课件32张PPT。10 实验:测定电池的电动势和内阻1.知道测量电源电动势和内阻的实验原理,进一步感受电源路端电压随电流变化的关系。
2.经历实验过程,掌握实验方法,学会根据图象合理外推进行数据处理的方法。
3.尝试进行电源电动势和内阻测量误差的分析,了解测量中减小误差的方法。
4.培养仔细观察、真实记录实验数据等良好的实验习惯和实事求是的品质。1.实验目的
(1)了解并掌握测定电池的电动势和内阻的原理和实验方法。
(2)学习用图象法处理实验数据。
(3)会对测量误差进行分析,了解测量中减小误差的方法。
2.实验器材
待测电池一节,电流表(0~0.6 A)、电压表(0~3 V)各一块,滑动变阻器一只,开关一只,导线若干,铅笔,坐标纸。3.实验原理
?
甲
(1)电动势E和内阻r及路端电压U可以写成E=U+Ir,如果能得到U、I两组数据,就能解得电动势和内电阻,用电压表和电流表加上一个滑动变阻器就能测定电源的电动势和内电阻。如图甲所示。(2)闭合电路欧姆定律也可以写成E=IR+Ir,如果能得到I、R的两组数据,也可以得到电源的电动势和内电阻。用电流表和一只电阻箱就能完成实验。如图乙所示。上述几种实验方案不同,它们的原理相同吗?
提示:相同,不管是哪一种测量,实验原理都是闭合电路欧姆定律。4.实验步骤
(1)确定电流表、电压表的量程,按实验电路图连接好电路,并将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值为最大值的一端。
(2)闭合开关S,接通电路,将滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动,从电流表有明显读数开始,记录一组电流表、电压表读数。
(3)同样的方法,依次记录多组U、I值。
(4)断开开关S,拆除电路。
(5)利用公式法和图象法求出电动势和内阻。1.实验注意事项
(1)正确选用电压表和电流表的量程,并注意正确连接表上的“+”“-”接线柱。
(2)实验前必须把变阻器的滑片置于阻值最大的位置,以防止出现烧坏电流表的事故。
(3)为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些。
(4)由于干电池在大电流放电时极化现象严重,电动势会明显下降,内阻r会明显增大,故实验中不能将电流调得过大(长时间放电不宜超过0.3 A,短时间放电不宜超过0.5 A),且读数要快,读完后立即切断电源。(5)实验中U取值不能太小,一般不得小于1 V,测得的U、I值不少于5组,且变化范围要大一些,解方程组求解E、r值时,取1、4组,2、5组,3、6组求解后,求平均值。
(6)作U-I图象时,要尽量使多数点落在直线上,不在直线上的点均匀分布在直线两侧。
(7)作U-I图象时,如果出现某组数据对应的点偏离直线较远,就表明这组数据的偶然误差较大,可将该点舍去。
(8)纵坐标可不从零开始,直线的斜率等于电源内阻,计算内阻时,要在直线上取两较远点用
(9)图线与纵轴交点的纵坐标等于电源电动势,与横轴交点的横坐标等于短路电流,由此可知,用图象法处理实验数据的优点是求得的是平均值。②对此也可由电路来解释:若把图甲中的R和电流表看成外电路,则电压表可看成内电路的一部分,故实测出的是电池和电压表这个整体等效的r和E。电压表和电池并联,故等效内阻r小于电池内阻r真,r测r真。
②对此也可由电路来解释,若把图甲中的RA看成内电阻的一部分,故实测出的是电池和电流表这个整体的等效电动势E'和内阻r',r测=r'=r真+RA>r真,由电动势等于外电路断路时的路端电压可知,把电路从A、B处断开,E测=UAB=E真,所以两图线交于纵轴上的同一点,即电池的电动势处。综上所述,任何一种电路都存在系统误差。此实验中,因电源内阻较小,不能采用电流表内接中的测量电路,尽管电动势的测量值准确,但内阻的测量误差很大,因此要选用电流表外接的测量电路。另外实验还有因电压表、电流表的读数以及作 U-I图线时描点不准确造成的偶然误差。特别提醒若U轴上的数据不是从零开始的,则图线与I轴的交点就不是短路电流。4.实物图连线问题
(1)先画出电路图,这是连接实物图的依据。
(2)先连接干路,再连接支路,遵循“先串后并”的原则。
(3)注意电源的正负极,电表的正负接线柱,电表量程的选择以及滑动变阻器接线柱的合理选用。
(4)注意连线不能交叉,开关要能够控制电路。类型一类型二类型三类型四实验仪器的选择
【例1】 用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻的实验,供选用的器材有
A.电流表(量程0~0.6 A,RA=1 Ω)
B.电流表(量程0~5 A,RA=0.6 Ω)
C.电压表(量程0~3 V,RV=5 kΩ)
D.电压表(量程0~15 V,RV=10 kΩ)
E.滑动变阻器(0~10 Ω,额定电流1.5 A)
F.滑动变阻器(0~2 kΩ,额定电流0.2 A)
G.待测电源(一节一号干电池)、开关、导线若干
(1)实验中电流表应选用 ,电压表选用 ,滑动变阻器选用 。(用字母代号填写)?
(2)引起该实验系统误差的主要原因是 。?类型一类型二类型三类型四点拨:解答本题应把握以下三点:
(1)电表量程的选择原则是在不超量程的前提下选小量程的。
(2)选择滑动变阻器时,滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍即可。
(3)实验误差的分析要从真实值和测量值的差别去分析。类型一类型二类型三类型四解析:(1)由于流过电源的电流不宜过大,若电流过大,电源会出现严重的极化现象,电动势和内阻都会有较大的变化,因此电流表应选0~0.6 A量程,电源电动势只有1.5 V,故电压表应选0~3 V量程,为便于调节,滑动变阻器应选0~10 Ω。
(2)系统误差一般是由测量工具和测量方法造成的,该实验中的系统误差是由于电压表的分流作用造成电流表读数即测量值总是比干路中真实电流值小,造成E测答案:(1)A C E (2)电压表的分流作用类型一类型二类型三类型四题后反思选择实验仪器的三个原则:
(1)安全性原则,即一定要保证仪器的安全,对电表来讲不超量程,对滑动变阻器来讲不能超其额定电流。
(2)精确性原则,即要保证测量时读数精确,对电表来讲在不超量程的前提下,尽量选用小量程的,对欧姆表来讲尽量让指针指在中值刻度附近。
(3)方便性原则,此原则主要针对滑动变阻器来讲,在滑动变阻器分压式接法中,在安全的前提下选最大阻值小的较方便,在滑动变阻器限流式接法中,选比待测电阻大几倍的较方便。实验数据的处理
【例2】 用电流表和电压表测定电池的电动势E和内阻r,所用的电路如图所示,一位同学测得的6组数据如下表中所示。类型一类型二类型三类型四类型一类型二类型三类型四(1)试根据这些数据在图中作出U-I图线。
?
(2)根据图线得出电池的电动势E= V,根据图线得出的电池内阻r= Ω。?
(3)若不作出图线,只选用其中两组U和I的数据,可利用公式E=U1+I1r1和E=U2+I2r2算出,这样做可能得出误差很大的结果,选用第 组和第 组数据,求得的E和r误差最大。?类型一类型二类型三类型四点拨:描点作图跟数学中的作图法相同,由于物理中使用的数据是实验测量,存在误差,所描的点并不严格地在一条直线上,作图的原则是该直线尽可能过更多的点,且其他点均匀分布在直线两侧。类型一类型二类型三类型四类型一类型二类型三类型四答案:(1)如解析图所示 (2)1.45 0.70 (3)3 4
题后反思作图线时应把个别不合理的数据排除,由直线与纵轴的交点可读出电动势E=1.45 V,再读出直线与横轴的交点的坐标(U,I),连同得出的E值代入E=U+Ir中可得出内阻,即直线的斜率。切记不要把图线与I轴的交点当作短路电流。类型一类型二类型三类型四实验误差的分析
【例3】 如图所示,用一只电流表和两个定值电阻测定电源的电动势和内阻的实验中,由于未考虑电流表的内阻,其测量值E和r与真实值E0和r0相比较,正确的是( )
A.E=E0,r=r0
B.E>E0,rC.E=E0,r>r0
D.E>E0,r>r0
点拨:注意电流表内阻对实验结果的影响。类型一类型二类型三类型四解析:当不考虑电流表内阻RA的影响时,由闭合电路欧姆定律,得E=I1R1+I1r,E=I2R2+I2r。答案:C
题后反思对误差的分析方法主要有两种:一是公式法,根据物理规律列出关系式,对比分析即可,本题就是采用此法;二是图象法,画出图象进行分析判断,本节实验的误差分析就采用此法。类型一类型二类型三类型四实验方法的选择
【例4】 实验室中有下列器材:量程3 V的电压表V(内阻较大)、滑动变阻器R'、固定电阻R1=4 Ω、开关S、导线若干。欲测量某一电源的电动势E及内阻r(E约为4.5 V,r约为1.5 Ω)
(1)请从电阻箱R,量程0.5 A的电流表A中,选出一个器材,设计一个测量方案(画出实验电路原理图即可)。
?
(2)用图象法处理由你设计的实验得到的数据时,要使图线是直线如何建立坐标轴?如何进一步由图象求得待测电源的电动势E和内阻r?类型一类型二类型三类型四点拨:测量电源的电动势和内阻的方法较多,不同的方法选择的实验电路和器材不同,但测量原理是一样的,都是闭合电路欧姆定律。
解析:实验中电流的最大值为0.5 A,此时电源内电压约为1.5×0.5 V=0.75 V,外电压为4.5 V-0.75 V=3.75 V>3 V,故无法直接用电压表测量路端电压。应将定值电阻R1用作保护电阻,进行串联分压,使得电压表只测量外电路的部分电压。
方案一:(1)实验电路原理图如图甲所示。(2)由E=U+I(r+R1)得U=E-I(r+R1),故以U为纵轴,I为横轴,得到的图线是直线。可先由纵截距b,求出电动势E,再由斜率k的绝对值等于(r+R1)求出内阻r。类型一类型二类型三类型四答案:见解析 类型一类型二类型三类型四题后反思在实验中,应根据器材选择合适的测量电路进行操作。在本实验中,由于电表量程的限制,更是采用了将定值电阻置于并联电路外部,实际上是将电阻R与电源串联看作等效电源的方法,其等效内阻为(R+r),把(R+r)作为一个整体求出后就可以求出r,还可减小内阻的测量误差。类型一类型二类型三类型四触类旁通如果同时可以选用电流表A和电阻箱R,能否设计一个新的测量方案?课件23张PPT。11 简单的逻辑电路1.初步了解简单的逻辑电路及表示符号。
2.通过实验理解“与”“或”和“非”门电路在逻辑电路中的结果与条件的逻辑关系,会用真值表表示一些简单的逻辑关系。
3.初步了解集成电路的作用及发展情况。
4.通过简单的逻辑电路的设计,体会现实意义。1.“与”门
(1)逻辑关系:如果有一个事件的几个条件都满足后该事件才能发生,我们把这种关系叫作“与”逻辑关系,具有“与”逻辑关系的电路称为“与”门电路,简称“与”门。
?
(2)符号:___________其中“&”表示“与”的意思,象征A、B两个输入端都有信号输入时,输出端Z才有信号输出。
(3)真值表:2.“或”门
(1)逻辑关系:若几个条件中只要有一个条件得到满足某事件就会发生,这种关系叫作“或”逻辑关系,具有“或”逻辑关系的电路称为“或”门电路,简称“或”门。
(2)符号:__________其中的“≥1”表示“或”的意思,象征A、B两个输入端任一个有信号或都有信号输入时,输出端Z就有信号输出。
(3)真值表:3.“非”门
(1)逻辑关系:输出状态和输入状态呈相反的逻辑关系,叫作“非”关系,具有“非”逻辑关系的电路被称为“非”门电路,简称“非”门。
?
(2)符号:____________其中矩形后边的小圆圈表示“0”,它与数字1象征着相反的意思,当输入端A有信号时,输出端Z无信号输出。
(3)真值表:4.集成电路
(1)构成:将组成电路的元件(如电阻、电容、晶体管)和连线集成在一块硅片上。
(2)优点:体积小、方便、可靠,适于系列化、标准化生产等。特别提醒(1)上述类比中都是开关闭合作为满足条件,灯泡亮作为结果成立与否进行类比的。
(2)条件成立或结果成立对应逻辑门电路中的“1”,相反时对应“0”,“1”“0”是逻辑关系中的两种取值,不表示具体数字。2.复合门电路的认识
?
甲
一个与门电路和一个非门电路组合在一起,做成一个复合门电路,称为“与非”门,如图甲所示。其真值表为一个或门电路和一个非门电路组合在一起,做成一个复合门电路,称为“或非”门,如图乙所示。
?
乙
其真值表为特别提醒(1)处理复合门电路时要明确此电路由哪几种简单的门电路构成。
(2)根据基本的门电路的特点,明确复合门电路输入和输出的关系。3.逻辑电路的实际应用
(1)逻辑电路在实际中有着广泛的应用,有些试题往往要求通过设计一些简单的门电路完成相关的逻辑功能,要对门电路的种类进行准确的选取,这就要求:
①准确地分析一些实例分析条件与结果之间的逻辑关系。
②熟记与、或、非三种门电路的逻辑关系意义。
③理解条件与结果之间的关系。
(2)门电路的问题分析中,门电路往往要和一些常用的电学元件(如电阻、开关、热敏电阻、光敏电阻、二极管等)一起构成电路,通过电路中某一部分的变化(开关的通断、电阻的变化等)实现门电路输入端的电压变化,即电势的高低变化,从而通过门电路的输出端达到控制电路的目的。因此在分析这类问题时,除熟练掌握各种门电路的作用外,还要熟练地掌握电路的动态变化规律的分析,准确判断出电路中,尤其是门电路部分的电势高低的变化,从而达到正确解决问题的目的。类型一类型二类型三真值表及其应用
【例1】 如图所示,表示输入端A、B的电压随时间的变化关系,完成下题。求:
?
(1)与门电路的输出电压Z随时间变化的关系;
(2)或门电路的输出电压Z随时间变化的关系。
点拨:与逻辑关系是当两个输入端都有信号时,输出端才有信号输出。或逻辑关系是当两个输入端的任意一个有信号时,输出端就有信号输出。由于已知的是输入端电信号随时间变化的关系,为了便于分析输出端的情况,借用真值表进行分析。类型一类型二类型三解析:(1)对与逻辑关系,先作出A、B、Z的真值表,然后再确定输出Z与时间的变化关系:类型一类型二类型三所以UZ随时间变化如图所示 类型一类型二类型三(2)对或逻辑,先作出A、B、Z的真值表,然后再确定输出Z与时间的变化关系:类型一类型二类型三所以UZ随时间变化如图所示 答案:见解析
题后反思一般情况下,用“1”表示高电平,用“0”表示低电平,只有正确地列出真值表,找出A、B的逻辑关系,才能列出Z的真值表,画出UZ随时间变化的关系。类型一类型二类型三复合门电路
【例2】 在如图所示的逻辑电路中,当A端输入电信号“1”、B端输入电信号“0”时,则在C和D端输出的电信号分别为 ( )
A.1和0 B.0和1
C.1和1 D.0和0
点拨:首先明确是与门电路和非门电路的组合,然后根据它们的逻辑关系结合真值表进行确定。
解析:首先从非门电路入手,当B端输入电信号“0”时,D端输出电信号为“1”,所以与门电路的两输入均为“1”,因此C端输出电信号为“1”,因此C项正确。
答案:C
题后反思根据题意分析门电路的逻辑关系,画出真值表,则可准确判断输出信号。类型一类型二类型三门电路的应用
【例3】 火警自动报警器用非门、电位器、热敏电阻、蜂鸣器和电池等如图所示连接,调节电位器使蜂鸣器正好不报警,然后用火焰靠近热敏电阻,蜂鸣器就会发出报警信号。在不报警时,P为低电平记“0”,报警时,P为高电平记“1”。试问:
(1)报警时,A点电位为高电平“1”还是低电平“0”?
(2)当用火焰靠近热敏电阻时,热敏电阻的阻值是增大还是减小?类型一类型二类型三点拨:先画出等效电路,还要明确非门电路输出状态和输入状态相等。
解析:(1)报警时,P点为高电平“1”,由于此电路运用了非门电路,输出端P为高电平时,输入端A点一定是低电平“0”。
(2)题图的等效电路图如图所示。
?
当火焰靠近热敏电阻时,蜂鸣器报警,说明此时P点为高电平,A点为低电平,也就是说热敏电阻两端的电压减小,由电路图可知,热敏电阻的阻值减小。
答案:(1)低电平“0” (2)热敏电阻的阻值减小类型一类型二类型三题后反思画出等效电路,根据非门的逻辑关系分析电路是解决本题的关键。课件17张PPT。1 电源和电流1.了解电流的形成;知道电源的作用和导体中的恒定电场。
2.知道电流的定义,单位、方向的规定;理解恒定电流。
3.理解电流形成的微观实质。1.电源
使电路中保持持续的电流,能把电子从一个位置搬运到另一位置的装置就是电源。
2.恒定电场
(1)导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。
(2)尽管这些电荷在运动,但电荷的分布是稳定的,这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场,称为恒定电场。恒定电场是静电场吗?
提示:不是静电场。但静电场中的一些规律同样适用于恒定电场。3.恒定电流
(1)把大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。
(2)电流:①物理意义:表示电流强弱程度的物理量。
电流越大,单位时间内通过导体横截面的电荷量越多。
③单位:在国际单位制中是安培,简称安,符号是A。更小的单位还有毫安(mA)、微安(μA),换算关系为1 A=103 mA=106 μA。
④标量:电流虽然有方向,但不是矢量,不符合矢量对方向的要求。电流的方向是这样规定的:导体内正电荷定向移动的方向为电流的方向。金属导体中的电流是怎样形成的?
提示:金属导体中的电流是自由电子定向移动形成的,自由电子定向移动的方向与电流的方向相反。1.对电流的理解
(1)电流的形成:
①产生电流的条件:导体两端有电压。
②形成持续电流的条件:电路中有电源且电路闭合。
(2)电流的方向:
①规定正电荷定向移动的方向为电流的方向,则负电荷定向移动的方向与电流的方向相反。
②金属导体中自由移动的电荷是自由电子,电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。2.电流的微观表达式
(1)电流的微观表达式:I=nqSv。其中n是导体每单位体积内的自由电荷数,q是每个自由电荷的电荷量,v是导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率,S是导体的横截面积。(2)根据电流的微观表达式可以看出,电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、自由电荷的电荷量、自由电荷定向移动的速度,还与导体的横截面积有关。
(3)由I=nqvS可以看出,同种导体横截面积越大的位置,电荷定向移动的速率越小。
特别提醒若已知单位长度的自由电荷数为n',则电流的微观表达式为I=vn'q。3.三种速率的比较
(1)三种速率概念:
①电子定向移动的速率:电子在金属导体中的平均运动速率。
②电流的传导速率:电流在导体中的传导速率。
③电子热运动的速率:自由电子在导体内做无规则热运动的速率。特别提醒电流的形成是电子在速率很大的无规则热运动上附加一个速率很小的定向移动,电路闭合时,瞬间在系统中形成电场,使导体中所有自由电荷在电场力的作用下共同定向移动,并不是电荷瞬间从电源运动到用电器。类型一类型二电流的计算
【例1】 某电解池中,若在2 s内各有1.0×1019个二价正离子和2.0×1019个一价负离子通过某截面,那么通过这个截面的电流是( )
A.0 B.0.8 A C.1.6 A D.3.2 A
点拨:电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量,而正电荷的定向移动形成电流与负电荷定向移动形成电流是等效的,只不过正电荷定向移动的方向与负电荷定向移动的方向相反而已。类型一类型二解析:电荷的定向移动形成电流,但正、负电荷同时向相反方向定向移动时,通过某截面的电荷量应是两者绝对值的和。故由题意可知,电流由正、负离子定向移动形成,则在2 s内通过截面的总电荷量应为q=1.6×10-19×2×1.0×1019 C+1.6×10-19×1×2.0×1019 C=6.4 C。答案:D
题后反思正确理解电流的形成,当正、负电荷都参与定向移动时,正、负电荷对电流的形成都有贡献。类型一类型二触类旁通在例1中,如果在2 s内到达阳极的负离子和到达阴极的正离子的电荷量都是3.2 C,那么电解池中的电流又是多大?解析:到达阴极的3.2 C的负离子,可理解为有1.6 C的负离子由阴极到达阳极,同时又有1.6 C的正离子由阳极到达了阴极,故电解池中的电流为
答案:1.6 A类型一类型二电流微观表达式的应用
【例2】 (多选)横截面积为S的导线中通有电流I。已知导线每单位体积中有n个自由电子,每个自由电子的电荷量是e,自由电子定向移动的速率是v,则在时间Δt内通过导线横截面的电子数是( )点拨:电子数等于总电荷量除以每个电子的电荷量,只要求出通过导体截面的电荷量,即可求出电子数。类型一类型二解析:电荷量q=It,单位体积内的电子数已知,要求出Δt时间内有多少电子通过截面,才能求出电子数。
(1)根据电流的定义式可知,在Δt内通过导线截面的电荷量q=IΔt。(2)自由电子定向移动的速率是v,因此在时间Δt内,位于以截面S为底、长l=vΔt的这段导线内的自由电子都能通过截面。这段导线的体积V=Sl=SvΔt,所以Δt内通过截面S的自由电子数为N=nV=nSvΔt,选项A正确。
答案:AC
题后反思本题主要考查电流的定义式和微观表达式的应用。求解此题的关键是对电流的本质要有正确的理解,依据电流的宏观和微观表达式,灵活解答。类型一类型二触类旁通在例2中,如果导线上均匀带有负电荷,每米电荷量为q,当此导线沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时,由于导线运动而形成的等效电流大小为( )课件14张PPT。2 电动势1.知道电源是把其他形式的能转化为电能的装置。
2.了解电动势的物理意义,知道它的定义式。
3.理解电源的内电阻。1.电源
电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。
2.电动势
(1)定义:在电源内部从负极到正极移送正电荷非静电力所做的功W跟被移送的电荷量q的比值叫作电源的电动势。(3)单位:在国际单位制中为伏特,简称伏,符号为V。
(4)标量:电动势只有大小,没有方向。但电源有正、负极。
(5)物理意义:描述电源把其他形式的能转化为电势能的本领的物理量。干电池的型号不同,电动势却可以是一样的,这说明了什么问题?
提示:电源电动势是电源的属性,电动势由非静电力的特性决定,与电源的体积大小无关。3.电源的内阻
电源内部的导体所具有的电阻叫作电源的内阻。
注意:为了描述电动势与电流方向的关系,给电动势也规定了一个方向,就是在电源内部从负极指向正极的方向,与电流流过电源内电路的方向相同。干电池用久了,它的内阻仍保持不变吗?
提示:不是的,干电池用久了,内阻会变大。1.电源与电路中的能量转化问题
功是能量转化的量度。在电源中,非静电力做功,其他形式的能转化为电能,非静电力移送电荷做了多少功,就有多少其他形式的能转化为电能,即W非=qE;在电路中,静电力做功,电能转化成其他形式的能,静电力移送电荷做了多少功,就有多少电能转化为其他形式的能,即W电=qU。2.对电动势的理解
(1)概念理解
①在不同电源中,非静电力做功本领不同,即把相同数量的正电荷在电源内部从负极搬运到正极,非静电力做功的多少不同,电动势大小也不同。
②电动势E是标量,为研究问题方便,规定其方向为电源内部电流方向,即由电源负极指向正极。类型一类型二电路中的能量转化问题
【例1】 以下说法中正确的是( )
A.在外电路中和电源内部,正电荷都受静电力作用,所以能不断地定向移动形成电流
B.静电力与非静电力都可以使电荷移动,所以本质上都是使电荷的电势能减少
C.在电源内部正电荷能从负极到达正极是因为电源内部只存在非静电力而不存在静电力
D.静电力移动电荷做功电势能减少,非静电力移动电荷做功电势能增加类型一类型二点拨:在电源内部和外电路中,使电荷发生定向移动的力分别是非静电力和静电力,因此,内、外电路中的能量转化是相反的。
解析:本题考查的是静电力和非静电力,关键是理解静电力和非静电力的概念及其作用。电源内部非静电力做功使电荷的电势能增加,而静电力移动电荷做正功的过程中电势能减少,故D项正确。
答案:D
题后反思无论电源内部还是外电路中都存在着电场,在外电路中只有静电力做功,电能转化为其他形式的能;在电源内部,由于有电阻,静电力也做一部分功,将电能转化为内能,还有非静电力对电荷做功,将其他形式的能转化为电能。类型一类型二触类旁通从能量转化的观点来看,电源电动势E和电压U有什么不同?
解析:从能量转化的角度来说,电动势E反映非静电力做功时,将其他形式的能转化为电能的本领;电压U反映静电力做功时,将电能转化为其他形式的能的本领。E和U反映的能的转化方向相反。
答案:见解析类型一类型二电动势的计算
【例2】 由6节新干电池组成电池组对一电阻供电,电路中的电流为 2 A,在10 s内电源做功为180 J,则电源的总电动势为多少?从计算结果中你能得到什么启示?
点拨:本题考查的是电源的串联问题,电源所做的功就是搬运电荷的非静电力所做的功,根据解析:电源做的功等于非静电力搬运电荷所做的功。在10 s内搬运的总电荷量为q=It=2×10 C=20 C
由W=qE(式中的E为电源电动势)得每一节干电池的电动势为1.5 V,9 V相当于6个1.5 V相加,也就是说,串联电池组的总电动势等于各干电池电动势的总和。
答案:9 V 串联电池组的总电动势等于各干电池电动势的总和类型一类型二题后反思电动势是反映非静电力把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量,电动势数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功。类型一类型二触类旁通在例2中,求5 s内电源中有多少其他形式的能转化为电能?
解析:在5 s内非静电力在电源内部由负极搬运到正极的正电荷的电荷量为
q=It=2×5 C=10 C
5 s内转化的电能是
W=qE=10×9 J=90 J。
答案:90 J课件23张PPT。3 欧姆定律1.理解电阻的定义式和欧姆定律。
2.知道导体的伏安特性曲线,知道线性元件和非线性元件。
3.掌握分压电路,会利用U-I图象分析和处理实验数据,总结实验规律。1.欧姆定律
(1)电阻
①定义:加在导体两端的电压U跟通过该导体的电流I的比值叫作该导体的电阻。③单位:在国际单位制中是欧姆,简称欧,符号是Ω,常用的电阻单位还有千欧(kΩ)和兆欧(MΩ)。1 MΩ=106 Ω,1 kΩ=103 Ω。
④标量:电阻只有大小,没有方向。
⑤物理意义:反映导体对电流阻碍作用的物理量,是导体本身的属性。(2)欧姆定律
①内容:导体中的电流跟导体两端的电压U成正比,跟导体的电阻R成反比。③适用条件:实验表明,除金属外,欧姆定律对电解质溶液也适用,对气态导体和半导体元件并不适用。一台电动机接在电路中,正常工作时和线圈被卡住不转时通过的电流相等吗?为什么?
提示:不相等。当电动机正常工作时,U>IR;当线圈卡住不动时,U=IR。2.导体的伏安特性曲线
(1)伏安特性曲线
表示导体中电流和导体两端电压的关系时用的 I-U 图线。
(2)斜率的物理意义
I-U图线上各点与坐标原点连线的斜率为导体电阻的倒数。
(3)图线的形状
按照图线的形状是否为直线,可将电学元件分为线性元件和非线性元件。3.测绘小灯泡的伏安特性曲线
(1)实验器材
小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器、学生电源(或电池组)、开关、导线、坐标纸、铅笔等。
(2)实验电路如图所示 (3)实验操作
①按如图所示连接好电路,开关闭合前,将滑动变阻器滑片滑至R的左端。
②闭合开关,右移滑片到不同位置,并分别记下电压表、电流表的示数。
③依据实验数据作出小灯泡的伏安特性曲线。3.实验:描绘小灯泡的伏安特性曲线
(1)实验目的:描绘小灯泡的伏安特性曲线并分析其规律。
(2)实验原理:根据欧姆定律,在纯电阻电路中,电阻两端的电压和通过电阻的电流呈线性关系,即I-U图线是一条过原点的直线。但是实际电路中由于各种因素的影响,I-U图线可能不是直线。用伏安法分别测出灯泡两端电压及通过的电流便可绘出I-U图线,其原理图如图甲所示。(3)实验步骤:①确定电流表、电压表的量程,要用电流表外接法,按如图甲所示的原理图连接好实验电路。
②把滑动变阻器的滑片调节到图中A点,电路经检查无误后,闭合开关S。
③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,记入记录表格内,断开开关S。
④在坐标纸上建立一个直角坐标系,纵轴表示电流,横轴表示电压,用平滑曲线将各数据点连接起来,便得到伏安特性曲线,如图乙所示。
⑤拆去实验电路,整理好实验器材。(4)实验结论:从图乙中可以看出灯丝电阻逐渐增大,表明导体的电阻随温度的升高而增大。
(5)注意事项:①由于小灯泡的电阻较小,为减小误差,应采用电流表外接法。
②为使小灯泡两端的电压从零开始逐渐增大到接近额定电压,滑动变阻器可采用分压接法。
③在连接电路时应注意以下问题:
a.连接顺序为“先串后并”。
b.电表量程选择的原则:在保证测量值不超过量程的情况下,指针偏转角度越大,测量值的精确度通常越高。
c.滑动变阻器滑片的初始位置:电路接好后,合上开关前要检查滑动变阻器滑片的位置,通常在开始实验时,应通过调整滑动变阻器的滑片位置,使小灯泡两端的电压或流经小灯泡的电流最小。类型一类型二类型三欧姆定律的理解与应用
【例1】 下列说法中正确的是( )点拨:本题考查对欧姆定律和电阻定义式的理解,知道公式的来龙去脉、适用条件、物理意义是解题的关键。类型一类型二类型三解析:导体的电阻取决于导体自身,与U、I无关,故A、C均错误。
定义为电阻,所以B正确。由电流与电压的关系知电压是产生电流的原因,所以正确的说法是“通过导体的电流跟加在它两端的电压成正比”,因果关系不能颠倒,D错误。
答案:B
题后反思欧姆定律揭示了导体中电流的大小与电压和电阻的关系。而电阻的定义式则给出了电阻的一种测量方法。类型一类型二类型三伏安特性曲线的应用
【例2】 某同学做三种导电元件的导电性质实验,根据所测数据分别绘制了三种元件的I-U图象如图甲、乙、丙所示,则下列判断正确的是( )
?
A.只有乙正确
B.甲、丙图曲线肯定是误差太大
C.甲、丙不遵从欧姆定律,肯定是不可能的
D.甲、乙、丙三图象都可能正确,并不一定有较大的误差类型一类型二类型三点拨:伏安特性曲线包括线性元件和非线性元件两类元件的曲线。
解析:本题的伏安特性曲线是I-U图象,图象中某点与原点连线的斜率的倒数表示导体在该状态下的电阻,图甲反映元件的电阻随电压的升高而减小,是非线性元件;图乙反映元件的电阻不随电压的变化而变化,是线性元件;图丙反映元件的电阻随电压的升高而增大,说明元件类似于小灯泡,综上所述,三种图象都有可能,故D对。
答案:D
题后反思小灯泡的伏安特性曲线与图丙类似,其原因是灯泡的灯丝在不同电压下,发光、发热情况不同,电压越高,通过小灯泡的电流越大,灯丝温度越高,电阻随温度的升高而增大。类型一类型二类型三小灯泡伏安特性曲线的测绘
【例3】 在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,可供选择的器材:
A.小灯泡:规格为“3.8 V 0.3 A”
B.电流表:量程0~0.6 A,内阻约为0.5 Ω
C.电流表:量程0~3 A,内阻约为0.1 Ω
D.电压表:量程0~5 V,内阻约为5 kΩ
E.滑动变阻器:阻值范围0~10 Ω,额定电流2 A
F.电池组:电动势6 V,内阻约为1 Ω
G.开关一只,导线若干
(1)为了使测量尽可能准确,需要使小灯泡两端电压从0逐渐增大到3.8 V且能方便地进行调节,因此电流表应选 。(填器材代号)?类型一类型二类型三点拨:小灯泡伏安特性曲线的描绘,要求测量电路应采用电流表外接,控制电路采用分压电路。类型一类型二类型三解析:(1)因小灯泡的额定电流为0.3 A,为减小读数误差,让指针偏角大一些,则电流表应选B。
(2)由电流表外接和滑动变阻器采用分压式连接,电路图如图所示,由电路图连接实物图如图所示。答案:(1)B (2)见解析 类型一类型二类型三题后反思小灯泡伏安特性曲线的描绘,由于小灯泡的电阻比较小,为减小误差,电流表采用外接法。实验要求电压从零开始调节,滑动变阻器应采用分压接法。测量工具的选取应遵循“测得准”的原则,选择精度较高的测量工具。类型一类型二类型三触类旁通在例3中,闭合开关前,应把滑动变阻器的滑片滑至什么位置?
解析:在闭合开关后,应使测量电路两端电压为零,所以闭合开关前,先把滑片调到滑动变阻器的最左端。
答案:最左端。课件23张PPT。4 串联电路和并联电路1.掌握串、并联电路的电流关系和电压关系。
2.理解并能推导串、并联电路的电阻关系。
3.应用串、并联特点改装电压表和电流表。如果我们在实验室做电学实验时仔细观察,就会发现,用于连接电路的导线都是用多芯导线做成的,这是为什么?
提示:多芯导线连接电路时,相当于多个相同的导线并联,使电路中的总电阻变小。2.电流表和电压表
(1)电流表G(表头):常用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。小量程电流表主要有三个参数:①电流表的电阻称为内阻,用字母Rg表示;②指针偏转到最大刻度时的电流Ig叫作满偏电流;③电流表通过满偏电流时加在它两端的电压Ug叫作满偏电压,上述三个物理量的关系为Ug=IgRg。
(2)电压表和电流表的改装:当把电流表G改装成量程为U的电压表时,应当串联一个电阻R,该电阻起分压作用,因此叫分压电阻,与三个参数间的关系为U=Ig(Rg+R);当把电流表G改装成量程为I的电流表(也叫安培表)时,应当并联一个电阻,该电阻起分流作用,因此叫作分流电阻,与三个参数间的关系为IgRg=(I-Ig)R。1.对串、并联电路的理解
(1)关于电阻的几个常用推论:
①串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的电阻。
②并联电路的总电阻小于其中任一支路的电阻。
③几个相同的电阻R并联,其总电阻为
④多个电阻并联时,其中任一电阻增大或减小,总电阻也随之增大或减小。
(2)关于电压和电流的分配关系:②并联电路中通过各支路电阻的电流跟它们的阻值成反比,即I1R1=I2R2=…=InRn=I总R总=U。特别提醒(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等于小量程电流表指针满偏时对应的R和小量程电流表串联电路的总电压;改装后电流表的量程等于小量程电流表指针满偏时对应的R与小量程电流表并联电路的总电流。特别提醒在用伏安法测电阻的实验中,在设计电路及实物连线时,要特别注意两点:一是电流表应内接还是外接;二是滑动变阻器采用限流还是分压。类型一类型二类型三串、并联电路的计算
【例1】 两个用电器的额定电压都是6 V,额定电流分别是 I1=0.1 A和I2=0.3 A。
(1)把这两个用电器并联后接在电压为8 V的电路中,要使它们正常工作,应附加多大的电阻?
(2)如果把它们串联后接在12 V的电路上,要使它们正常工作应该接多大的电阻?
点拨:(1)两个用电器的额定电压都是6 V,并联后接入6 V的电路上就能正常工作;而今电路的电压是8 V,大于6 V,故应串联一个分压电阻Rx,使其分担2 V的电压。
(2)两个用电器不能简单地串联,因串联后两个用电器的分压不同,不能均分12 V的电压。类型一类型二类型三类型一类型二类型三答案:(1)5 Ω (2)30 Ω 类型一类型二类型三题后反思为使用电器正常工作,加在它们两端的电压必须是额定电压,或通过它们的电流必须是额定电流,若电源电压不满足要求,就要用学过的串、并联知识进行电路整合。类型一类型二类型三触类旁通灯泡的电阻为240 Ω,额定电压为120 V,应串联一个阻值多大的电阻,才可把灯泡接在220 V的电路中?解析:由欧姆定律知,小灯泡正常工作时的电流答案:200 Ω 类型一类型二类型三电流表的改装
【例2】 已知电流表的内阻Rg=120 Ω,满偏电流Ig=3 mA,要把它改装成量程是6 V的电压表,应串联多大的电阻?要把它改装成量程是3 A的电流表,应并联多大的电阻?
点拨:电压表是由一只电流表跟一只定值电阻串联而成的,串联的电阻起分压作用。改装后的电压表量程不同是因为串联的电阻不同。电流表是由一只电流表跟一只定值电阻并联而成的,并联的电阻起分流的作用,并联不同阻值的电阻改装后的量程不同。类型一类型二类型三解析:改装成电压表时应串联一个分压电阻,由欧姆定律得U=Ig(Rg+R)答案:1 880 Ω 0.12 Ω
题后反思改装后的电压表表盘上显示的是表头和分压电阻两端的总电压。改装后的电流表表盘上显示的是通过表头和分流电阻的总电流。类型一类型二类型三触类旁通在例2中,改装后的电压表和电流表的内阻分别是多大?
解析:电压表的内阻RV=Rg+R=2 000 Ω答案:2 000 Ω 0.12 Ω 类型一类型二类型三滑动变阻器“限流”“分压”问题的分析
【例3】 如图所示,滑动变阻器R1的最大值是200 Ω,R2=R3=300 Ω,A、B两端电压UAB=8 V。
(1)当开关S断开时,移动滑片P,R2两端可获得的电压的变化范围是多少?
(2)当开关S闭合时,移动滑片P,R2两端可获得的电压的变化范围又是多少?
点拨:先认清开关S断开、闭合时的滑动变阻器的接法,再根据串、并联关系结合滑片位置计算R2获得的电压范围。类型一类型二类型三 题后反思滑动变阻器分压接法比限流接法输出的电压范围大。类型一类型二类型三触类旁通在例3中,(1)若当S断开时,在R2两端并联一个内阻不很大的电压表,电压表的示数范围还是4.8~8 V吗?
(2)当S闭合时,若去掉R2,P、C之间断开,把AB间的8 V电压加在PC间,当滑片移动时,AB间可得到的电压变化范围是多少?
解析:(1)不再是4.8~8 V,因电压表与R2并联,当滑片P在最下端时,RV与R2的并联阻值小于R2,总电阻变小,干路电流变大,R1上的电压变大,并联部分即电压表示数会小于4.8 V,但最大电压仍为滑片P在最上端时,仍为8 V,读数范围会比原来的范围大。
(2)滑动变阻器的滑片P上方无电流,AP间是等电势的,所以AB间电压不变,始终为8 V。
答案:(1)不是,会大于原来的范围
(2)始终为8 V课件19张PPT。5 焦耳定律1.能从能量转化的角度理解电功、电热和电功率的含义。
2.理解焦耳定律的意义,并能利用焦耳定律解决实际问题。
3.知道电功和电热的区别,并能计算纯电阻电路和非纯电阻电路中的电功、电热。1.电功与电功率
(1)电功,即电流做功,实质上是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。
(2)电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程,电流做功的多少等于电能转化为其他形式能的数量。
(3)电功的公式:W=UIt。
(4)电功率即单位时间内电流所做的功,电流在一段电路上做功的功率P等于电流I与这段电路两端的电压U的乘积。表达式为我们家中的电能表是测量什么的?
提示:测量消耗的电能,还可以说测量电流做的电功的多少。2.焦耳定律
(1)内容:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻及通电时间成正比。
(2)公式:Q=I2Rt。
(3)热功率:单位时间内的发热量。P=I2R。标有“220 V40 W”的灯泡和“220 V40 W”的电动机,把它们并联后接到220 V的照明电路中,二
者都能正常工作,它们在相同的时间内产生的电热相同吗?
提示:不相同。电动机和灯泡消耗的电能相同,电动机有一部分电能转化为电热,另一部分转化为机械能;灯泡消耗的电能全部转化为电热。3.串、并联电路中电功率的分析与计算
对于纯电阻组成的串联和并联电路,相关电功率的分析如下:特别提醒(1)求解串、并联电路中的功率分配问题时,比例法求解会使问题简化,但一定要根据串、并联电路的特点,确定是正比还是反比关系。
(2)当分析用电器的功率问题时,一定要注意用电器的安全,即不要超过用电器的额定电压、额定电流。类型一类型二类型三非纯电阻电路电功的分析与计算
【例1】 在研究微型电动机的性能时,可采用如图所示的实验电路。当调节滑动变阻器R,使电动机停止转动时,电流表和电压表的示数分别为0.5 A和 1.0 V;重新调节R,使电动机恢复正常运转时,电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V。求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻。
点拨:(1)电动机不转时相当于纯电阻,由欧姆定律求线圈电阻。
(2)根据能量守恒求电动机正常运转时的输出功率。类型一类型二类型三类型一类型二类型三触类旁通在例1中,若题干中电动机的正常工作状态是匀速提升一个2 kg的物体,该物体竖直上升的速度多大?(g取 10 m/s2)
解析:物体匀速上升时,有P机=mgv 答案:1.1 m/s 类型一类型二类型三对电功、电热的理解
【例2】 关于电功和电热,下面说法正确的是( )
A.任何电路中的电功W=UIt,电热Q=I2Rt,且 W=Q
B.任何电路中的电功W=UIt,电热Q=I2Rt,且W有时不等于Q
C.电功W=UIt在任何电路中都适用,Q=I2Rt只在纯电阻电路中适用
D.电功W=UIt,电热Q=I2Rt,只适用于纯电阻电路
点拨:W=UIt和Q=I2Rt两公式的适用条件是判断问题的依据。
解析:W=UIt适用于求一切电路中的电功,Q=I2Rt适用于求一切电路中的电热。在纯电阻电路中,W=Q,在非纯电阻电路中,W>Q。选项B正确。
答案:B类型一类型二类型三题后反思处理电路中的能量转化问题时,一要明确电路是纯电阻电路还是非纯电阻电路,二要清楚题目求解的是电功还是电热,再选用相应的公式求解。类型一类型二类型三解析:A、D两选项适合于任何电路的电功的计算,B选项适合于任何电路的电热的计算,C选项只适合于纯电阻电路电热的计算。
答案:B类型一类型二类型三串、并联电路中的功率计算
【例3】 给定两只标有“110 V40 W”的灯泡L1和标有“110 V100 W”的灯泡L2及一只最大阻值为500 Ω的滑动变阻器R,将它们接在220 V的电路中,在如图所示的几种接法中,最合理的是( )类型一类型二类型三点拨:该题所谓的最合理就是既能使两个灯泡正常发光,又能使滑动变阻器消耗的功率最小,此时电路中的电流应该最小。
解析:由L1(110 V,40 W),L2(110 V,100 W),可知 R1>R2,由串、并联电路电压特点可知A、D中L1、L2一定不会同时正常发光,虽然B、C能使L1、L2同时正常发光,但B中P总=2(P1+P2),C中P总=2P2,所以选C。
答案:C类型一类型二类型三题后反思求解这类问题,首先要明确电路中各元件之间的连接关系,再利用串、并联电路的性质和功率分配关系,求出各元件消耗的功率。电路中消耗的总功率等于各元件消耗的功率之和。课件25张PPT。6 导体的电阻1.加深对电阻的理解,了解电阻定律,能用电阻定律进行计算。
2.理解电阻率的物理意义,熟悉电阻率和温度的关系。1.导体的电阻
(1)电阻丝横截面积、长度和电阻的测量。
①用刻度尺分别直接和间接测出电阻丝的长度和直径,进而计算出电阻丝的横截面积。
②用伏安法测出电阻丝的电阻。(3)逻辑推理。
①分析导体电阻与它的长度的关系:在材料、横截面积相同的条件下,导体的电阻跟长度成正比。
②分析导体电阻与它的横截面积的关系:在材料、长度相同的条件下,导体的电阻跟横截面积成反比。
③导体的电阻跟材料的关系。生活中的输电导线往往比较粗,你知道这是为什么吗?
提示:减小输电导线的电阻。3.实验:测定金属的电阻率
(1)实验目的。
①掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法及电流表和电压表的读数方法。
②会用伏安法测电阻,并能测定金属的电阻率。 (3)实验步骤
①取一段新的金属丝紧密绕制在铅笔上,用毫米刻度尺测出它的宽度,除以圈数,求出金属丝的直径。或者用螺旋测微器直接测量。
②按如图所示的电路图连接实验电路。
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。
④把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置,电路经检查确认无误后,闭合开关S。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。
⑤拆除实验电路,整理好实验器材。(4)数据处理。
①电阻R的值:
方法一,平均值法:分别计算电阻值再求平均值;
方法二,图象法:利用U-I图线的斜率求电阻。(5)注意事项。
①为了方便,测量直径应在导线连入电路前进行,为了准确测量金属丝的长度,应该在连入电路之后在拉直的情况下进行。
②本实验中被测金属丝的电阻值较小,故须采用电流表外接法。
③开关S闭合前,滑动变阻器的阻值要调至最大。
④电流不宜太大(电流表用0~0.6 A量程),通电时间不宜太长,以免金属丝温度升高,导致电阻率在实验过程中变大。
(6)误差分析
①直径、长度测量带来误差。
②电流表外接法,R测③通电时间过长,电流过大,导致电阻率发生变化。类型一类型二类型三电阻定律和欧姆定律的综合应用
【例1】 如图所示,厚薄均匀的矩形金属薄片边长ab=2bc。当将A与B接入电压为U(V)的电路中时,电流为I;若将C与D接入电压为U(V)的电路中,则电流为( )点拨:利用电阻定律求出两种连接情况下的电阻关系,再利用欧姆定律判断电流关系。类型一类型二类型三解析:设沿AB方向的横截面积为S1,沿CD方向的横截面积为S2,答案:A
题后反思应用电阻定律解题,对同种材料的导体来说,电阻率ρ不变,确定l和S的大小是解题的关键。类型一类型二类型三触类旁通两根完全相同的金属裸导线,如果把其中的一根均匀地拉长到原来的两倍,把另一根导线对折后绞合起来,则它们的电阻之比为多少?类型一类型二类型三对电阻和电阻率的理解
【例2】 关于电阻和电阻率,下列说法中正确的是( )
A.把一根均匀导线等分成等长的两段,则每部分的电阻、电阻率均变为原来的一半
C.材料的电阻率随温度的升高而增大
D.对某一确定的导体当温度升高时,发现它电阻增大,说明该导体材料的电阻率随温度的升高而增大类型一类型二类型三点拨:导体的电阻由ρ、l、S共同决定,而ρ是由导体的材料和温度决定的。
解析:导体的电阻率由材料本身决定,并随温度的变化而变化,但并不都是随温度的升高而增大,则A、B、C错误。若导体温度升高时,电阻增大,其原因就是电阻率随温度的升高而增大产生的,则选项D正确。
答案:D类型一类型二类型三类型一类型二类型三触类旁通下列关于电阻率的说法正确的是( )
A.电阻率ρ与导体的长度l和横截面积S有关
B.电阻率表征了材料的导电能力的强弱,由导体的材料决定,且与温度有关
C.电阻率大的导体,电阻一定很大
D.有些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响,可用来制成电阻温度计
解析:电阻率反映材料导电能力的强弱,只与材料及温度有关,与导线的长度l和横截面积无关,故A错,B对;由 ,R不一定大,故C错;有些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响,用来制作标准电阻,故D错。
答案:B类型一类型二类型三实验:测定金属的电阻率
【例3】 在做测定金属的电阻率的实验时,需要对金属丝的电阻进行测量,已知金属丝的电阻值Rx,约为20 Ω。一位同学用伏安法对这个电阻的阻值进行了比较精确的测量,这位同学想使被测电阻Rx两端的电压变化范围尽可能的大。他可选用的器材:
电源E:电动势为8 V,内阻为1.0 Ω;
电流表A:量程0.6 A,内阻约为0.50 Ω;
电压表V:量程10 V,内阻约为10 kΩ;
滑动变阻器R:最大电阻值为5.0 Ω;
开关一个,导线若干。
(1)根据上述条件,测量时电流表应采用 (选填“外接法”或“内接法”)。?类型一类型二类型三(2)在方框内画出实验电路图。(3)若在上述实验中,电流表的示数为I,电压表的示数为U,且电流表内阻RA、电压表内阻RV均为已知量,用测量的物理量和电表内阻计算金属丝电阻的表达式。
Rx= 。?
点拨:(1)要使被测电阻Rx两端的电压变化范围尽量大,就要采用滑动变阻器的分压式接法。
(2)电流表、电压表的内阻为已知量时相当于一个特殊电阻。类型一类型二类型三类型一类型二类型三题后反思当电压表、电流表的内阻已知时,它们就相当于一个电阻,其两端的电压和流过的电流和它本身的电阻三者满足欧姆定律。课件24张PPT。7 闭合电路的欧姆定律1.通过闭合电路欧姆定律的理论推导过程,体验能量转化和守恒定律在电路中的具体应用,理解内、外电路的能量转化。
2.理解内、外电压,理解闭合电路的欧姆定律。
3.会用闭合电路欧姆定律分析路端电压与负载的关系,能进行相关的电路分析和计算。1.闭合电路的欧姆定律
(1)闭合电路组成。
①外电路:电源外部的电路,在外电路中,沿电流方向电势降低。
②内电路:电源内部的电路,在内电路中,沿电流方向电势升高。
(2)闭合电路中的能量转化。
?
如图所示,电路中电流为I,在时间t内,非静电力做的功等于内外电路中电能转化为其他形式的能的总和,即 EIt=I2Rt+I2rt。(3)闭合电路的欧姆定律。
①内容:闭合电路里的电流,跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比。③适用范围:纯电阻电路。
④常用的变形公式及适用范围:
a.公式:E=U外+U内或U=E-Ir。
b.适用范围:任何闭合电路。假如用发电机直接给教室内的电灯供电,电灯两端的电压等于发电机的电动势吗?
提示:不等于。因为发电机内部有电压降。2.路端电压与负载的关系
(1)路端电压与电流的关系。①公式:U=E-Ir。
②图象(U-I图象):如图所示是一条倾斜的直线,该线与纵轴交点的纵坐标表示电动势,斜率的绝对值表示电源的内阻。为什么不能直接用导线把电源的两极连接起来?
提示:直接用导线把电源的两极连接起来时,电路中电阻很小,电流很大,容易损坏电源。1.解决闭合电路问题的一般步骤
(1)认清电路中各元件连接关系,画出等效电路图。
(2)求总电流I:若已知内、外电路上所有电阻的阻值和电源电动势,可用闭合电路的欧姆定律直接求出,若内、外电路上有多个未知电阻,可利用某一部分电路的已知电流和电压求总电流I;当以上方法都行不通时,可以应用联立方程求出I。
(3)根据串、并联电路的特点或部分电路欧姆定律求各部分电路的电压和电流。
(4)当外电路含有非纯电阻元件时(如电动机、电解槽等),不能应用闭合电路的欧姆定律求解干路电流,也不能应用部分电路欧姆定律求解该部分的电流,若需要时只能根据串、并联的特点或能量守恒定律计算。2.闭合电路的动态分析
闭合电路中由于局部电阻变化(或开关的通断)引起各部分电压、电流(或灯泡亮暗)发生变化的问题分析的具体步骤如下:特别提醒(1)对给定的电源,认为E、r不变。
(2)在纯电阻电路中,任何一个电阻的增大(或减小),都将引起电路总电阻的增大(或减小),该电阻两端的电压一定会增大(或减小)。
(3)对于有电压变化的闭合电路问题,由E=U外+U内,可知内、外电路电压变化的绝对值相等,即|ΔU外|=|ΔU内|。3.闭合电路中的几种功率
(1)几种功率及相互关系。特别提醒(1)电源的总功率等于电源的内、外电路消耗的电功率之和。
(2)电源的输出功率最大时,电源的效率不是最大,而是50%。(2)路端电压与电流的关系
对纯电阻电路有U=E-Ir,对给定的电源,电动势和内电阻为定值,所以路端电压与电流是线性关系,如图乙所示,图象表达:U轴截距是电源电动势,I轴截距等于短路电流,直线的斜率等于内电阻。该图象也称为电源的伏安特性图象。类型一类型二类型三闭合电路的动态分析 【例1】 (多选)在如图所示的电路中,电源电动势为E、内电阻为r,C为电容器,R0为定值电阻,R为滑动变阻器。开关闭合后,灯泡L能正常发光。当滑动变阻器的滑片向右移动时,下列判断正确的是( )
A.灯泡L将变暗
B.灯泡L将变亮
C.电容器C的电荷量将减少
D.电容器C的电荷量将增加点拨:滑动变阻器R的电阻增大时,会引起电路总电阻增大,滑动变阻器R的电阻减小时,会引起电路总电阻减小。类型一类型二类型三题后反思当电路中某一部分电阻变化时,整个电路各处的电压、电流都会受到影响,分析时,应抓住全电路中电源电动势和内阻不变的特点,从总电流的变化顺次推理,借助串、并联电路规律去分析各部分电路中相关物理量的变化。类型一类型二类型三触类旁通电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接成如图所示的电路,当滑动变阻器的滑片由中点滑向b端时,下列说法正确的是 ( )
A.电压表和电流表读数都增大
B.电压表和电流表读数都减小
C.电压表读数增大,电流表读数减小
D.电压表读数减小,电流表读数增大类型一类型二类型三类型一类型二类型三闭合电路中的功率问题
【例2】 如图所示,电路中电池的电动势E=5 V,内电阻r=10 Ω,固定电阻 R=90 Ω,R0是可变电阻,在R0从零增加到400 Ω的过程中,求:
(1)可变电阻R0为多少时消耗功率最大?最大热功率是多少?
(2)电池的电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和;
(3)R0调到多少时R上消耗的功率最大。
点拨:求R0消耗的功率最大时,可将R+r都当作电源的内电阻来处理;求R上消耗的功率最大时,R0不能当作电源内阻了,因为它是可变的,调到最小时,电路中的电流最大,因此R 上的功率就最大。类型一类型二类型三类型一类型二类型三题后反思将(R+r)当作电源的内电阻,当内、外电路电阻相等时,电源有最大输出功率,这个条件适用于求变阻器上消耗的最大功率,不适用于求定值电阻上消耗功率的最大值。因为R0是可变电阻,不能当作电源内阻。当R0的阻值等于零时电路中会出现最大电流,而此时却是R上消耗的最大功率的条件。类型一类型二类型三触类旁通在例2中,如果滑动变阻器的最大阻值为20 Ω,当R0调到多大时,R0消耗的功率最大?求出最大功率。
解析:可把R看成电源内阻的一部分,因为R0答案:20 Ω 0.035 W类型一类型二类型三路端电压与电流的关系
【例3】 (多选)如图所示,直线A为电源a的路端电压与电流的关系图线;直线B为电源b的路端电压与电流的关系图线;直线C为一个电阻R两端电压与电流的关系图线。将这个电阻分别接到a、b两电源上,那么( )
A.R接到b电源上时电源的效率高
B.R接到b电源上时电源的输出功率较大
C.R接到a电源上时电源的输出功率较大,但电源效率较低
D.R接到a电源上时电阻的发热功率较大,电源效率也较高类型一类型二类型三题后反思电源的路端电压与电流的关系图象是伏安法测电源电动势和内阻处理数据的重要依据。类型一类型二类型三触类旁通
如图所示,某电源的路端电压与电流的关系图象,由图象可知:电源的电动势为 V,电源的内阻为 Ω,电流为0.3 A时的外电阻是 Ω。?课件36张PPT。8 多用电表的原理 实验:练习使用多用电表1.通过对欧姆表的讨论,进一步提高应用闭合电路欧姆定律分析问题的能力,知道欧姆表测量电阻的原理。了解欧姆表的内部结构和刻度特点。
2.了解多用电表的基本结构,通过实际操作学会使用多用电表测量电压、电流和电阻。
3.会用多用电表测量二极管的正、反向电阻,并据此判断二极管的正、负极,会用多用电表探索简单黑箱中的电学元件。欧姆表的红表笔接内部电源的正极还是负极?
提示:红表笔接内部电源的负极,黑表笔接内部电源的正极。2.多用电表
(1)多用电表的性能:多用电表具有用途多、量程多、使用方便等优点,是生产生活中如电器安装、使用、维修过程必备的常用仪器。可以用来测量交流电压、直流电压、直流电流、电阻等物理量,而且可以用来判断电路故障。
(2)多用电表的原理:多用电表由一只电流表(表头)改装而成,每进行一种测量只使用其中一部分电路,其他部分不起作用。是通过一个或两个多功能旋转开关来改变内部电路结构的。用多用电表测电流时,把旋转开关旋到电流挡的合适挡位,内部的电流表电路就被接通,开关旋转到电压挡或电阻挡,表内电压表电路或欧姆表电路就被接通。(3)在不使用多用电表时,应将旋转开关旋到OFF挡,若长期不使用,应将电池取出。
(4)如图甲、乙所示是指针式多用电表和数字式多用电表。3.实验:多用电表的使用
(1)用多用电表测量电压。
①测交流电压时,将选择开关旋到交流电压挡的合适挡位上,不需要区分红黑表笔,直接并联到被测的电路上就可以。
②测量直流电压时,把选择开关旋到直流电压的合适挡位上,必须区分红、黑表笔,红表笔插正极插孔,接的是表头的正极;黑表笔插负极插孔,接的是表头的负极。测直流电压时,红表笔的接触点的电势应比黑表笔的高。(2)用多用电表测量电流。
将选择开关旋到直流电流挡的合适挡位上,红、黑表笔串入电路测量直流电流时,电流应从红表笔流入电表。使用欧姆表测电阻时,红表笔接的是表内电源的负极,电流从欧姆表的黑表笔流出,经被测电阻从红表笔流入。
(3)用多用电表测量电阻。
①选挡:估测待测电阻阻值,将选择开关拨到适当倍率。②调零:将红、黑两表笔的金属部分直接相连(短接),然后调节调零旋钮,使偏转的指针恰好停在电阻挡刻度线的零刻度处。
③测量:将红、黑表笔搭在电阻两端(电阻要和别的元件或电源断开)。读取表盘指针所指“电阻挡”刻度线的示数,指针所指的示数乘以选择开关所指的倍率,其值就是被测电阻阻值。特别提醒(1)欧姆表的“0”刻度线在刻度盘的最右端,刻度盘的最左端为“∞”刻度线。
(2)欧姆表的红表笔接内部电源的负极,测量时电流从黑表笔流出,从红表笔流入。2.多用电表的测量原理
(1)测直流电流和直流电压的原理。 这一原理实际上是电路的分流和分压原理,按照右图,将其中的转换开关接1或者2时测直流电流;接3或4时测直流电压。转换开关接5时,测电阻。3.多用电表的使用方法
(1)使用步骤。
①用螺丝刀轻轻转动多用电表的机械调零旋钮(调整定位螺丝),使指针正对零刻度(电流、电压的零刻度)。
②选挡:测电流、电压时选择合适的量程;测电阻时选择合适的倍率,以使指针指
③测电阻选用合适的倍率后,用欧姆调零旋钮进行调零(表笔直接接触,指针指右侧电阻零刻度)。
④将红黑表笔接被测电阻两端进行测量。
⑤将指针示数乘以倍率得测量值。
⑥将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡。(3)误差分析。
①测量值偏大的主要原因可能是表笔与电阻两端接触欠紧而增大接触电阻,或者在连续测量过程中,表笔接触时间过长,引起多用电表内电源电动势下降,内阻增加。
②测高值电阻时测量值偏小,则可能是人体电阻并入造成的。
③欧姆表的刻度是按标准电池标出的,当电池用旧了,电动势和内阻均发生变化,由此会引起测量误差。
特别提醒(1)测电流、电压时内部测量电路没有电源,但欧姆挡内部电路有电源,所以测电阻时,待测电阻与外部电源以及其他电阻断开,且不要用手接触表笔的金属杆。
(2)换用欧姆挡的另一量程时,一定要重新进行“欧姆调零”,才能进行测量。
(3)指针稳定后才能读数,测电阻时阻值为表针示数乘以选择开关所指的倍数,电压、电流的读数同样要看清选择开关所选择的量程。②测正向电阻:用多用电表的电阻挡,量程拨到“×10”的位置上,将红表笔插入“+”插孔,黑表笔插入“-”插孔,然后两表笔短接进行电阻挡调零后,将黑表笔接触二极管的正极,红表笔接触二极管的负极,稳定后读取示数乘上倍率求出正向电阻R1。
③测反向电阻:将多用电表的选择开关旋至高倍率的欧姆挡(例如“×1k”),变换挡位之后,须再次把两表笔短接调零,将黑表笔接触二极管的负极,红表笔接触二极管的正极,稳定后读取示数乘上倍率(例如1k)求出反向电阻R2。 (2)电学黑盒问题分析
一般的电学黑盒子有四种:一是纯电阻黑盒,二是纯电源黑盒,三是由电阻和电源组成的闭合电路黑盒,四是含电容器、二极管的黑盒。
为了根据对黑盒外部接线柱的测试结果判定黑盒内部的元件的种类和电路的连接方式,除了应熟悉电路的基本规律之外,还必须善于利用电压表和多用电表欧姆挡进行测试(注意:若要用欧姆表测试前,必须先用电压表判定盒内无电源后,才能进行。想一想为什么),并对结果作出正确的分析和判断。判定黑盒内元件的依据如下:①电阻为零——两接线柱由无阻导线短接。
②电压为零,有下述可能性:
任意两接线柱之间的电压均为零——盒内无电源;
有的接线柱之间电压为零:
a.两接线柱由无阻导线短接;
b.两接线柱中至少有一个与电源断路;
c.两接线柱之间有电动势代数和为零的反串电池组。
③电压最大——两接线柱间有电源。
④正向和反向电阻值差很大——两接线柱之间有二极管。
⑤有充、放电现象(欧姆表指针先偏转,然后又回到“∞”刻度)——两接线柱之间有电容器。
在分析和解答黑盒问题时,还必须注意问题的多解性。因为不同的内部结构,其外观表现往往相同,所以不仅答案多种多样,而且在无条件限制时,还可能有无数解,“黑盒问题”的这一特点,对培养学生的求异思维能力具有特殊的意义。⑥用多用电表测量黑盒内是否含有电源、电阻、二极管等电学元件的基本思路如下:特别提醒解决黑盒电路问题一般采用先假设后验证的方法。假设是依据题中条件进行的科学猜想,而不是漫无目的地胡乱臆测。类型一类型二类型三类型四欧姆表的原理
【例1】 一简单欧姆表原理示意图如图所示,其中电流表的满偏电流Ig=300 μA,内阻Rg=100 Ω,可变电阻R的最大阻值为10 kΩ,电池的电动势E=1.5 V,内阻r=0.5 Ω,图中与接线柱A相连的表笔颜色应是 色,按正确使用方法测量电阻Rx的阻值时,指针指在刻度盘的正中央,则Rx= kΩ。若该欧姆表使用一段时间后,电池电动势变小、内阻变大,但此表仍能调零,按正确使用方法再测上述Rx,其测量结果与原结果相比较 (选填“变大”“变小”或“不变”)。类型一类型二类型三类型四点拨:欧姆表的原理是闭合电路欧姆定律,将表头刻度盘上的刻度改刻成对应的被测电阻值,就变成欧姆表的刻度盘。类型一类型二类型三类型四类型一类型二类型三类型四题后反思了解欧姆表的内部结构和原理,是解决问题的关键。类型一类型二类型三类型四类型一类型二类型三类型四用多用电表测电阻
【例2】 (1)用多用电表的欧姆挡测量阻值约为几十千欧的电阻Rx,以下给出的是可能的操作步骤,其中S为选择开关,P为欧姆挡调零旋钮。把你认为正确的步骤前的字母按合理的顺序填写在下面的横线上 。?
a.将两表笔短接,调节P使指针对准刻度盘上欧姆挡的零刻度,断开两表笔
b.将两表笔分别连接到被测电阻的两端,读出Rx的阻值后,断开两表笔
c.旋转S使其尖端对准欧姆挡×1k
d.旋转S使其尖端对准欧姆挡×100
e.旋转S使其尖端对准交流500 V挡,并拔出两表笔类型一类型二类型三类型四类型一类型二类型三类型四 (2)下述关于用多用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,应该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
点拨:一般先选择较大的挡位粗测,若指针偏角大,则电阻较小;注意每换一次挡都要调零。类型一类型二类型三类型四解析:(1)测量几十千欧的电阻Rx,一般选择较大的挡位先粗测,使用前应先进行调零,然后依据欧姆表的示数,再更换挡位,重新调零,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大挡,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)欧姆挡更换规律为当指针偏角较大时,表明待测电阻较小,应换较小的挡位;反之应换较大的挡位。电流总是从多用电表的红表笔流入、从黑表笔流出,每次换挡一定要进行欧姆调零,测量电阻一定要断电作业。所以A、C正确。
答案:(1)cabe 30 (2)AC
题后反思了解欧姆表的原理和结构是正确使用和操作欧姆表的基础。类型一类型二类型三类型四用多用电表检测二极管的特性
【例3】 用多用电表欧姆挡(×100)测量三只晶体二极管,其结果依次如图A、B、C所示,由图可知,图 中的二极管是好的,该二极管的正极是 端。?点拨:二极管具有单向导电性,加正向电压时,电阻较小,加负向电压时,电阻较大。类型一类型二类型三类型四解析:二极管加正向电压时,电阻值越小越好,但不能为零,否则二极管已被击穿;加反向电压时,电阻值越大越好,但不能无穷大,否则二极管引线断开。由题图可知,图A、C二极管都是坏的,图B中二极管是好的,且左边图加的是反向电压,右边图加的是正向电压,由于红表笔插入的是“+”测试孔,与内部电池负极相连,故二极管的正极是a端。二极管正向导通时电阻较小,加反向电压时电阻很大。如果正、反向电阻相同,说明它不是二极管或已损坏。
答案:B a
题后反思(1)了解二极管的单向导电性,正向电阻很小,反向电阻很大。
(2)注意红表笔与内部电池负极相连,黑表笔与内部电池正极相连。类型一类型二类型三类型四用多用电表探测“电学黑箱
【例4】 把一只电阻和一只半导体二极管串联装在盒子里,盒子外面只露出三个接线柱A、B、C,如图所示。今用多用电表的欧姆挡进行测量,测量的阻值如下表所示,试在虚线框内画出盒内元件的符号和电路。点拨:先根据各元件的特性判断元件的种类,再根据测量过程中的现象分析电路的连接方式。类型一类型二类型三类型四解析:由于A、C间与C、A间电阻相同,所以知A、C间只有电阻,没有二极管。C、B与B、C间电阻一个很大,另一个很小,说明C、B间只有二极管,且正极与C连接。A、B间电阻很大,B、A间电阻接近A、C间电阻,说明A、B间是电阻与二极管串联。电路结构如图所示。答案:见解析
题后反思用多用电表探测黑盒内的电学元件及电路结构,一般先用电压挡判断盒内有无电源,在确认黑盒内没有电源的情况下,然后再用欧姆挡判断盒内有无二极管和电阻,最后根据测量数据分析盒内电学元件的连接方式。
