点与坐标原点连线的斜率变小，电阻变大，所以该导体的电阻不是一个固定的值，其电阻随电压的升高逐渐变大。
【集训提能】
1．某同学对四个电阻各进行了一次测量，把每个电阻两端的电压和通过它的电流在U I坐标系中描点如图所示，分别用Ra、Rb、Rc、Rd代表电阻的阻值，则 ( )
A．Ra>Rd B．Rd>Ra
C．Rc>Rb D．Rb>Rc
解析：连接aO、bO、cO、dO，U- I图线的斜率表示电阻的大小，故Ra>Rd，A正确，B错误，又因为O、b、c三点在一条直线上，故Rb＝Rc，故C、D错误。
答案：A
2.如图所示是某导体的伏安特性曲线，下列说法正确的是 ( )
A．当导体两端的电压是4 V时，导体的电阻是10 Ω
B．当导体两端的电压是4 V时，导体的电阻是0.1 Ω
C．当导体两端的电压是8 V时，导体的电阻是10 Ω
D．当导体两端的电压是2 V时，通过导体的电流是0.2 A
2．电流表的两种接法
(1)内、外接法的区别
比较项目 内接法 外接法
误差来源 电流表的分压作用 电压表的分流作用
两种电路选择条件 R越大UR越接近UV，R测越接近R真，该电路适合测大电阻R RA R越小，IR越接近IA，R测越接近R真，该电路适合测小电阻R RV
③试触法：如图所示，把电压表的接线端分别接b、c两点，观察两电表的示数变化，若电流表的示数变化明显，说明电压表的分流对电路影响大，应选用内接法，若电压表的示数有明显变化，说明电流表的分压作用对电路影响大，应选用外接法。
[解析] 题图甲中电压表测量值为真实值，由于电压表分流作用，导致电流表测量值偏大，故电阻测量值偏小；题图乙中电流表测量值为真实值，由于电流表分压作用，导致电压表测量值偏大，故电阻测量值偏大，所以有R1R真，这种误差属于系统误差。
[答案] < > 系统
【集训提能】
3．某同学用如图甲所示电路测量电阻Rx，Rx的测量值比真实值________(填“偏大”或“偏小”)；若被测电阻Rx的阻值约为1 Ω，应采用图________(填“甲”或“乙”)所示电路，误差会比较小。
解析：电流表采用外接法时，电压表测量的电压为电阻两端的电压，考虑到电压表的内阻，电流表测量的电流为电压表和电阻的电流之和，即测得的电流偏大，根据欧姆定律，知测得的电阻偏小。若被测电阻Rx的阻值约为1 Ω，该电阻远小于电压表内阻，属于小电阻，故用电流表外接法测量误差较小，应采用题图甲所示电路。
答案：偏小 甲
4．在测金属丝电阻率的实验中，回答下列问题。
(1)测得某金属丝的有效长度为L，直径为d，两端的电压为U，通过它的电流为I，可以得到该金属丝的电阻率ρ＝________(用题中所给的物理量符号表示)。
(2)若金属丝的电阻约为5 Ω，电流表内阻约为1 Ω，电压表内阻约为1 kΩ，则实验中应该将电流表______(填“内接”或“外接”)。
(3)若实验中采取电流表内接法，则金属丝电阻率实际测量值________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
2．替代法
(1)替代思想：测电压表或电流表的内阻时可以使用替代法，即用一个电阻箱来替代原电表，当调节电阻箱使电路效果与替换之前相同时，电阻箱的读数即为被替换的电表的内阻。
(2)实验原理图如图所示，实验中，闭合开关S1，开关S2接a，调节R′，使两电表均有适当的示数，并记下电流表A的示数I；开关S2接b，保持R′不变，调节R使电流表A的示数仍为I，记下此时电阻箱的阻值R0，则待测电流表Ax的内阻r＝R0。若测电压表的内阻，把图中待测电流表换成待测电压表即可，实验步骤同上。
(3)替代法：如果测量某个物理量比较困难或不方便时，可以用比较容易测量或可以直接测量的物理量等效替代被测量的物理量。
以上两种实验中，常用电阻箱来替代待测电表(当然也可以是待测电阻)。待测电表被替代后，图中的R′要保持不变，其中电流表A起显示电路工作状态的作用。
3．半偏法
(1)“半偏法”测电流表的内阻
电路如图甲所示。闭合开关S1，调节R1使电流表A的指针满偏；再闭合开关S2，调节电阻箱R2，使A的指针半偏，读出R2的值，则RA＝R2。
器材(代号) 规格
电流表(A1) 量程0～10 mA，内阻r1待测(约40 Ω)
电流表(A2) 量程0～500 μA，内阻r2＝750 Ω
电压表(V) 量程0～10 V，内阻r3＝10 kΩ
电阻(R1) 阻值约100 Ω，做保护电阻用
滑动变阻器(R2) 总阻值约50 Ω
电池(E) 电动势1.5 V，内阻很小(不计)
开关(S)导线若干
(1)画出电路图，标明所用器材的代号。
(2)若选测量数据中的一组来计算r1，则所用的表达式为r1＝________，式中各符号的意义是______________________________________________。
[解析] (1)电压表量程太大不能用于测电流表A1两端的电压。由于电流表A2的内阻r2＝750 Ω是准确的，满偏时其两端电压为500×10－6×750 V＝0.375 V，与电流表A1的满偏电压差不多，所以可以将电流表A2与电流表A1并联，根据A2的读数I2求出A1两端的电压等于I2r2，即把A2当电压表使用。
此题易误认为只能用电压表来测定电流表A1两端的电压，其实，由于电压表量程较大，而r1两端的电压很小，测量误差太大，故不符合“有尽可能高的测量精度”的实验要求。
【集训提能】
5．某实验小组要测量定值电阻Rx的阻值，实验室提供的器材规格如下：
A．待测电阻Rx(阻值约为100 Ω)
B．电流表G1(量程为10 mA，内阻RG1未知)
C．电流表G2(量程为30 mA，内阻RG2未知)
D．电阻箱R(最大阻值为9 999.99 Ω)
E．电池组(2节干电池)
F．开关一只，导线若干
该小组根据现有的器材设计了如图甲所示的电路，实验过程如下：
甲
a．根据电路图，连接实验器材。
b．先将电阻箱的阻值调到最大，然后闭合开关S，调节电阻箱的阻值，记录电流表G1的示数I1和电流表G2的示数I2，及对应的电阻箱的阻值b。
c．多次调节电阻箱的阻值，改变两个电流表的示数，并记录。(共27张PPT)
3 实验：导体电阻率的测量
实验目的
1．掌握游标卡尺和螺旋测微器的原理及读数方法。
2．练习使用电流表、电压表及伏安法测电阻。
3．测定金属的电阻率。
实验原理
1．游标卡尺
(1)构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪)(如图甲所示)。
甲
(2)原理：利用主尺的单位刻度(1 mm)与游标尺的单位刻度之间固定的微量差值提高测量精度的。常用的游标卡尺有10分度、20分度和50分度三种，其读数见下表：
分度 刻度总长度 每小格与1 mm的差 精确度(可准确到)值
10 9 mm 0.1 mm 0.1 mm
20 19 mm 0.05 mm 0.05 mm
50 49 mm 0.02 mm 0.02 mm
2．练习使用游标卡尺
(1)用游标卡尺的外测量爪测量小钢球、小圆管的外径、教科书的厚度等。
(2)用游标卡尺的内测量爪测量小圆管的内径、槽的宽度等。
3．螺旋测微器
(1)构造：如图乙所示，螺旋测微器的测砧A和固定刻度B是固定在尺架C上的；可动刻度E、旋钮D、微调旋钮D′是与测微螺杆F连在一起的，通过精密螺纹套在B上。
乙
(3)读数
①测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出，不足半毫米部分由可动刻度读出。
②测量值(mm)＝固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)＋可动刻度数(估读一位)×0.01(mm)。
③如图丙所示，固定刻度示数为2.0 mm，而从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm。
丙
4．练习使用螺旋测微器
(1)测量A4纸的厚度。
(2)测量头发丝的直径。
5．电阻率的测量原理
实验器材
毫米刻度尺，螺旋测微器或游标卡尺，直流电流表和直流电压表，滑动变阻器(阻值范围0～50 Ω)，电池组，开关，被测金属丝，导线若干。
实验步骤
1．测直径：用螺旋测微器或游标卡尺在金属丝的三个不同位置上各测一次，并记录数据。
2．测长度：将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直，用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度l(即有效长度)，反复测量三次，并记录。
3．连电路：依照电路图用导线把器材连好，并把滑动变阻器的阻值调至并联电路部分的电压为零处。
4．测U、I：电路经检查确认无误后，闭合开关S。改变滑动变阻器滑动触头的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入记录表格内，断开开关S。
5．整理：拆除实验电路，整理好实验器材。
数据处理
1．金属丝直径的读数：
(1)用游标卡尺测量金属丝直径时，电阻丝应置于外测量爪的平面处。
(2)利用螺旋测微器测金属丝直径，读数时应特别小心半毫米刻度线是否露出。
(3)因螺旋测微器的精确度为0.01 mm，可动刻度上对齐的格数需要估读。所以，若以毫米为单位的话，最后一位应出现在小数点后的第三位上。
(4)把三个不同位置的测量值求平均值作为直径d。
2．金属丝长度的测量：
(1)应测量接入电路中的有效长度。
(2)因为用的是毫米刻度尺，读数时要读到毫米的下一位(别忘记估读)。
(3)把三次测量值求平均值作为长度l。
3．电阻R的测量值的确定：
方法一：平均值法
可以将每次测量的U、I分别计算出电阻，再求出电阻的平均值，作为测量结果。
方法二：图像法
可建立U- I坐标系，将测量的对应U- I值描点作出图像，利用图像斜率求出电阻值R。
注意事项
1．为了方便，应在金属导线连入电路前测导线直径，为了准确，应测量拉直悬空的连入电路的导线的有效长度，且各测量三次，取平均值。
2．测量电路应选用电流表外接法，且测电阻时，电流不宜过大，通电时间不宜太长，因为电阻率随温度而改变。
3．为准确求出R的平均值，应多测几组U、I数值，然后采用U I图像法求出电阻。
[解析] (1)20分度的游标卡尺精确度为0.05 mm，游标尺上第3格与主尺上的刻度线对齐，示数为0.05×3 mm＝0.15 mm，故长度为50 mm＋0.15 mm＝50.15 mm。
(2)螺旋测微器固定刻度示数为4.5 mm，可动刻度示数为20.0×0.01 mm＝0.200 mm，故直径为4.5 mm＋0.200 mm＝4.700 mm。
[答案] (1)50.15 (2)4.700
【对点训练】
1．某同学用游标卡尺测量一圆柱体的长度l，用螺旋测微器测量圆柱体的直径d，示数如图甲、乙所示。
由图可读出l＝________cm，d＝________mm。
解析：游标卡尺主尺读数为2.2 cm，游标尺读数为5×0.1 mm＝0.5 mm＝0.05 cm，故l＝2.2 cm＋0.05 cm＝2.25 cm；螺旋测微器的半毫米刻度线已露出，所以固定刻度为6.5 mm，再读出可动刻度上的格数(估读一位)×0.01 mm，读数为6.5 mm＋36.0×0.01 mm＝6.860 mm。
答案：2.25 6.860
A．直流电源(输出电压为3 V)
B．电流表A(量程0～0.6 A，内阻约0.125 Ω)
C．电压表V(量程0～3 V，内阻3 kΩ)
D．滑动变阻器(最大阻值20 Ω)
E．开关、导线等
(1)从图中读出金属丝的直径为________mm。
(2)根据所提供的器材，在虚线框中画出实验电路图。
(3)若根据伏安法测出金属丝的阻值为Rx＝4.0 Ω，则这种金属材料的电阻率为________ Ω·m(保留两位有效数字)。
【对点训练】
2．(2022·浙江1月学考)在“导体电阻率的测量”实验中，
(1)根据如图甲所示的电路图，实物连线图(图乙)中的导线a端应与________(选填“b”“c”或“d”)接线柱连接；
(2)下列操作正确的是________(多选)；
A．连接电路时，开关处于断开状态
B．闭合开关前，滑动变阻器滑片调到最右端
C．完成电流表和电压表读数后，及时断开开关
(3)某次实验中电压表的指针位置如图丙所示，则读数为______V；
(4)为了测量金属丝的电阻率，已测量了金属丝的直径d、流过金属丝的电流I及金属丝两端的电压U，还需要用________________(选填“毫米刻度尺”“游标卡尺”或“螺旋测微器”)测量金属丝的长度l，则金属丝电阻率ρ＝__________(用题中物理量的符号表示)。
解析：(1)根据电路图连接实物图，a端应该与c端连接。
(2)为了电路的安全，连接电路时，开关应处于断开状态，A正确；闭合开关前，滑动变阻器的滑片应该调到最左端，使与滑动变阻器并联部分的电压最小，B错误；完成电流表和电压表读数后，及时断开开关，以免烧毁元件，C正确。(共47张PPT)
2 导体的电阻
核心素养点击
物理观念 (1)体会物理概念及规律的建立过程，理解电阻的定义。
(2)了解电阻率的物理意义及其与温度的关系。
科学思维 体会物理学中控制变量的研究方法。
科学探究 (1)通过实验探究，了解金属导体的电阻与材料、长度和横截面积的定量关系。
(2)引导学生观察实验现象，对数据进行分析思考，通过查找资料、交流讨论，初步了解超导现象及其应用。
(3)设计实验探究影响导体电阻的因素，同时学习电流表的内外接法、滑动变阻器分压及限流接法对电路的影响。
科学态度与责任 能由伏安特性曲线分析不同导体的导电性能的区别，体会电阻率在科技、生活中的应用。
(4)导体的U I图像
①同一导体的U I图像是一条 的直线。
②图像的斜率反映了导体 的大小。
过原点
电阻
(5)影响导体电阻的因素
①探究电路，如图所示。
②探究原理
a、b、c、d是四条不同的金属导体，串联连接在电路中，电流大小相同，各导体两端的电压与电阻之比都 。
③探究思路：在长度、横截面积和材料三个因素中，b、c、d跟a相比，分别只有一个因素不同，比较b、c、d与a的电阻关系。
④探究结果：导体的电阻与长度、横截面积有关，与导体的材料也有关。
相等
3．想一想
在“研究导体电阻与长度、横截面积及材料的定量关系”实验中，有没有测量导体的电阻？如何确定电阻关系的？
提示：没有测量导体的电阻，由于四段导体是串联的，每段导体两端的电压与它们的电阻成正比，因此测量导体电阻之比就转化为相应的电压之比。
2．判断
(1)导体的长度越大，电阻一定也越大。 ( )
(2)导体的电阻率由材料和温度共同决定。 ( )
(3)金属的电阻率随温度的升高而增大。 ( )
×
√
√
3．想一想
由影响导体电阻的因素分析为什么几个电阻串联，总电阻增大，几个电阻并联总电阻减小？
提示：几个电阻串联相当于增大了导体的长度，几个电阻并联相当于增大了导体的横截面积。
[问题驱动]
现有两个导体A和B，利用如图甲所示的电路分别测量A和B的电压和电流，测得的实验数据见下表。
U/V 0 2.0 4.0 6.0 8.0
导体A I/A 0 0.20 0.42 0.60 0.78
导体B I/A 0 0.13 0.26 0.40 0.54
甲
(1)在坐标系中，用纵轴表示电压U、用横轴表示电流I，分别将A和B的数据在如图乙所示的坐标系中描点，并作出U I图线。
提示：U I图线如图所示。
乙
(2)对导体A(或导体B)来说，电流与它两端的电压有什么关系？U与I的比值怎样？
提示：对导体A(或导体B)，电流与它两端的电压成正比，导体A(或导体B)的电压与电流的比值是个定值，但导体A和B电压与电流的比值不相等。
(3)对导体A、B，在电压U相同时，谁的电流小？谁对电流的阻碍作用大？
提示：电压相同时，B的电流小，说明B对电流的阻碍作用大。
2．白炽灯的灯丝是由钨制成的，下列说法中正确的是 ( )
A．由于白炽灯正常工作时的灯丝和未接入电路时的灯丝是同一个导体，故两种情况下电阻相同
B．白炽灯正常工作时灯丝电阻大于未接入电路时灯丝电阻
C．白炽灯正常工作时灯丝电阻小于未接入电路时灯丝电阻
D．条件不足，不能确定
解析：白炽灯的灯丝为金属，所以电阻率随温度的升高而增大，正常工作时温度高于不工作时的温度，所以工作时的电阻大于不工作时的电阻，B对。
答案：B
[迁移·发散]
上例中，若将变化后的A、B两个导线串联在同一电路中，则它两端的电压之比为多少？
提示：两电阻串联时，电压之比等于电阻之比，故电压之比为16∶1。
答案：D
[问题驱动]
研究导体中的电流与导体两端的电压之间的关系，可以用公式法，可以用列表法，还可以用图像法。分析图中甲、乙两电学元件的I -U图像，我们可以得出两元件的电流和电压有怎样的关系？
提示：甲为非线性关系；乙为线性关系，电流与电压成正比。
【重难释解】
1．I -U图线
以电流为纵轴、电压为横轴画出导体上的电流随电压变化的曲线，如图甲、图乙所示。
【素养训练】
5. (多选)如图是某一种电阻元件的伏安特性曲线，下列判断正确的是 ( )
A．该元件是非线性元件
B．图线的斜率代表元件电阻
C．图线斜率的倒数代表元件的电阻
D．随电压的增大它的电阻逐渐变大
解析：I -U图线为过原点的直线是线性元件，所以该元件是非线性元件，A正确；在I - U图线中，图线上某点与原点连线的斜率代表电阻的倒数，图线的斜率不代表元件电阻，随电压的增大，图像上的点与原点连线的斜率越来越小，则电阻逐渐增大，B、C错误，D正确。
答案：AD
6.(多选)如图所示是电阻R的U -I图像，图中α＝45°，由此得出
( )
A．通过电阻的电流与两端电压成正比
B．电阻R＝0.5 Ω
C．电阻R＝2.0 Ω
D．在R两端加上6.0 V的电压时，通过电阻的电流为12 mA
一、培养创新意识和创新思维
1．在“研究导体电阻与长度、横截面积及材料的定量关系”实验中，某实验小组提出了如下猜想：
猜想一：导体电阻跟导体长度有关；
猜想二：导体电阻跟导体粗细有关；
猜想三：导体电阻跟导体材料有关。
同学们想利用如图所示的电路和表中的导体特征验证上述猜想。
导体代号 长度/m 横截面积/mm2 材料
A 1.0 0.2 锰铜
B 1.0 0.4 锰铜
C 1.0 0.6 锰铜
D 0.5 0.4 锰铜
E 1.5 0.4 锰铜
F 1.0 0.6 镍铬合金
G 1.0 0.6 铁
(1)请将猜想一的实验设计思路补充完整。选取________和________相同、________不同的导体，分别将其接入如图电路中，通过比较电路中________的大小，判断导体电阻的大小。
(2)验证猜想三时，若需对比三个实验数据，则应从上表中选取导体________(填写导体代号)来进行实验。
解析：(1)为了研究导体电阻与导体长度的关系，则需使导体的材料和横截面积相同，长度不同，应选用的三种导体是B、D、E，分别将其接入题图电路中。通过比较电路中电流的大小，判断导体电阻的大小。
(2)为了研究导体电阻与导体材料的关系，则需使导体的长度和横截面积相同，材料不同，应选用的三种导体是C、F、G，分别将其接入题图所示的电路中。通过比较电路中电流的大小，判断导体电阻的大小。
答案：(1)材料 横截面积 长度 电流 (2)C、F、G
2．“研究导体电阻与长度、横截面积及材料的定量关系”的实验电路如图甲所示，a、b、c、d是四种不同的金属丝，现有几根康铜合金丝和镍铬合金丝，其规格如下表所示。
甲
编号 材料 长度/m 横截面积/mm2
A 镍铬合金 0.8 0.8
B 镍铬合金 0.5 0.5
C 镍铬合金 0.3 0.5
D 镍铬合金 0.3 1.0
E 康铜合金 0.3 0.5
F 康铜合金 0.8 0.8
(1)电路图中四条金属丝应分别选上表中的________(用编号表示)；
(2)在相互交流时，有位同学提出用如图乙所示的电路，只要将图乙中P端分别和触点1、2、3、4相接，读出电流，利用电流跟电阻成反比的关系，也能探究出导体电阻与其影响因素的定量关系，你认为上述方法是否正确，并说出理由____________________________________________
______________________________________________________________。
解析：(1)用控制变量法研究，选电阻丝时要注意尽量选择有相同参数(材料、长度、横截面积)的；从题述材料可以看出，B、C、E横截面积相同，B、C、D材料相同，C、D、E长度相同；故应选BCDE。
(2)接不同的电阻时，电流不同，故电阻分得的电压不同，电流与电阻成反比的前提是导体两端的电压一定。
答案：(1)BCDE
(2)不正确，因为P端分别和触点1、2、3、4相接时，电阻两端的电压不一定相同，只有电压不变时，利用电流跟电阻成反比的关系，才能探究出导体的电阻与其影响因素的定量关系
乙
二、注重学以致用和思维建模
3．在神经系统中，神经纤维分为有髓鞘和无髓鞘两大类。现代生物学认为，髓鞘是由多层类脂物质——髓质累积而成的，具有很大的电阻，经实验测得髓质的电阻率ρ＝8×106 Ω·m。某生物体中某段髓质神经纤维可视为高为20 cm、半径为4 cm的圆柱体，当在其两端所加电压U＝100 V时，该神经纤维发生反应，则引起神经纤维产生感觉的最小电流为 ( )
A．0.31 μA B．0.62 μA C．0.15 μA D．0.43 μA
答案：A
4. 有一种 “电测井”技术，用钻头在地上钻孔，在钻孔中进行电特性测量，可以反映地下的有关情况。如图所示为一钻孔，其形状为圆柱体，半径为10 cm，设里面充满浓度均匀的盐水，其电阻率ρ＝0.314 Ω·m，在钻孔的上表面和底部加上电压，测得U＝100 V，I＝100 mA，则该钻孔的深度为 ( )
A．50 m B．100 m
C．1 000 m D．2 000 m(共34张PPT)
1 电源和电流
核心素养点击
物理观念 (1)了解电流的形成条件、电源的作用和导体中的恒定电场。
(2)理解电流的定义、定义式、单位及方向的规定，会用公式q＝It分析相关问题。
科学思维 会推导电流的微观表达式，从微观的角度认识影响电流大小的因素。
科学态度与责任 了解电动汽车中的电池，体会电源的使用对人类生活和社会发展的影响。
1．填一填
(1)定义：如图所示，能把 从A搬运到B的装置。其中A、B为电源的两个 。
(2)作用：使电路中的电流能够 存在。
电子
电极
持续
2．判断
(1)电源的两极间存在一定的电势差。 ( )
(2)电源能把正电荷从正极搬运到负极。 ( )
(3)电源的作用就是将其他形式的能转化为电能。 ( )
√
×
√
3．想一想
如图甲、乙所示，为什么电闪雷鸣时，强大的电流能使天空发出耀眼的强光，但它只能存在于一瞬间，而灯泡却能持续发光？
甲 乙
提示：闪电不能产生持续的电流，而灯泡发光时有电源提供持续的电流。
1．填一填
(1)恒定电场：稳定分布的电荷所产生的 的电场。
(2)自由电荷定向运动的平均速率特点：在恒定电场的作用下，导体中的自由电荷做 运动，在运动过程中与导体内不动的粒子不断 ，阻碍了自由电荷的定向运动，结果是大量自由电荷定向运动的平均速率不随_____变化。
(3)恒定电流：大小、方向都不随 变化的电流。
稳定
定向
碰撞
时间
时间
2．判断
(1)电流的方向为电荷定向移动的方向。 ( )
(2)电流既有大小，又有方向，是矢量。 ( )
(3)电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多。 ( )
×
×
√
3．想一想
有同学认为“只有导体中才可有电流”，谈一谈你的认识。
提示：电荷定向移动形成电流，不论是导体内还是其他空间只要有电荷定向移动就可形成电流，如氢原子中核外电子做匀速圆周运动时，形成了一环形电流等。
[问题驱动]
如图所示，在装有导电液体的细管中，有正、负两种电荷向相反的方向运动，在时间t内通过细管某截面的正电荷为q1，通过此截面的负电荷为q2。
(1)确定通过导电液体中电流的方向。
提示：电流方向为正电荷定向移动方向或负电荷定向移动方向的反方向，故导电液体中电流方向为由左向右。
(2)计算导电液体中电流的大小。
【素养训练】
1．如图所示是通有恒定电流的某段导体。在5 s内有10 C的负电荷向右通过横截面A，则导体内电流的大小和方向分别是 ( )
A．2 A、向右 B．2 A、向左
C．50 A、向右 D．50 A、向左
2．如图所示，某电解池中，若在2 s内有5.0×1015个二价正离子和1.0×1016个一价负离子通过某截面M，其中正离子水平向右移动，那么通过这个截面的电流的大小和方向是 ( )
A．0.8 mA，水平向左 B．0.08 mA，水平向左
C．1.6 mA，水平向右 D．0.16 mA，水平向右
【重难释解】
1．电流的微观表达式的推导
如图所示，AD表示粗细均匀的一段长为l的导体，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v，设导体的横截面积为S，导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量大小为e。则：
【素养训练】
3．(多选)如图所示，将左边的细铜导线与右边的粗铜导线连接起来，已知粗铜导线的横截面积是细铜导线横截面积的两倍，在细铜导线上取一个截面A，在粗铜导线上取一个截面B，若在1 s内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两个截面的 ( )
4．如图所示是一根粗细均匀的橡胶棒，其横截面积为S，由于与毛皮发生摩擦而均匀带负电，若已知该橡胶棒每米所带的电荷量为q，则当该棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，形成的等效电流为
( )
一、培养创新意识和创新思维
1．在潮湿、高温、高压的情况下，绝缘体有可能变为导体。例如，空气是绝缘体，但在一定条件下也可能转变为导体。在雷电现象中，由于两云层之间的电压极高，将空气击穿，此时空气就成了导体(如图)。因此，绝缘体和导体的划分与其周围的条件密切相关。假设某次雷电持续时间为0.5 s，所形成的平均电流为6.0×104A，若这些电荷以0.5 A的电流通过电灯，则电灯可供照明的时间为多长？
二、注重学以致用和思维建模
2.(多选)如图所示，半径为R的橡胶圆环上均匀分布着正电荷，总电荷量为Q，现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度ω匀速转动，则由环产生的等效电流应有 ( )
A．若ω不变而使电荷量Q变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍
B．若电荷量不变而使ω变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍
C．若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变大
D．若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变小(共47张PPT)
4 串联电路和并联电路
核心素养点击
物理观念 (1)分析得出串联和并联电路电流、电压的关系式，并理解其含义。
(2)依据电流和电压的关系，推导得到串联和并联电路总电阻的表达式。
科学思维 (1)体会等效思想在物理中的运用。
(2)通过建立简化模型，应用串、并联电路规律分析电流表及电压表的改装原理。
(3)理想电表是一种科学抽象的产物，进一步体会理想化模型的思想方法。
科学态度与责任 体会严谨的科学推理过程，能正确认识科学的本质。
一、串联电路和并联电路中的电流、电压和电阻关系
1．填一填
(1)定义
①串联电路：把几个导体(用电器)依次首尾连接，接入电路的连接方式，如图甲所示。
②并联电路：把几个导体(用电器)的一端连在一起，另一端也连在一起，再将两端接入电路的连接方式，如图乙所示。
(2)串联电路和并联电路的比较
2．判断
(1)串联电路两端的总电压一定比某一导体两端的电压高。 ( )
(2)并联电路干路上的电流一定比通过某一导体的电流大。 ( )
(3)电路中电阻的个数越多，电路的总电阻越大。 ( )
√
√
×
3．想一想
每年春节期间，大街小巷的树上都挂满了装饰用的串串小彩灯，当夜幕降临的时候，火树银花，非常好看，这些小彩灯的额定电压一般只有几伏，但大多数都使用了220 V的家用照明电路，这些小彩灯是怎样连接的？
提示：小彩灯串联连接。
1．填一填
(1)小量程电流表G(表头)的三个参量：
(2)电表改装原理：
①电压表改装：将表头 一个较大电阻，如图甲所示：
甲
②电流表改装：将表头 一个较小电阻，如图乙所示：
乙
串联
串联
2．判断
(1)把小量程的电流表改装成大量程的电流表需串联一个电阻。 ( )
(2)若将分压电阻串联在电流表上改装成电压表后，增大了原电流表的满偏电压。 ( )
(3)若将分流电阻并联在电流表两端改装成电流表后，分流电阻和电流表两端的电压相等。 ( )
×
×
√
3．选一选
(多选)把电流表改装成电压表时，下列说法正确的是 ( )
A．改装的原理是串联电阻有分压作用
B．改装成电压表后，原电流表本身允许通过的最大电流值也随之变大了
C．改装后原电流表自身的电阻也增大了
D．改装后使用时，加在原电流表两端的电压最大值不变
解析：电流表改装成电压表的原理是串联电阻的分压作用，故A正确；电流表改装成电压表后，Rg、Ig、Ug均不变，故B、C错误，D正确。
答案：AD
[问题驱动]
1．如图所示，三个电阻组成串联电路。
(1)若R1＝R2＝R3＝R，则此串联电路的总电阻R总为多少？
提示：由于串联电路的总电阻等于各部分电阻之和，则R总＝R1＋R2＋R3＝3R。
(2)若R12．如图所示，三个电阻构成并联电路。
(1)若R1＝R2＝R3＝R，则此并联电路的总电阻R总为多少？
(2)若R1提示：由并联电路各支路两端电压相等得
I1R1＝I2R2＝I3R3
又由于R1解题指导：在串、并联电路的有关计算中，首先要明确各电阻的串、并联关系，然后再结合串、并联电路的特点及电流、电压分配规律和欧姆定律列式计算。
[迁移·发散]
上述典例中，如果将1 A的电流通过a、d电路，则每个电阻两端的电压分别是多少？a、d之间的总电压是多少？
提示：U1＝IR1＝8 V
U2＝IR2＝4 V
U3＝U4＝IR34＝2 V
Uad＝U1＋U2＋U3＝14 V。
解决简单混联电路的方法
(1)准确地判断出电路的连接方式，画出等效电路图。
(2)准确地利用串、并联电路的基本规律、特点。
(3)灵活地选用恰当的物理公式进行计算。
【素养训练】
1. 如图所示的电路中，R1＝1 Ω，R2＝2 Ω，R3＝3 Ω，那么通过电阻R1、R2的电流强度之比I1∶I2为 ( )
A．1∶2 B．3∶2
C．2∶1 D．3∶1
解析：由题图看出，电阻R1与R2并联，电压相等，即U1＝U2。根据欧姆定律U＝IR得知，I1∶I2＝R2∶R1＝2∶1，故C正确，A、B、D错误。
答案：C
2．把6个相同的电灯接成如图甲、乙所示两电路，通过调节供电电压与变阻器R1、R2的阻值，使两组电灯均能正常发光，并且两电路消耗的总电功率也相同，则R1、R2大小满足 ( )
A．R2＝9R1 B．R2＝6R1
C．R2＝3R1 D．R1＝R2
3．实验室有一盏“40 V 5.0 A”的弧光灯，要使它接入220 V的电路中能正常工作，应该 ( )
A．串联一个阻值为36 Ω的电阻后接入电路中
B．串联一个阻值为72 Ω的电阻后接入电路中
C．并联一个阻值为36 Ω的电阻后接入电路中
D．并联一个阻值为72 Ω的电阻后接入电路中
[问题驱动]
如图所示，实验室中的电压表和电流表都是由小量程的电流表G(表头)改装而成的，它们往往都有两个量程，可以根据需要测量不同大小的电压和电流。试讨论：
(1)将小量程的电流表改装成电压表是并联电阻还是串联电阻？若改装成量程为U的电压表，应串联的电阻为多大？
(2)将小量程的电流表改装成较大量程的电流表是并联电阻还是串联电阻？若改装成量程为I的电流表，应并联多大的电阻？
【重难释解】
1．电压表、电流表的改装及其特点
2．电表改装问题的两点提醒
(1)无论表头G改装成电压表还是电流表，它的三个特征量Ug、Ig、Rg是不变的，即通过表头的最大电流Ig并不改变。
(2)改装后电压表的量程指小量程电流表表头满偏时对应的R与表头串联电路的总电压；改装后电流表的量程指小量程电流表表头满偏时对应的R与表头并联电路的总电流。
电表改装的认识
(1)无论表头G改装成电压表还是电流表，它的三个特征量Ug、Ig、Rg是不变的，即通过表头的最大电流Ig并不改变。
(2)电表改装的问题实际上是串、并联电路中电流、电压的计算问题，只要把表头G看成一个电阻Rg即可，切记通过表头的满偏电流Ig是不变的。
(3)电压表的测量值是新改装后的电压表内阻Rg与R串两端的电压之和，电流表的测量值是通过新改装后的电流表Rg与R并的电流之和。
解题指导：由题意和电路图可知，该电压表量程分别为3 V和15 V时，对应的分压电阻分别为R1和R1＋R2。当电压表所加电压为量程值时，通过电流计的电流恰好达到满偏电流。根据串联电路电流、电压与电阻的特点及欧姆定律，可由已知量求出分压电阻的阻值。
电流计改装电压表通常要满足三个条件：须串联分压电阻；改装的电压表达到量程值时电流计恰好达到满偏电流；串联的分压电阻往往远大于电流计的内阻。
[迁移·发散]
如果把电流计改装为较大量程的电流表，应该怎样确定分流电阻？请分析求解下面问题。
上述例题中满偏电流为1 mA，内阻为100 Ω的电流计，把它改装成量程是3 A的电流表，应并联多大的电阻？
【素养训练】
4.(多选)如图是某同学改装成某一量程电流表的原理图(其中表头内阻为Rg，并联的定值电阻的阻值为R)，结果他发现该电流表的示数总是比准确值稍大一点，请问以下哪些措施可以加以改进 ( )
A．并联一个比Rg和R的总电阻小得多的电阻
B．给定值电阻串联一个比R小得多的电阻
C．并联一个比R大得多的电阻
D．给表头串联一个比Rg小得多的电阻
解析：由题意知，该电流表的示数总是比准确值偏大，即通过电流计 的示数偏大，可通过减小R的阻值或增大Rg的阻值加以改进，故C、D正确。
答案：CD
5.如图所示，表头的内阻Rg＝10 Ω，满偏电流Ig＝3 mA，若要改装成0～3 V和0～15 V两个量程的电压表，R1和R2的值各为多少？
一、培养创新意识和创新思维
1.电子式互感器是数字变电站的关键装备之一。如图所示，某电子式电压互感器探头的原理为电阻分压，ac间的电阻是cd间电阻的n－1倍。在某次测量中，输出端数字电压表的示数为U，求输入端的电压。
二、注重学以致用和思维建模
2．济宁正在创建交通安全文明城市，遵守交通法规从我做起。根据你对斑马线旁边红、绿信号灯的了解，图中符合实际的电路图是
( )
解析：对A项中的图分析，当开关S2闭合时会造成电源短路且两灯泡不发光，当只有S1闭合时红、绿交通信号灯同时发光，故A不符合题意；对B项中的图分析，两开关均闭合时红、绿交通信号灯同时发光，否则均不发光，故B不符合题意；对C项中的图分析，只闭合开关S1时红灯亮，只闭合开关S2时绿灯亮，两灯并联，符合实际情况，故C符合题意；对D项中的图分析，只有开关S2闭合时，两灯均亮，而当只闭合开关S1时，绿灯发光，故D不符合题意。
答案：C
3.如图所示，电热水器金属内胆出水口加接一个电阻，在电热水器漏电且接地线失效时，能保障人的安全。当热水器漏电且接地线失效时，其金属内胆与大地间电压为220 V，由于出水口处有电阻(简称“隔电电阻”), 使人体两端的电压不高于12 V，下列说法正确的是 ( )
A．“隔电电阻”应选用阻值较小的电阻
B．“隔电电阻”大于“人体电阻”，且两者串联
C．热水器漏电且接地线失效时，“隔电电阻”使人体内无电流通过
D．在电热水器漏电且接地线失效时，通过“隔电电阻”的电流远大于通过人体的电流，所以人是安全的
解析：根据题图可知，人体和管道串联，因此“隔电电阻”起到了分压的作用，“隔电电阻”应选用阻值较大的电阻，使得“隔电电阻”分压远远大于人体两端分压，从而保护人体，A错误，B正确；热水器漏电且接地线失效时，人体内和“隔电电阻”会有相同电流通过，不过由于“隔电电阻”较大，使得通过人体的电流很小，C、D错误。
答案：B
