第十一章测评
(时间:60分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共12个小题,每题4分,共48分。1~6是单选题,7~12是多选题,多选、错选均不得分,漏选得2分)
1.根据欧姆定律,下列判断正确的是( )
A.导体两端的电压越大,导体的电阻越大
B.加在气体两端的电压与通过的电流的比值是一个常数
C.电流经过电阻时,沿电流方向电势要升高
D.电解液短时间内导电的U-I图线是一条直线
解析导体电阻与电压和电流无关,A选项错,欧姆定律不适用于气态导体,故B选项错;由欧姆定律I=得U=IR,可知电流经过电阻时,电阻两端有电压,沿电流方向电势降低,故C选项错;欧姆定律适用于电解液导电,故D选项对。
答案D
2.R1=10
Ω,R2=20
Ω,R1允许通过的最大电流为1.5
A,R2两端允许加的最大电压为10
V。若将它们串联,加在电路两端的最大电压可以是( )
A.45
V
B.5
V
C.25
V
D.15
V
解析本题中R1、R2串联,R1允许通过的最大电流为1.5
A,经计算,R2允许通过的最大电流仅为0.5
A,则通过串联电路的最大电流以最小的为准,从而求得加在电路两端的最大电压是15
V,因而选D。
答案D
3.某金属导线的电阻率为ρ,电阻为R,现将它均匀拉长到直径为原来的一半,那么该导线的电阻率和电阻分别变为( )
A.4ρ 4R
B.ρ 4R
C.16ρ 16R
D.ρ 16R
解析电阻率与导体材料和温度有关,将金属导线拉长的前后,电阻率不变。将金属导线均匀拉长到直径为原来的一半,横截面积变为原来的,长度变为原来的4倍。由电阻定律知R'=ρ=ρ·=16ρ=16R,所以选项D正确。
答案D
4.某同学用伏安法测电阻时,分别采用了内接法和外接法,测得的某电阻Rx的阻值分别为R1和R2,则所测阻值与真实值Rx间的关系为( )
A.R1>Rx>R2
B.R1C.R1>R2>Rx
D.R1解析内接法时测量值大于真实值,即R1>Rx;外接法时测量值小于真实值,即R2Rx>R2。
答案A
5.
如图所示,A、B间电压恒为U,当滑动变阻器的滑片P逐渐向上端移动的过程中,灯泡上的电压数值( )
A.一直为U
B.一直为0
C.逐渐增大到U
D.逐渐减小到0
解析滑动变阻器为分压式接法,灯泡两端的电压从0~U变化,选项C正确。
答案C
6.
为探究小灯泡L的伏安特性,连好图示的电路后闭合开关,通过移动滑动变阻器的滑片,使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大,直到小灯泡正常发光,由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的U-I图像应是( )
解析由于小灯泡灯丝的电阻随温度的升高而增大,随着灯泡两端电压逐渐增大,灯丝温度逐渐升高,其电阻逐渐增大,则在U-I图像中相应点与原点连线的斜率应逐渐增大,故选项C正确。
答案C
7.
某学生做研究串联电路电压特点的实验时,接成如图所示的电路,闭合S后,他将多用电表电压挡的红、黑表笔并联在A、C两点间时,电压表读数为U;当并联在A、B两点间时,电压表读数也为U;当并联在B、C两点间时,电压表读数为零,故障的原因可能是
( )
A.AB段断路
B.BC段断路
C.AB段短路
D.BC段短路
解析由题意可得UAB=UAC=U,说明由A、B分别至电源的线路均已接通。若BC段完好,则AB段断路;若BC段短路,则AB段可能断路,也可能完好。又由题述得UBC=0,因而可能AB段断路或BC段短路,也有可能出现两者同时发生的情况。
答案AD
8.下列说法正确的是( )
A.一个电阻R和一根电阻为零的理想导线并联,总电阻为零
B.并联电路的总电阻一定小于并联支路中最小的电阻
C.在并联电路中,任意支路电阻增大或减小时,总电阻将随之增大或减小
D.电阻R和阻值无穷大的电阻并联,总电阻为无穷大
解析并联电路的总电阻倒数等于各支路电阻倒数之和,如果电阻R与电阻为零的导线并联,电阻则被短路,总电阻为零,所以选项A正确;由+…+,知,故Rn>R总,所以总电阻小于支路中最小的电阻;当Rn减小时,则增大,增大,故R总减小;同理,Rn增大,R总增大,所以选项B、C正确,选项D错误。故正确选项为A、B、C。
答案ABC
9.把表头G改装成大量程电流表时,下列说法正确的是
( )
A.改装原理为并联电阻能增大通过G的电流
B.改装成电流表后,表头G本身允许通过的最大电流并不改变
C.改装后,表头G自身的电阻减小了
D.改装后使用时,表头G本身的参量都不改变,整个并联电路允许通过的电流增大了
解析把表头G改装成大量程的电流表时,只是并联了一个分流电阻,使整体并联电路允许通过的最大电流增大,但表头的各特征量都不变。故B、D正确,A、C错误。
答案BD
10.
滑动变阻器的原理如图所示,则下列说法中正确的是( )
A.若将a、c两端连在电路中,则当滑片向右滑动时,滑动变阻器接入电路中的阻值增大
B.若将a、d两端连在电路中,则当滑片向右滑动时,滑动变阻器的阻值减小
C.将滑动变阻器以限流式接法接入电路时,必须连入3个接线柱
D.将滑动变阻器以分压式接法接入电路时,必须连入3个接线柱
解析若将a、c两端连在电路中,左侧部分将连入电路,则当滑片向右滑动时,该部分的导线长度变长,滑动变阻器接入电路中的阻值将增大,A正确。若将a、d两端连在电路中,也是将左侧部分连入电路,则当滑片向右滑动时,该部分的导线长度变长,滑动变阻器接入电路中的阻值将增大,B错误。A、B两个选项中均为限流式接法,可见在限流式接法中,a、b两个接线柱中任意选一个,c、d两个接线柱中任意选一个,接入电路即可,C错误。在滑动变阻器的分压式接法中,a、b两个接线柱必须接入电路,c、d两个接线柱中任意选一个,接入电路即可,D正确。
答案AD
11.下图是伏安法测电阻的部分电路,开关先后接通a和b时,观察电压表和电流表示数的变化,那么( )
A.若电压表示数有显著变化,测量R的值时,S应接a
B.若电压表示数有显著变化,测量R的值时,S应接b
C.若电流表示数有显著变化,测量R的值时,S应接a
D.若电流表示数有显著变化,测量R的值时,S应接b
解析若电压表示数有显著变化,说明电流表分压比较明显,应使用外接法比较准确,选项A正确;若电流表示数有显著变化,说明电压表分流较大,应使用内接法比较准确,选项D正确。
答案AD
12.如图所示的电路中,通过电阻R1的电流I1是( )
A.
B.
C.
D.
解析由欧姆定律和串联电路特点知B、C对。
答案BC
二、实验题(本题共2个小题,共12分)
13.(4分)(1)如图甲所示的三个游标卡尺,它们的游标尺从上至下分别为10等分、20等分、50等分,它们的读数依次为 mm, mm, mm。?
(2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径示数如图乙所示,则金属丝的直径是 mm。?
答案(1)17.7 23.85 3.18 (2)2.150
14.(8分)某同学通过实验测定一个阻值约为5
Ω的电阻Rx的阻值。
(1)现有直流电源(电压为4
V)、滑动变阻器(0~50
Ω,额定电流2
A)、开关和导线若干,以及下列电表:
A.电流表(0~3
A,内阻约0.025
Ω)
B.电流表(0~0.6
A,内阻约0.125
Ω)
C.电压表(0~3
V,内阻约3
kΩ)
D.电压表(0~15
V,内阻约15
kΩ)
为减小测量误差,在实验中,电流表应选用 ,电压表应选用 (选填器材前的字母);实验电路应采用下图中的 (选填“甲”或“乙”)。?
(2)图丙是测量Rx的实验器材实物,图中已连接了部分导线。请根据在(1)问中所选的电路补充完成图丙中实物间的连线。
丙
(3)接通开关,改变滑动变阻器滑片P的位置,并记录对应电流表示数I、电压表示数U。某次电表示数如图丁所示,可得该电阻的测量值Rx== Ω。(保留两位有效数字)?
丁
(4)若在(1)问中选用甲电路,产生误差的主要原因是 ;若在(1)问中选用乙电路,产生误差的主要原因是 。(选填选项前的字母)?
A.电流表测量值小于流经Rx的电流值
B.电流表测量值大于流经Rx的电流值
C.电压表测量值小于Rx两端的电压值
D.电压表测量值大于Rx两端的电压值
解析(1)为了减小误差,应使电流表读数为量程的,因电源电压为4
V,故电压表应选C,因此通过被测电阻Rx的最大电流Im=
A=0.6
A,故电流表应选B,本题测的是一个小电阻,即,所以应采用电流表外接法,故采用图甲。
(2)电路连接如图所示。
(3)由题图中可读出电流表的读数为0.50
A,电压表的读数为2.6
V,故Rx==5.2
Ω。
(4)甲图中引起误差的原因主要是电压表的分流作用,即电流表的测量值大于流经Rx的电流值,选项B正确。乙图中引起误差的原因主要是电流表的分压作用,即电压表的测量值大于Rx两端的电压值,选项D正确。
答案(1)B C 甲 (2)如解析图所示 (3)5.2
(4)B D
三、计算题(本题共4个小题,每题10分,共40分)
15.
在如图所示的电路中,R1是由某金属氧化物制成的导体棒,实验证明通过它的电流I和它两端电压U遵循I=kU3的规律(式中k=0.2
A/V3),R2、R3是普通电阻,遵循欧姆定律,R3=20
Ω,按图示电路连接后,接在一个两端电压为6.0
V的电源上,闭合开关S后,电流表的示数为0.25
A。求R2的阻值。
解析R3两端的电压U3=IR3=0.25×20
V=5.0
V
则R1、R2并联部分的电压U1=6.0
V-5.0
V=1.0
V
由I=kU3得,R1中的电流I1=k=0.2×(1.0)3
A=0.2
A
所以R2中的电流I2=I-I1=0.25
A-0.2
A=0.05
A
则R2=
Ω=20
Ω。
答案20
Ω
16.给装在玻璃管内的水银柱加一电压,使通过水银柱的电流为0.1
A,若将这些水银倒入一个内径为前者2倍的玻璃管内,接在同一电压上,通过水银柱的电流为多少?
解析设水银柱在两种情况下的电阻分别为R1、R2,对应的长度、横截面积分别为l1、l2、S1、S2,由电阻定律得
R1=ρ
R2=ρ
在两种情况下水银的体积相同,所以有l1S1=l2S2
又因为S1=πd2,S2=π(2d)2
所以S2=4S1,l1=4l2
代入电阻计算式得R1=16R2
由欧姆定律得U=R1I1=R2I2
所以I2=16I1=1.6
A
答案1.6
A
17.
如图所示的电路中,R1=8
Ω,R2=4
Ω,R3=6
Ω,R4=3
Ω。
(1)求电路中的总电阻。
(2)当加在电路两端的电压U=42
V时,通过每个电阻的电流是多少?
解析(1)R3、R4并联后电阻为R34,则
R34=
Ω=2
Ω
R1、R2和R34串联,总电阻R=R1+R2+R34=14
Ω
(2)根据欧姆定律I=,得I=
A=3
A
由于R1、R2串联在干路上,通过R1、R2的电流都是3
A。
设通过R3、R4的电流分别为I3、I4,由并联电路的特点知
I3+I4=3
A
解得I3=1
A,I4=2
A
答案(1)14
Ω (2)I1=I2=3
A I3=1
A I4=2
A
18.有一电流表G,内阻Rg=10
Ω,满偏电流Ig=3
mA。
(1)要把它改装成量程为0~3
V的电压表,应串联一个多大的电阻?改装后电压表的内阻是多大?
(2)要把它改装成量程为0~0.6
A的电流表,需要并联一个多大的电阻?改装后电流表的内阻是多大?
解析(1)由题意知电流表G的满偏电压
Ug=IgRg=0.03
V。
甲
改装成量程为0~3
V的电压表,原理示意图如图甲所示,当达到满偏时,分压电阻R的电压UR=U-Ug=2.97
V
所以,分压电阻R=
Ω=990
Ω
改装后电压表的内阻RV=Rg+R=1
000
Ω
(2)改装成量程为0~0.6
A的电流表,原理示意图如图乙所示,当达到满偏时,分流电阻R的电流IR=I-Ig=0.597
A
乙
所以,分流电阻R=≈0.05
Ω
改装后电流表的内阻RA=≈0.05
Ω
答案(1)990
Ω 1
000
Ω (2)0.05
Ω 0.05
Ω3.实验:导体电阻率的测量
课后篇巩固提升
基础巩固
1.(多选)在“测定金属的电阻率”的实验中,以下操作中正确的是( )
A.用刻度尺测量金属丝的全长,且测量三次,算出其平均值,然后再将金属丝接入电路中
B.用螺旋测微器在金属丝三个不同部位各测量一次直径,算出其平均值
C.用伏安法测电阻时,采用电流表内接法,多次测量后算出平均值
D.实验中应保持金属丝的温度不变
解析实验中应测量出金属丝接入电路中的有效长度,而不是全长;金属丝的电阻很小,与电压表内阻相差很大,使金属丝与电压表并联,电压表对它分流作用很小,应采用电流表外接法,A、C错误。故选B、D。
答案BD
2.用伏安法测金属电阻Rx(约为5
Ω)的值,已知电流表内阻为1
Ω,量程为0.6
A,电压表内阻为几千欧,量程为3
V,电源电动势为9
V,滑动变阻器的阻值为0~6
Ω,额定电流为5
A,试画出测量Rx的原理图。
解析待测金属电阻Rx?,应采用电流表外接法。如果采用变阻器限流接法,负载Rx的电压Umin=×9
V=
V,Umax=9
V,调节范围~9
V,显然所提供的电压表量程不够,故应采用分压接法,电路原理图如图所示。
答案见解析图
3.如图所示为用伏安法测定一个定值电阻的阻值的实验所需的器材实物图,器材规格如下:
A.待测电阻Rx(约100
Ω);
B.直流毫安表(量程0~20
mA,内阻50
Ω);
C.直流电压表(量程0~3
V,内阻5
kΩ);
D.直流电源,电压为6
V(在实物图中用蓄电池的符号代替);
E.滑动变阻器(阻值范围0~15
Ω,允许最大电流1
A);
F.开关1个,导线若干。
根据器材规格及实验要求,在本题的实物图上连线。
解析先确定电路是采用电流表内接电路还是外接电路,因为=2<=50,所以采用电流表外接法。
再确定滑动变阻器是采用限流还是分压接法。若采用限流接法,则滑动变阻器阻值达到最大时,电路中电流最小,I=
A≈36
mA,此时电阻Rx的电压约为3.6
V,均已超过电流表和电压表的量程,故必须采用滑动变阻器分压式接法。
实验电路如图甲所示,实物连线如图乙所示。
答案见解析
4.在“金属电阻率的测量”的实验中,提供的电源是一节内阻可不计的干电池,待测金属丝的直径小于1
mm,长度约为80
cm,阻值约为3
Ω,使用的电压表有0~3
V(内阻约为3
kΩ)和0~15
V(内阻约为15
kΩ)两个量程,电流表有0~0.6
A(内阻约为0.1
Ω)和0~3
A(内阻约为0.02
Ω)两个量程,供限流用的滑动变阻器有:A.0~10
Ω;B.0~100
Ω;C.0~1
500
Ω三种,可供选择的实验电路有如图所示的甲、乙两种。用螺旋测微器测金属丝的直径如图丙所示,则:
(1)螺旋测微器的示数是
mm。?
(2)为减小测量电阻的误差,应选用 图所示的电路。?
(3)为了便于调节,应选用编号为 的滑动变阻器。?
(4)电压表的量程应选用
V。?
(5)电流表的量程应选用
A。?
解析(1)螺旋测微器的读数为0.5
mm+30.6×0.01
mm=0.806
mm;
(2)根据电源电动势为1.5
V可知,电压表应选0~3
V的量程;根据I=可求出通过待测电阻的最大电流为Imax==0.5
A,所以电流表应选0~0.6
A的量程;由于待测电阻满足,可知电流表应用外接法,所以应选图乙所示的电路;
(3)为使实验时调节方便,滑动变阻器应选A;
(4)根据(2)的分析可知,电压表应选0~3
V的量程;
(5)根据(2)的分析可知,电流表应选0~0.6
A的量程。
答案(1)0.806(0.804~0.808均正确) (2)乙 (3)A
(4)0~3 (5)0~0.6
5.如图为“描绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路,已知小灯泡的额定电压为2.5
V。
(1)完成下列实验步骤:
①闭合开关前,调节滑动变阻器的滑片, ;?
②闭合开关后,逐渐移动滑动变阻器的滑片, ;?
③断开开关,……。根据实验数据作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线。
(2)在虚线框中画出与实物电路相应的电路图。
解析(1)滑动变阻器为分压式接法,故闭合开关前,小灯泡两端的电压应为零,调节滑动变阻器的滑片,使它靠近滑动变阻器左端的接线柱。闭合开关后,逐渐移动滑动变阻器的滑片,增加小灯泡两端的电压,记录电流表和电压表的多组读数,直至电压达到额定电压。
(2)与实物电路相应的电路图如图所示。
答案(1)①使它靠近滑动变阻器左端的接线柱 ②增加小灯泡两端的电压,记录电流表和电压表的多组读数,直至电压达到小灯泡额定电压 (2)见解析图
6.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,使用的小灯泡的规格为“6
V 3
W”,其他供选择的器材有:
A.电压表V1(量程0~6
V,内阻20
kΩ)
B.电压表V2(量程0~20
V,内阻60
kΩ)
C.电流表A1(量程0~3
A,内阻0.2
Ω)
D.电流表A2(量程0~0.6
A,内阻1
Ω)
E.滑动变阻器R1(0~1
000
Ω,0.5
A)
F.滑动变阻器R2(0~20
Ω,2
A)
G.直流电源E,电压6~8
V
H.开关S及导线若干
实验中要求电压表示数在0~6
V范围内变化,读取并记录下12组左右不同的电压值U和对应的电流值I,以便绘出伏安特性曲线。在上述器材中,电压表应选用 ,电流表应选用 ,滑动变阻器应选用 ,并在方框中画出实验原理图。?
解析小灯泡为“6
V 3
W”,额定电压为6
V,额定电流为0.5
A,即允许通过小灯泡的电流最大不超过0.5
A,最大电压不超过6
V。在选择电压表和电流表时,本着安全、精确的原则,安全原则即量程要大于所测电流或电压值;精确原则是量程要尽量小,量程越小测量越精确。故电流表应选A2,电压表应选V1。滑动变阻器选取时要本着安全、够用、调节方便的原则,“安全”即流过滑动变阻器的最大电流应小于允许通过的最大电流;“调节方便”即滑动变阻器的总电阻应接近小灯泡的电阻。本实验中小灯泡在正常工作时的电阻R灯=
Ω=12
Ω,故应选用R2。连接电路时,滑动变阻器采用分压式接法;电流表采用外接法。实验原理图如图所示。
答案A D F 电路图如图
7.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,可供选择的器材有:
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.直流电源,电压6
V(在实物图中用蓄电池的符号代替)
G.开关一只,导线若干
(1)为了使测量尽可能地准确,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 。(填器材前序号)?
(2)根据你选用的实验电路,将如图所示的器材连成实物电路。
解析(1)因小灯泡的额定电流为0.3
A,为减小读数误差,应让指针偏角大一些,故电流表选B。
(2)由电流表外接和滑动变阻器采用分压式接法知,电路图如图甲所示,由电路图连接的实物图如图乙所示。
答案(1)B (2)见解析图
8.如图甲所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变,且对温度很敏感)的I-U关系曲线图。
(1)为了通过测量得到如图甲所示I-U关系的完整曲线,在图乙和图丙两个电路中应选择的是图 ,简要说明理由: 。(电源电压为9
V,滑动变阻器的阻值为0~100
Ω)?
(2)在如图丁所示的电路中,电源电压恒为9
V,电流表读数为70
mA,定值电阻R1=250
Ω。由热敏电阻的I-U关系曲线可知,热敏电阻两端的电压为 V;电阻R2的阻值为 Ω。?
解析(1)图乙的滑动变阻器用的是分压式接法,加在热敏电阻两端的电压可以从零调到所需电压,从而能够得到完整的I-U图线,故选图乙。
(2)通过R1的电流为I1=
A=36
mA,通过热敏电阻的电流I2=I-I1=(70-36)
mA=34
mA,由题图甲可知热敏电阻两端的电压为5.4
V,电阻R2=
Ω≈105.9
Ω。
答案(1)乙 图乙加在热敏电阻两端的电压可以从零调到所需电压
(2)5.4 105.9(共21张PPT)
1.电源和电流
必备知识
自我检测
一、电源
1.有A、B两个导体,分别带正、负电荷。如果在它们之间连接一条导线R,回答下列问题。
(1)用导线连接后,电荷怎样移动?
答案:导线中移动的是自由电子,故导体B上负电荷流向导体A。电流的方向是正电荷移动的方向,与负电荷移动的方向相反,故电流由A流向B。
(2)用导线连接后会有电流,为什么电流只是瞬时的?
答案:由于电荷的定向移动,两导体很快达到静电平衡,成为一个等势体,所以导线中的电流只是瞬时的。
必备知识
自我检测
2.形成持续电流的条件:一是要有自由移动的电荷,二是导体两端要有稳定的电势差。
3.电源的作用:电源能把负电荷由正极搬运到负极,保持正、负极之间有稳定的电势差。
必备知识
自我检测
二、恒定电流
1.恒定电场:由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场,叫作恒定电场。
2.恒定电流:大小、方向都不随时间变化的电流叫作恒定电流。
3.电流的强弱用电流这个物理量表示。单位时间内通过导体横截面的电荷量越多,电流就越大。用I表示电流,q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量,有I=
。单位是安培,符号是A,常用的单位还有毫安(mA)和微安(μA)。
4.电流的微观解释:导体的横截面积为S,自由电子数密度(单位体积内的自由电子数)为n,自由电子定向移动的平均速率为v,则时间t内通过该横截面的自由电子数为nSvt,由于电子的电荷量为e,时间t内通过横截面的电荷量为q=neSvt。根据电流的公式I=
,电流和自由电子定向移动平均速率的关系为I=neSv。
必备知识
自我检测
1.正误判断。
(1)电源能把自由电子从正极搬运到负极。
( )
解析:电源把电子从电源正极“搬运”到负极,以增加其电势能。
答案:√
(2)因为电流既有大小又有方向,所以电流是矢量。
( )
解析:电流虽然有方向,但不是矢量,其运算遵从代数法则。
答案:×
(3)通过导体某横截面的电荷量越多,电流越大。
( )
答案:×
(4)电流的方向与电荷定向移动的方向相同。
( )
解析:电流的方向与正电荷定向移动的方向相同,与负电荷定向移动的方向相反。
答案:×
必备知识
自我检测
2.(多选)关于电流,下列叙述正确的是( )
A.只要将导体置于电场中,导体内就有持续的电流
B.电源的作用是使闭合电路中有持续的电流
C.导体内没有电流,说明导体内部的电荷没有移动
D.恒定电流是由恒定电场产生的
解析:电流有瞬时电流和恒定电流之分,瞬时电流是电荷的瞬时定向移动形成的,而恒定电流是在导体两端加稳定的电压时形成的,电源的作用就是在导体两端加上稳定的电压,从而在导体内部形成电场而产生持续的电流,选项B、D正确。
答案:BD
必备知识
自我检测
3.(1)在金属导体中,若10
s内通过某一横截面的电荷量为10
C,则导体中的电流为多少安?
(2)某电解槽横截面积为0.5
m2,若10
s内沿相反方向通过横截面的正、负离子的电荷量均为10
C,则电解液中的电流为多少安?
因负电荷形成的电流方向与其定向移动方向相反,所以两种电荷形成的电流方向相同。故电解液中的电流I=I1+I2=2
A。
答案:(1)1
A (2)2
A
探究一
探究二
情景导引
1.电荷的定向移动形成电流,如何描述电流的强弱?
2.电流可能是正电荷或负电荷定向移动形成的,也可能是正、负电荷同时向相反的方向定向移动形成的,人们是如何规定电流的方向的?
要点提示:1.利用单位时间内通过导体横截面的电荷量描述电流的强弱。
2.规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。
探究一
探究二
知识归纳
1.电流的方向
(1)规定正电荷定向移动的方向为电流的方向,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.电流的大小
(1)公式:I=
。用该式计算出的电流是时间t内的平均值。对于恒定电流,电流的瞬时值与平均值相等。
探究一
探究二
(2)两点说明
①电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反,但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的,应用I=
求电流时,q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。
②q=It是I=
的变形,是求电荷量的重要公式。其中I是电流在时间t内的平均值。
探究一
探究二
实例引导
例1如图所示,在NaCl溶液中,正、负电荷定向移动,方向如图所示,若测得2
s内分别有1.0×1018个Na+和Cl-通过溶液内部的横截面M,试问:溶液中的电流方向如何?电流多大?
探究一
探究二
解析:NaCl溶液导电是靠自由移动的Na+和Cl-,它们在静电力作用下向相反方向运动。溶液中电流方向与Na+定向移动方向相同,即由A指向B。
Na+和Cl-都是一价离子,每个离子的电荷量为e=1.60×10-19
C,NaCl溶液导电时,Na+由A向B定向移动,Cl-由B向A运动,负离子的运动可以等效地看作正离子沿相反方向的运动,所以每秒通过M横截面的电荷量为两种离子电荷量的绝对值之和,
答案:溶液中的电流方向由A指向B,大小为0.16
A。
探究一
探究二
探究一
探究二
变式训练1在一次闪电的过程中,流动的电量大约为300
C,持续的时间大约是0.005
s,所形成的平均电流为多大?这些电荷量如果以0.5
A的电流流过灯泡,可使灯泡照明多长时间?
答案:6×104
A 600
s
探究一
探究二
电流的微观表达式
情景导引
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平均速率为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为q。
(1)AD导体中有多少个自由电荷?总电荷量是多少?
(2)这些电荷都通过横截面D所需的时间是多少?
(3)导体AD中的电流是多大?
探究一
探究二
要点提示:(1)AD导体中的自由电荷总数:N=nlS。总电荷量Q=Nq=nlSq。
探究一
探究二
对电流微观表达式和三种速率的理解
(1)从微观上看,电流取决于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定向移动平均速率、导体的横截面积。
(2)电流的微观表达式:I=nevS。式中n为导体中单位体积内的自由电荷数、e为每个自由电荷的电荷量、v为自由电荷定向移动的平均速率,S为导体的横截面积。
(3)三种速率的比较
①电子定向移动平均速率:电子在金属导体中的平均运动速率,也是公式I=neSv中的v,大小约为10-4
m/s。
②电流的传导速率:电流在导体中的传导速率等于光速,为3×108
m/s。闭合开关的瞬间,电路中各处以光速建立恒定电场,电路中各处的自由电子几乎同时定向移动,整个电路也几乎同时形成了电流。
③电子热运动速率:电子做无规则热运动的速率,大小约为105
m/s。由于热运动向各个方向运动的机会相等,故此运动不能形成电流。
探究一
探究二
实例引导
例2(多选)有一横截面积为S的铜导线,流经其中的电流为I,设每单位体积的导线中有n个自由电子,电子的电荷量为e,此时电子定向移动的平均速率为v,在t时间内,通过导线横截面的自由电子数可表示为( )
答案:AC
探究一
探究二
规律方法
使用公式I=neSv进行计算时的注意事项
(1)各个物理量都要用国际单位制单位。
(2)正确理解各符号的意义,特别是n表示导体中单位体积内的自由电荷数,v表示自由电荷定向移动的平均速率。
(3)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=nev。
探究一
探究二
变式训练2有甲、乙两导体,甲的横截面积是乙的2倍,而单位时间内通过横截面的电荷量乙是甲的2倍,以下说法正确的是( )
A.甲、乙两导体的电流相同
B.乙导体的电流是甲导体的2倍
C.乙导体中自由电荷定向移动的平均速度是甲导体的2倍
D.甲、乙两导体中自由电荷定向移动的平均速度大小相等
解析:由于单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲的2倍,因此通过乙导体的电流是甲的2倍,故选项A错误,而选项B正确。由于I=neSv,得v=
,由于不知道甲、乙两导体的性质(n不知道),所以无法判断v,故正确选项为B。
答案:B第十一章电路及其应用
1.电源和电流
课后篇巩固提升
基础巩固
1.(多选)在由电源、导线等电路元件所组成的电路中,以下说法正确的是( )
A.导线中的电场强度处处为零
B.导线中的电场强度方向跟导线方向平行
C.导线处于静电平衡状态
D.导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低
解析在电源和导线等电路元件所积累的电荷的共同作用下,垂直导线方向的电场相互抵消,在导线中形成了沿导线方向的电场,即导线中的电场强度方向跟导线方向平行,A错误,B正确;导线内有电场,说明导线不处于静电平衡状态,C错误;沿电场方向电势逐渐降低,电场方向就是正电荷的受力方向,也就是电流的方向,即导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低,D正确。
答案BD
2.电路中有一电阻,通过电阻的电流为5
A,当通电5
min时,通过电阻横截面的电子数为( )
A.1
500
B.9.375×1019
C.9.375×1021
D.9.375×1020
解析q=It,n==9.375×1021。
答案C
3.(多选)关于电流的方向,下列说法正确的是( )
A.电源供电的外部电路中,电流的方向是从高电势一端流向低电势一端
B.电源内部,电流的方向是从高电势一端流向低电势一端
C.电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相同
D.电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相反
解析在电源的外部电路中,电流从正极流向负极,在电源内部,电流从负极流向正极,电源正极电势高于负极电势,所以A正确,B错误;电子带负电,电子运动形成的等效电流方向与电子运动的方向相反,C错误,D正确。
答案AD
4.关于电源的以下说法,正确的是( )
A.电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极,从而保持两极之间有稳定的电势差
B.电源的作用是在电源内部把电子由正极不断地搬运到负极,从而保持两极之间有稳定的电势差
C.只要电路中有电源,电路中就一定有电流
D.电源实质上也是一个用电器,也需要外界提供能量
解析电源的作用是维持正、负极之间恒定的电势差,这需要电源不断地将其内部的负电荷向负极聚集,将正电荷向正极聚集,外电路中自由电子在静电力的作用下向正极移动;在电源内部,需要将正极上的电子搬运到负极,维持电势差不变,故A错,B对。电路中有电流不仅需要电源,还需要电路是闭合的,两者缺一不可,故C错。电源是对电路提供能量的装置,故D错。
答案B
5.计数器因射线照射,内部气体电离,在时间t内有n个二价正离子到达阴极,有2n个电子到达阳极,则计数器中的电流为( )
A.0
B.
C.
D.
解析I=,故选D。
答案D
能力提升
1.
如图所示,一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上带有均匀的负电荷,每单位长度上电荷量为q,当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时,由于棒运动而形成的等效电流大小为
( )
A.qv
B.
C.qvS
D.
解析t秒内棒通过的长度l=vt,总电荷量Q=ql=qvt。
由I==qv,故选项A正确。
答案A
2.在导体中有电流通过时,下列说法正确的是( )
A.电子定向移动速率接近光速
B.电子定向移动速率即是电场传导速率
C.电子定向移动速率是电子热运动速率
D.在金属导体中,自由电子只不过在速率很大的无规则热运动上附加了一个速率很小的定向移动
解析电子定向移动的速率很小,数量级为10-4
m/s,自由电子只不过在速率很大的热运动上附加了一个速率很小的定向移动。故D正确,A错误。电场的传导速率为光速c=3×108
m/s,无规则热运动速率的数量级为105
m/s。故B、C错。
答案D
3.铜的摩尔质量为m,密度为ρ,每摩尔铜原子有n个自由电子,每个自由电子的电荷量为e,今有一根横截面积为S的铜导线,通过电流为I时,电子定向移动的平均速率为( )
A.光速c
B.
C.
D.
解析设电子定向移动的平均速率为v,那么在t秒内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积vt·S中的自由电子数,而体积为vtS的铜的质量为vtSρ,摩尔数为,自由电子数为,所以电荷量q=,由I=得v=,故D对,A、B、C错。
答案D2.导体的电阻
课后篇巩固提升
基础巩固
1.用电器A的电阻是用电器B的电阻的2倍,加在A上的电压是加在B上的电压的一半,那么通过A、B的电流IA和IB的关系是( )
A.IA=2IB
B.IA=IB
C.IA=IB
D.IA=IB
解析根据欧姆定律I=,即IA=IB,故选项D正确。
答案D
2.在电阻为4
Ω的导体中通以恒定电流,5
min内通过导体横截面的电荷量是45
C,这时加在导体两端的电压是
( )
A.60
V
B.6
V
C.0.6
V
D.3.6
V
解析通过导体的电流为I=
A=0.15
A;根据欧姆定律得,加在导体两端的电压是U=IR=0.15×4
V=0.6
V,故选C。
答案C
3.
一小灯泡的伏安特性曲线如图所示,横轴和纵轴分别表示电压U和电流I。图线上点A的坐标为(U1,I1),过点A的切线与纵轴交点的纵坐标为I2,小灯泡两端的电压为U1时,电阻等于( )
A.
B.
C.
D.
解析由电阻的定义式R=可知,B正确,其他选项错误。要特别注意R≠。
答案B
4.
在如图所示电路中,AB为粗细均匀、长为L的电阻丝,以A、B上各点相对A点的电压为纵坐标,各点离A点的距离x为横坐标,则U随x变化的图线应为
( )
解析由U=IRx=x=x,其中E、L均为定值,故U与x成正比。A项正确。
答案A
能力提升
1.(多选)某同学在研究三种导电元件的伏安特性时,他根据实验中所测得的数据,分别绘制了I-U图线,如图甲、乙、丙所示,下列说法正确的是( )
A.图甲的元件可以作为标准电阻使用
B.图乙的电阻随电压升高而增大
C.图丙的电阻随电压升高而增大
D.只有图乙才是可能的
解析由图像可知甲元件的电阻不变,乙元件的电阻随电压U的增大而增大,丙元件的电阻随电压U的增大而减小,故A、B正确,C、D错误。
答案AB
2.如图所示,P为一块半圆形薄电阻合金片,先将它按图甲方式接在电极A、B之间,然后将它再按图乙方式接在电极C、D之间,设AB、CD之间的电压是相同的,则这两种接法相等时间内在电阻中产生的热量关系正确的是( )
A.图甲产生的热量比图乙产生的热量多
B.图甲产生的热量比图乙产生的热量少
C.图甲产生的热量和图乙产生的热量一样多
D.因为是形状不规范的导体,所以判断不出哪一个产生的热量多
解析将四分之一圆形薄合金片看成一个电阻,设为r,图甲中等效为两个电阻并联,R甲=,图乙中等效为两个电阻串联,R'=2r,又因为两端的电压是相等的,故由P=知电阻小的产生的热量多,A正确,B、C、D错误。
答案A
3.
如图所示的图像所对应的两个导体:
(1)电阻R1∶R2为多少?
(2)若两个导体中的电流相等(不为零)时,电压之比U1∶U2为多少?
(3)若两个导体中的电压相等(不为零)时,电流之比I1∶I2为多少?
解析(1)因为在I-U图像中,R=,所以
R1=
Ω=2
Ω,
R2=
Ω=
Ω,
所以R1∶R2=2∶=3∶1。
(2)由欧姆定律得U1=I1R1,U2=I2R2,
由于I1=I2,则U1∶U2=R1∶R2=3∶1。
(3)由欧姆定律得I1=,I2=,
由于U1=U2,则I1∶I2=R2∶R1=1∶3。
答案(1)3∶1 (2)3∶1 (3)1∶3
4.如图所示,P是一个表面镶有很薄电热膜的长陶瓷管,其长度为L,直径为D,镶膜的厚度为d,管两端有导电
金属箍M、N。现把它接入电路中,测得它两端电压为U,通过它的电流为I,则膜的电阻为多少?镶膜材料电阻率为多少?
解析由欧姆定律可得R=
沿着L的方向将膜层展开,如图所示,则膜层等效为一个电阻,其长为L,横截面积为管的周长×厚度d。
由电阻定律R=ρ可得
R=ρ
则 解得ρ=。
答案(共33张PPT)
5.实验:练习使用多用电表
一、实验目的
1.认识多用电表。
2.学会用多用电表测量电压、电流、定值电阻。
二、实验原理
1.使用多用电表的流程图
2.二极管具有单向导电性
(1)晶体二极管是由半导体材料制成的,它有两个极,一个叫正极,一个叫负极,它的符号如图甲所示。
(2)晶体二极管的正、反向电阻:晶体二极管具有单向导电性(符号上的箭头表示允许电流通过的方向)。当给二极管加正向电压时,它的电阻(正向电阻)很小,电路导通,如图乙所示;当给二极管加反向电压时,它的电阻(反向电阻)很大,电路截止,如图丙所示。
(3)判断二极管的正、负极:将多用电表的选择开关拨到欧姆挡,红、黑表笔接到二极管的两极上,当黑表笔接“正”极,红表笔接“负”极时,电阻示数较小,反之电阻示数很大,由此可判断出二极管的正、负极。
三、实验器材
多用电表一只、干电池若干节、电阻箱多个、定值电阻多个、开关、小灯泡、二极管、简单电学黑箱一个(内有一个电阻和一个二极管)、导线若干。
四、实验步骤
1.测量电流和电压
(1)观察多用电表的外形,认识选择开关的测量项目及量程。
(2)检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的零位置。若不指零,则可用小螺丝刀进行机械调零。
(3)将红、黑表笔分别插入“+”“-”插孔。
(4)按如图甲所示连好电路,将多用电表选择开关置于直流电压挡,测小灯泡两端的电压。
(5)按如图乙所示连好电路,将选择开关置于直流电流挡,测量通过小灯泡的电流。
(6)测量完毕,将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡。
2.测量定值电阻
(1)选择开关置于“Ω”挡的“×1”,短接红、黑表笔,调节欧姆调零旋钮,然后断开表笔。
(2)将两表笔分别接触阻值为几十欧的定值电阻两端,读出指示的电阻值,然后断开表笔,再与标定值进行比较。
(3)选择开关改置欧姆“×100”挡,重新进行欧姆调零。
(4)再将两表笔分别接触标定值为几千欧的电阻两端,读出指示的电阻值,然后断开表笔,与标定值进行比较。
(5)测量完毕,将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡。
3.判断二极管的正负极
(1)选择开关置于“Ω”挡的“×1”,短接红、黑表笔,调节欧姆调零旋钮,然后断开表笔。
(2)如图所示,将两表笔分别接触二极管的两端,读出指示的电阻值;将二极管的两端对调后与两表笔接触,读出指示的电阻值。
(3)测量完毕,将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡。
(4)根据两次测量的电阻值大小判断二极管的正负极:电阻值较小的一次,黑表笔所接的一端是二极管的正极;电阻值较大的一次,红表笔所接的一端是二极管的正极。
4.探测黑箱内电路(内有一个电阻和一个二极管)
(1)将多用电表选择开关旋转到直流电压挡,并置于500
V量程,用多用电表测量黑箱任意两个接线柱间的电压,若均无示数,说明箱内不含电源。
(2)先选定欧姆挡的某一较小的挡,两表笔短接,进行调零。然后,用欧姆挡测A、B间正反向电阻。若两次所测阻值相等,则表明A、B间只含有电阻。若一次测量电阻值较小,另一次较大,说明A、B间有二极管,且测量阻值较小时,与黑表笔接触的那一端为二极管的正极。
(3)用(2)的方法分别测量B、C和A、C间的电阻,判断哪两点间有二极管,哪两点间只有电阻。
(4)根据前面所测结果,画出黑箱内电路。
(5)测量完毕,将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡。
【注意事项】
(1)电流都是从红表笔流入电表,从黑表笔流出电表。
(2)电压、电流的读数要看清选择开关所选择的量程,搞清楚每一小格表示多少,及应读到的有效数字位数。
(3)测电阻时注意:
①测电阻必须把待测电阻隔离。
②两个调零过程,切记换挡需进行欧姆调零。
③读数时应乘以相应的倍率。
④合理选择量程,使指针尽可能指在中值附近。
⑤欧姆表的表盘刻度不均匀,一般不估读。
⑥电池用旧后,电动势会变小,内电阻会变大,致使电阻测量值偏大,要及时换电池。
五、了解数字式多用电表
1.数字式多用电表的测量值以数字形式直接显示,使用方便。数字式多用电表内都装有电子电路,除可测电压、电流和电阻外还可测量其他多种物理量,作为现代化的多用途电子测量仪器,主要用于物理、电气、电子等测量领域。
2.如何测试电阻
(1)把电阻从电路中拆分出来。
(2)进行机械调零。
(3)选择电阻挡。
(4)将黑表笔插入COM插孔,红表笔插入电阻测试插孔。
(5)将表笔探头跨接到被测电阻的两端。
(6)仔细观看读数,并注意单位欧姆(Ω)、千欧(kΩ)、还是兆欧(MΩ)。
注:1
000
Ω=1
kΩ;1
000
000
Ω=1
MΩ
实例引导
一、多用电表测量电阻的步骤与读数
例1用多用电表的欧姆挡测量阻值为几十千欧的电阻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×1
k
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
在上面测量中指针指在如图所示位置,此被测电阻的阻值约为
Ω。?
解析:测量几十千欧的电阻RX,我们一般选择×1
k的欧姆挡位,使用前应先进行调零,然后依据欧姆表的示数,再乘以挡位倍数,即为待测电阻阻值,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。
答案:cabe 3.0×104
变式训练1为确定某电子元件的特性,做如下测量。
(1)用多用电表测量该元件的电阻,选用“×100”倍率的电阻挡测量,发现多用电表指针偏转过大,因此需选择 倍率的电阻挡(填“×10”或“×1
k”),并 再进行测量,多用电表的示数如图1所示,测量结果为 Ω。?
(2)将待测元件(额定电压9
V)、蓄电池、滑动变阻器、电流表、多用电表、开关及若干导线连接成电路如图2所示。添加连线,使电路能测量该元件完整的伏安特性。
本实验中使用多用电表测电压,多用电表的选择开关应调到 挡(填“直流电压10
V”或“直流电压50
V”)。?
解析:(1)用多用电表测量该元件的电阻,选用“×100”倍率的电阻挡测量,发现多用电表指针偏转过大,说明电阻较小,因此需选择“×10”倍率的电阻挡,并欧姆调零后再进行测量,多用电表的示数如题图所示,测量结果为70
Ω。
(2)要测量该元件完整的伏安特性,必须连接成分压电路。本实验中使用多用电表测电压,多用电表的选择开关应调到直流电压10
V挡。
答案:(1)×10 欧姆调零 70
(2)电路如图所示 直流电压10
V
二、用多用电表探究黑箱问题
例2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,测量的阻值如表所示,试在虚线框内画出盒内元件的符号和电路。
?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
规律方法
(1)常见元件的特性及测量
(2)探究黑箱问题的基本思路
①首先用电压表测量各接点电压,若电压不为零,则黑箱内有电源存在,且电压最大的接点间为电源。
②若电压为零,则电路内无电源,改用欧姆表测量,若正反电阻恒定,则其间为定值电阻;若指针摆动一下又返回,则其间有电容器;若其间存在正、反向电阻差说明其间有二极管。
③结合串、并联电路的特点,再加以判断。
变式训练2如图甲所示的黑箱中有3只完全相同的电学元件,小明使用多用电表对其进行探测。
(1)在使用多用电表前,发现指针不在左边“0”刻度线处,应先调整图乙中多用电表的 (选填“A”“B”或“C”)。?
(2)在用多用电表的直流电压挡探测黑箱a、b接点间是否存在电源时,一表笔接a,另一表笔应 (选填“短暂”或“持续”)接b,同时观察指针偏转情况。?
(3)在判定黑箱中无电源后,将选择开关旋至欧姆“×1”挡,调节好多用电表,测量各接点间的阻值。测量中发现,每对接点间正反向阻值均相等,测量记录见下表。两表笔分别接a、b时,多用电表的示数如图乙所示。
请将记录表补充完整,并在图甲所示黑箱图中画出一种可能的电路。
解析:(1)多用电表使用前应进行机械调零,机械调零旋钮为A。(2)使用多用电表进行测量时,为保证电表不被烧坏,往往要进行试触,即让两表笔进行短暂接触,观察指针偏转情况,若持续接触则有可能烧坏电表。(3)黑箱中无电源且每对接点间正反向阻值相等,由多用电表读数可知所缺数据为5.0
Ω,由a、b间电阻为5
Ω,a、c间为10
Ω,b、c间为15
Ω知,电路为a、b间5
Ω的电阻与a、c间10
Ω电阻串联而成,电路图如图所示。
答案:(1)A (2)短暂 (3)5.0 电路图见解析。
三、用多用电表检测电路故障
例3如图所示的电路中,1、2、3、4、5、6为连接点的标号。在开关闭合后,发现小灯泡不亮。现用多用电表检查电路故障,需要检测的有:直流电源(电压为2
V,在实物图中用电池组的符号代替)、开关、小灯泡、3根导线以及电路中的各连接点。
(1)为了检测小灯泡以及3根导线,在连接点1、2已接好的情况下,应当选用多用电表的 挡。在连接点1、2同时断开的情况下,应当选用多用电表的 挡。?
(2)在开关闭合情况下,若测得5、6两点间的电压接近2
V,则表明 可能断路。?
解析:(1)当连接点1、2已接好时,电路中已有电压存在,故需用直流电压挡来检测电路。当连接点1、2同时断开时,电路中没有电源提供电压,要检测电路故障,只有通过测各段电路的电阻是否异常,故采用欧姆挡。
(2)当电路中两点间有电压时,这表明在此两点之外的电路与电源两极是连通的。当测出两点间电压等于电源电压而又确定电路故障是断路引起时,就可以确定断路位置在此两点之间。
答案:(1)直流电压 欧姆
(2)开关或连接点5、6
变式训练3在“金属电阻率的测量”实验中,某同学连接电路如图所示,闭合开关后,发现电路有故障(已知电源电压为E,在图中用电池组的符号代替,电表和导线均完好);
(1)若电流表示数为零、电压表示数为E,则发生故障的是 (选填“待测金属丝”“滑动变阻器”或“开关”)。?
(2)若电流表、电压表示数均为零,该同学利用多用电表检查故障。先将选择开关旋至 (选填“欧姆×100”“直流电压10
V”或“直流电流2.5
mA”)挡,再将 (选填“红”或“黑”)表笔固定在a接线柱,把另一支表笔依次接b、c、d接线柱。?
(3)在(2)问的条件下,若只有滑动变阻器断路,则多用电表的示数依次是 、 、 。?
解析:(1)电流表示数为零,说明外电路一定是断路,电压表有示数为E,说明电源与电压表之间的连接无断路,所以发生故障的一定是待测金属丝。
(2)电流表示数为零,说明外电路一定存在着断路。因为电源两端有电压,所以不能用电流表来检测,只能用电压表(量程高于电源电压)来检测,没有电压表的情况下,则利用多用电表的10
V直流电压挡来检查故障。多用电表的红表笔应和电源的正极相连。
(3)根据电路中电压分配关系知,多用电表示数依次是0,E,E。
答案:(1)待测金属丝 (2)直流电压10
V 红
(3)0 E E
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旋转到欧姆挡“×100”的位置。
(3)将插入“+”“-”插孔的两表笔短接,旋动部件 ,使指针对准电阻的 (选填“0”刻线或“∞”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“×1k”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T部件,对电表进行校准
解析:使指针对准电流的“0”刻线,应旋动机械调零部件S;使指针对准电阻的“0”刻线,应旋动欧姆调零部件T;测电阻时若指针偏转角度过小,则待测电阻的阻值很大,根据欧姆表测电阻时指针尽可能接近“中值”的原则知,应先换用较大倍率的挡位,因此步骤A合理;然后,每换一个挡位应重新调零,则选步骤D;最后,测电阻时两表笔的金属部分分别与被测电阻的两引线相接,应选步骤C。
答案:(1)S (3)T “0”刻线 (4)ADC
2.如图所示,A、B、C为黑箱上的三个接点,已知任意两个接点间最多接两个元件,可能的元件有电池、电阻和二极管。用多用电表判断黑箱内有无电池,操作方法是:用多用电表的 挡检测,确定黑箱内没有电池。用多用电表的欧姆挡测量各接点的电阻,其结果:黑表笔接B点、红表笔接C点时阻值很小,反接时阻值很大;A、B间正、反接时阻值均为R;黑表笔接A点、红表笔接C点时阻值比AB间阻值R略大。反接时阻值很大。请在图中画出黑箱内一种可能的电路。?
解析:用多用电表判断黑箱内有无电池,操作方法是:用直流电压挡测各对接点间的电压,若任意一组接点间均无电压,则说明黑箱内没有电池;对电阻来说,无论红黑表笔怎样接,电阻值都不变,所以AB间接有电阻;对二极管来说,正向电阻很小,而反向电阻很大,所以BC间接有二极管。
答案:直流电压 黑箱内元件如图所示(共41张PPT)
2.导体的电阻
必备知识
自我检测
一、电阻
1.物理意义:反映了导体对电流的阻碍作用。
2.定义:导体两端的电压与流过的电流的比值。
4.单位:国际单位欧姆,简称欧,符号Ω。它是根据欧姆定律规定的,如果某段导体两端的电压是1
V,通过的电流是1
A,这段导体的电阻是1
Ω。
必备知识
自我检测
二、影响导体电阻的因素 导体的电阻率
1.同种材料的导体,其电阻R与它的长度l成正比,与它的横截面积S成反比;导体的电阻还与构成它的材料有关。
3.电阻率:电阻率反映了材料的导电性能,与导体的材料和温度等因素有关,电阻率越大,说明导体的导电性能越差。单位欧姆·米,符号Ω·m。
必备知识
自我检测
三、导体的伏安特性曲线
1.导体的伏安特性曲线:用横坐标表示电压U,用纵坐标表示电流I,这样画出的I-U图像叫作导体的伏安特性曲线。
2.线性元件:伏安特性曲线是一条过原点的直线,电流I与电压U成正比,具有这种伏安特性的电学元件叫作线性元件,欧姆定律可适用,例如金属和电解质溶液。
3.非线性元件:伏安特性曲线是曲线的电学元件,电流I与电压U不成正比,欧姆定律不适用,例如气态导体和半导体元件。
必备知识
自我检测
1.正误判断。
(1)通过导体的电流越大,则导体的电阻越小。
( )
解析:导体的电阻是导体本身的性质,与通过的电流大小无关。
答案:×
(2)由R=
知,电阻与其两端的电压成正比,与通过它的电流成反比。
( )
解析:电阻由其自身因素决定,与其两端的电压和通过它的电流无关。
答案:×
必备知识
自我检测
(3)欧姆定律并非对所有的导体都适用。
( )
解析:欧姆定律仅适用于金属导体、电解质导电情况,对气体和半导体导电不适用。
答案:√
(4)导体的长度越长,电阻越大。
( )
解析:导体的电阻与它的长度、横截面积及制作材料都有关系,只有在明确材料相同的条件下,才能确定长度越长,横截面积相同的导体的电阻越大。
答案:×
(5)金属的电阻率随温度的升高而增大。
( )
答案:√
必备知识
自我检测
2.探究讨论。
(1)导体两端的电压为零时,导体的电阻也为零吗?导体两端的电压增大时,电阻也会增大吗?
答案:电阻是导体本身的固有属性,利用电压和电流计算电阻只是一种比值定义法,电压为零时,导体的电阻不为零;同理,电压增大时,电阻不变。
(2)线性元件与非线性元件的根本区别是什么?
答案:线性元件的电阻值不随电压和电流的改变发生变化;非线性元件的电阻值随电压和电流的改变发生变化。
必备知识
自我检测
3.(多选)对于一根阻值为R的均匀金属丝,下列说法中正确的是( )
A.电阻率是表征材料导电性能好坏的物理量,电阻率越大,其导电性能越好
B.某些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响,通常用来制作标准电阻
C.给金属丝加上的电压逐渐从零增大到U0,则任一状态下的
比值不变
D.把某些金属丝温度降低到绝对零度附近,电阻率会突然变为零
必备知识
自我检测
答案:BD
探究一
探究二
探究三
随堂检测
电阻
情景导引
现有两个导体A和B,利用如图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。试分析讨论以下问题:
探究一
探究二
探究三
随堂检测
(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的数据在坐标系中描点,并作出U-I图线。
(2)根据作出的两条图线可知,电压与电流的比值具有什么特点?对不同的导体,这个比值是否相同?这个比值描述的是什么物理量?
要点提示:(1)U-I图线如图所示
(2)对同一导体,U-I图像是过原点的直线,电压和电流的比值为一常数,可以写成k=
。对不同导体,这个比值不同。说明这个比值与导体自身有关,反映导体的属性,物理上叫电阻,用R表示,即R=
。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
知识归纳
1.欧姆定律的“两性”
(2)同时性:三个物理量U、I、R对应于同一时刻。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
探究一
探究二
探究三
随堂检测
实例引导
例1(多选)对于欧姆定律的理解,下列说法正确的是( )
解析:根据欧姆定律可知,通过电阻的电流跟它两端的电压成正比,跟它的电阻成反比,A正确;对一定的导体,它两端的电压与通过它的电流的比值保持不变,即电阻不变,电流与电压成正比,通过它的电流越大,它两端的电压也越大,B、D正确;导体的电阻与电压的大小无关,是由导体本身决定的,C错误。故选A、B、D。
答案:ABD
探究一
探究二
探究三
随堂检测
A.导体的电阻跟导体两端的电压成正比,跟导体中的电流成反比
B.导体的电阻由导体本身的物理条件决定,跟导体两端的电压及流过导体的电流的大小无关
C.对确定的导体,其两端电压和流过它的电流的比值就是它的电阻值
D.一定的电流流过导体,电阻越大,其两端电压就越大
解析:导体的电阻由导体本身性质决定,与U、I无关,公式R=
只是提供一种测量计算导体电阻的方法,故A错,B、C对;公式U=IR,当I一定时U与R成正比,D正确。
答案:BCD
探究一
探究二
探究三
随堂检测
影响导体电阻的因素 电阻率
情景导引
1.探究影响导体的电阻的相关因素用什么物理实验方法?
2.通过实验探究,影响导体电阻的因素有哪些?
3.导体的电阻率的大小与什么因素有关?哪些导体的电阻率较小?
要点提示:1.控制变量法;
2.导体的材料,横截面积,长度;
3.电阻率与导体的材料和温度有关;纯金属的电阻率较小。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
知识归纳
一、研究影响导体电阻的因素
1.实验探究法
如图所示,a、b、c、d是四条不同的金属导体。在长度、横截面积、材料三个因素方面,分别只有一个因素不同:b与a长度不同;c与a横截面积不同;d与a材料不同。
四段导体,每段导体两端的电压与它们的电阻成正比。若Ub=2Ua,lb=2la,说明Rb=2Ra,导体的电阻与长度成正比。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
2.逻辑推理法
(1)分析导体的电阻与它的长度的关系
一条长度为l,电阻为R的导体,可以看成是由n段长度同为l1、
(2)研究导体的电阻与它的横截面积的关系
有n条导体,它们的长度相同,横截面积都为S1,电阻同为R1。把它们紧紧地束在一起,组成一横截面积为S、电阻为R的导体。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
二、电阻率
1.公式R=ρ
各物理量的意义
(1)ρ表示材料的电阻率,与材料和温度有关。反映了导体的导电性能,ρ越大,说明导电性能越差;ρ越小,说明导电性能越好。
(2)l表示沿电流方向导体的长度。
(3)S表示垂直于电流方向导体的横截面积。
2.电阻率
(1)概念:电阻率是反映导体导电性能的物理量,是导体材料本身的属性,与导体的长度、横截面积无关。
(2)电阻率与温度的关系
①金属的电阻率随温度升高而增大(可用于制造电阻温度计)。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
②有些合金(如锰铜、镍铜)的电阻率几乎不受温度变化的影响(可用来制作标准电阻)。
③当温度降低到绝对零度附近时,某些材料的电阻率突然减小到零成为超导体。
画龙点睛
电阻率反映一种材料的导电性能,电阻反映一个导体的导电性能。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
实例引导
例2“探究导体电阻与长度、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是四条不同的金属丝。现有几根康铜合金丝和镍铬合金丝,其规格如下表所示。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
(1)电路图甲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?如正确,请说出理由;若不正确,请说出原因。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
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;从上述材料可以看出,B、C、E横截面积相同,B、C、D材料相同,C、D、E长度相同;
(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。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
探究一
探究二
探究三
随堂检测
变式训练2如图所示,厚薄均匀的矩形金属片,边长ab=10
cm,bc=5
cm,当A与B间接入电压为U时,电流为1
A,若C与D间接入电压仍为U时,其电流为( )
A.4
A
B.2
A
C.0.5
A
D.0.25
A
解析:设将A与B连入电路时,电阻为R1,C与D连入电路时,电阻为R2,金属片厚度为h。
答案:A
探究一
探究二
探究三
随堂检测
导体的伏安特性曲线
情景导引
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。
根据下面两个图像分析讨论:
(1)图甲是某元件的I-U图像,思考图像斜率的物理意义是什么。该元件是线性元件还是非线性元件?
(2)如果某元件的伏安特性曲线如图乙所示,分析该元件的电阻在图像中如何反映。该元件是线性元件还是非线性元件?
探究一
探究二
探究三
随堂检测
(2)I-U曲线上一点与原点连线斜率的倒数表示电阻;该元件的电阻随电压的变化而变化,且电压增大时,电阻变小,这种元件是非线性元件。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
知识归纳
I-U与U-I图线的比较
探究一
探究二
探究三
随堂检测
探究一
探究二
探究三
随堂检测
画龙点睛
x-t图像中曲线上某点的斜率表示速度,v-t图像中曲线上某点的斜率表示加速度,而I-U图像中曲线上某点与原点连线的斜率表示电阻的倒数。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
实例引导
例3两电阻R1、R2的电流I和电压U的关系如图所示,可知两电阻R1∶R2等于( )
A.1∶3
B.3∶1
答案:A
探究一
探究二
探究三
随堂检测
规律方法
应用图像求电阻时的注意问题
(1)看清是I-U图像还是U-I图像。对于线性元件,若是I-U图像,电阻值等于该图线斜率的倒数,即R=
;若是U-I图像,则电阻值等于该图线的斜率,即R=k。
(2)对于非线性元件,I-U图像或者U-I图像是过原点的曲线,此时在每一个状态时元件的电阻不同,可以根据Rn=
求各状态的电阻,也可以根据图线上某一点与坐标原点的连线的斜率计算某一状态的电阻。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
变式训练3小灯泡的伏安特性曲线如图中的AB段(曲线)所示,由图可知,灯丝的电阻因温度的影响改变了( )
A.5
Ω
B.10
Ω
C.1
Ω
D.6
Ω
答案:B
探究一
探究二
探究三
随堂检测
1.(多选)下列说法正确的是( )
A.由R=
可知,当通过导体的电流不变时,加在电阻两端的电压变为原来的2倍时,导体的电阻也变为原来的2倍
B.导体的电阻是其本身的属性,通过导体的电流及加在两端的电压改变时导体的电阻不变
C.据ρ=
可知,导体的电阻率与导体的电阻和横截面积的乘积RS成正比,与导体的长度l成反比
D.导体的电阻率与导体的长度l、横截面积S、导体的电阻R皆无关
探究一
探究二
探究三
随堂检测
答案:BD
探究一
探究二
探究三
随堂检测
2.(多选)关于导体电阻和电阻率,下列说法正确的是
( )
C.将一根导线一分为二,则半根导线的电阻和电阻率都是原来的二分之一
D.金属的电阻率随温度的升高而增大,可用来制作电阻温度计
探究一
探究二
探究三
随堂检测
解析:导体的电阻率由材料本身的性质决定,并随温度的变化而变化,导体的电阻与长度、横截面积、电阻率有关,与导体两端的电压及导体中的电流无关,A对,B、C错。金属的电阻率随温度变化可制成电阻温度计,D对。
答案:AD
探究一
探究二
探究三
随堂检测
3.(多选)某根标准电阻丝的电阻为R,接入电压恒定的电路中,要使接入电路的电阻变为
R,可采取的措施是
( )
A.剪其一半的电阻丝接入
B.并联相同的电阻丝接入
C.串联相同的电阻丝接入
D.对折原电阻丝后再接入
探究一
探究二
探究三
随堂检测
答案:AB
探究一
探究二
探究三
随堂检测
4.某电压表的量程是0~15
V,一导体两端电压为1.6
V时,通过的电流为2
mA。现在若给此导体通以20
mA的电流,能否用这个电压表测量导体两端的电压?
解析:已知:U1=1.6
V,I1=2
mA,
当导体通以电流I2=20
mA时,加在导体两端的电压U2=I2·R=20×10-3×800
V=16
V。由计算可知,此时导体两端的电压超出电压表的量程,所以不能用这个电压表测量导体两端的电压。
答案:不能(共61张PPT)
3.实验:导体电阻率的测量
探究突破
随堂检测
长度的测量及测量工具的选用
实验目的:学会使用游标卡尺和螺旋测微器测量长度。
实验器材:游标卡尺,螺旋测微器。
实验原理
1.游标卡尺的读数原理
(1)构造:主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内外测量爪),尺身上还有一个紧固螺钉。
探究突破
随堂检测
(2)用途:测量厚度、长度、内径、外径。
(3)原理:是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来提高测量精度的。
不管游标尺上有多少个小等分刻度,它的刻度部分的总长度比主尺上的同数量的小等分刻度少1
mm。常见的游标卡尺有10分度、20分度和50分度三种。见下表:
(4)读数:若用x表示由主尺上读出的整毫米数,n表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标尺的格数,则记录结果表达为(x+n×精确度)mm。
探究突破
随堂检测
2.螺旋测微器的读数原理
(1)构造及原理:如图所示,G是锁紧装置,螺旋测微器的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上,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,并通过精密螺纹套在B上,精密螺纹的螺距是0.5
mm,即旋钮D每转一周,测微螺杆F前进或后退0.5
mm,可动刻度分成50等份,每一等份表示0.01
mm。
探究突破
随堂检测
(2)使用方法:当A与F并拢时,可动刻度E的零点恰好跟固定刻度B的零点重合,逆时针旋转旋钮D,将测微螺杆F旋出,把被测物体放入A、F之间的夹缝中,再顺时针旋转旋钮D,F快要接触被测物时,要停止使用旋钮D,改用微调旋钮D',直到听到“喀喀”声。
(3)读数方法:以毫米为单位读数。
L=固定刻度示数+可动刻度示数(估读一位)×分度值(0.01)。
注意:①以毫米为单位时,小数点后面要有三位有效数字,特别是最后一位估读数字为零时,不能省略。
②在读数时注意半毫米刻度线是否已露出。
探究突破
随堂检测
1.以下是游标卡尺,请写出各自的读数。
答案:11.4
mm
答案:22.6
mm
探究突破
随堂检测
答案:11.50
mm
答案:50.15
mm
答案:10.94
mm
探究突破
随堂检测
2.以下是螺旋测微器,请写出各自的读数。
答案:0.482
mm
答案:3.373
mm
答案:0.990
mm
探究突破
随堂检测
答案:5.665
mm
答案:6.703
mm
答案:7.030
mm
探究突破
随堂检测
金属丝电阻率的测量
一、实验目的
学会用伏安法测量电阻的阻值,测定金属丝的电阻率。
二、实验原理
1.测定金属电阻率
(1)把金属丝接入电路中,用伏安法测金属丝的电阻
探究突破
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探究突破
随堂检测
2.实验电路选择原理
(1)电流表的内接法和外接法的比较
探究突破
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探究突破
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(2)滑动变阻器两种接法的比较
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三、实验器材
螺旋测微器或游标卡尺、毫米刻度尺、电压表、电流表、定值电阻、开关及导线、被测金属导线、电池、滑动变阻器。
四、实验步骤
1.测直径:用螺旋测微器或游标卡尺在被测金属丝上三个不同位置各测一次直径,并记录。
2.量长度: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3次,并记录。
3.连电路:按原理图所示的电路图连接实验电路。
4.求电阻:把滑动变阻器的滑片调节到使电压表为零的位置,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,记入表格内,断开开关S。
5.拆除实验电路,整理好实验器材。
探究突破
随堂检测
五、数据处理
导线的横截面积S= (公式)= (代入数据)= m2。?
探究突破
随堂检测
所测金属的电阻率ρ= (公式)= (代入数据)= Ω·m。?
探究突破
随堂检测
【注意事项】
(1)因一般金属丝电阻较小,为了减少实验的系统误差,必须选择电流表外接法。
(2)本实验滑动变阻器若用分压式接法,在接通电源之前应将滑动变阻器调到电压表为零的状态。
(3)测量l时应测接入电路中的金属丝的有效长度(即两接线柱之间的长度);在金属丝的3个不同位置上用螺旋测微器或游标卡尺测量直径d。
(4)电流不宜过大(电流表用0~0.6
A量程),通电时间不宜太长,以免电阻率因温度升高而变化。
探究突破
随堂检测
【实验误差来源及分析】
(1)直径测量。
(2)长度测量。
(3)电路中电流表及电压表内阻对电阻测量的影响。
(4)通电电流大小,时间长短,致使电阻丝发热,电阻率随之变化。
探究突破
随堂检测
实例引导
一、实验原理与操作
例1在做“金属丝电阻率的测量”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大。他可选用的器材有:
直流电源,电压为8
V;
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。
探究突破
随堂检测
(1)根据上述条件,测量时电流表应采用 。(填“外接法”或“内接法”)?
(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与电压表内阻RV均为已知量,用测量物理量和电表内阻计算金属丝电阻的表达式:Rx= 。?
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解析:(1)待测电阻约为20
Ω,是电流表内阻的40倍,但电压表内阻是待测电阻的500倍,故电阻Rx为小电阻,采用外接法。
(2)因为要使Rx两端的电压变化范围尽可能的大,所以滑动变阻器要采用分压式,电路图如图所示。
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变式训练1利用米尺和如图甲所示的器材(其中电流表的内阻为1
Ω,电压表的内阻为5
kΩ)测量一根粗细均匀的阻值约为5
Ω的金属丝的电阻率。
(1)用笔画线代替导线,将图中的器材连接成实物电路图,要求尽量避免交叉,电流表、电压表应该选择合适的量程(已知直流电源的电压为6
V,在实物图中用蓄电池符号代替,滑动变阻器的阻值为0~20
Ω)。
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(2)实验时用米尺测量金属丝的长度,示数如图乙所示,电流表、电压表的读数如图丙所示。由图可以读出金属丝两端的电压U= ,流过金属丝的电流I= ,金属丝的长度L= 。?
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解析:(1)由于金属丝的电阻比电压表的内阻小得多,因此采用电流表外接法;由于金属丝的电阻比滑动变阻器的总电阻要小,因此采用限流式接法,为了保证滑动变阻器起限流作用,滑动变阻器应该连接“A(B)、C”或“A(B)、D”几个接线柱;由题图丙可以看出电流表应该连接“0.6”接线柱和“-”接线柱,具体连线如图所示。
(2)由题图丙可以看出:电压表的量程是3
V,所以读数是2.20
V;电流表的量程是0.6
A,所以读数是0.44
A;米尺的读数是40.50
cm-10.00
cm=30.50
cm。
答案:(1)见解析 (2)2.20
V 0.44
A 30.50
cm
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二、仪器的读数及数据处理
例2在“金属丝电阻率的测量”实验中,所用测量仪器均已校准。待测金属丝接入电路部分的长度约为50
cm。
(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,其中某一次测量结果如图1所示,其读数应为 mm(该值接近多次测量的平均值)。?
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(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx,实验所用器材为直流电源(电压3
V,内阻1
Ω,在实物图中用干电池的符号代替),电流表(内阻约0.1
Ω),电压表(内阻约3
kΩ),滑动变阻器R(0~20
Ω,额定电流2
A),开关,导线若干。
某小组同学利用以上器材正确连接好电路,进行实验测量,记录数据如下:
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由以上实验数据可知,他们测量Rx是采用图2中的 (选填“甲”或“乙”)图。?
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(3)图3是测量Rx的实验器材实物图,图中已连接了部分导线,滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端。请根据(2)所选的电路图,补充完成图中实物间的连线,并使闭合开关的瞬间,电压表或电流表不至于被烧坏。
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(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系,如图4所示,图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点。请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点,并描绘出U-I图线。由图线得到金属丝的阻值Rx= Ω(保留两位有效数字)。?
(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为 (填选项前的符号)。?
A.1×10-2
Ω·m
B.1×10-3
Ω·m
C.1×10-6
Ω·m
D.1×10-8
Ω·m
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解析:(1)螺旋测微器的读数为0
mm+39.8×0.01
mm=0.398
mm。
(2)由实验记录的数据可知Rx的阻值大约为5
Ω。由题知Rx?R
V,故电流表应外接。若滑动变阻器接为限流式接法,则Rx两端的电压最小值Umin=
E≈0.6
V,而从实验数据可知Rx两端电压最小值为0.10
V,因此滑动变阻器应采用分压式接法。选题图中甲图。
(3)如图甲所示。
(4)选尽可能多的点连成一条直线,不在直线上的点均匀分布在直线两侧,如图乙所示。
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图线的斜率反映了金属丝的电阻,因此金属丝的电阻值Rx≈4.4
Ω。
答案:(1)0.398(0.395~0.399均正确) (2)甲
(3)见解析图甲
(4)见解析图乙 4.4(4.3~4.7均正确)
(5)C
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变式训练2在“金属电阻率的测量”的实验中,被测金属丝的电阻大约为6
Ω。先用刻度尺测出金属丝的长度l,用螺旋测微器测出金属丝的直径d,接着用伏安法测出金属丝两端的电压U和通过金属丝的电流I,计算出它的电阻,再根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率。
在用伏安法测定金属丝的电阻时,除被测的电阻丝外,还有如下供选择的实验器材:
直流电源E,电压为4.5
V;
电流表A1(量程0~0.6
A,内阻为0.125
Ω);
电流表A2(量程0~3
A,内阻为0.025
Ω);
电压表V1(量程0~3
V,内阻为3
kΩ);
电压表V2(量程0~15
V,内阻为15
kΩ);
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滑动变阻器R1(最大阻值10
Ω,允许通过的最大电流为0.2
A);
滑动变阻器R2(最大阻值20
Ω,允许通过的最大电流为1.0
A);
开关、导线等。
要求有较高的测量精度,并能测得多组数据。
(1)在可供选择的器材中,应该选用的电流表是 ,应选用的电压表是 ,应该选用的滑动变阻器是 。?
(2)根据所选的器材,在如图所示的虚线框中画出实验电路图。
(3)写出用测得的物理量表示的计算电阻率的表达式(用字母表示):ρ= 。?
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解析:(1)由实验器材知直流电源电压约为4.5
V,实验用的金属丝电阻约为6
Ω,干路中的最大电流大约只有0.75
A,故电流表选A1,电压表选V1,滑动变阻器R1的最大电流0.2
A太小,影响测量的范围,所以滑动变阻器选R2。
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用伏安法测量某电阻Rx的阻值,现有实验器材如下:
A.待测电阻Rx:范围在5~8
Ω,额定电流0.45
A
B.电流表A1:量程0~0.6
A(内阻0.2
Ω)
C.电流表A2:量程0~3
A(内阻0.05
Ω)
D.电压表V1:量程0~3
V(内阻3
kΩ)
E.电压表V2:量程0~15
V(内阻15
kΩ)
F.滑动变阻器R:0~100
Ω
G.直流电源,电压为12
V
H.导线,开关
为了较准确地测量,并保证器材安全,电流表应选 ,电压表应选 ,并画出电路图。?
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答案:A1 V1 电路见解析
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描绘小灯泡的伏安特性曲线
一、实验目的
描绘小灯泡的伏安特性曲线并掌握分析图线的方法。
二、实验原理
由于灯丝的电阻率随温度的升高而增大,因此灯丝的电阻随温度的升高而增大。由R=
得,在I-U坐标系中,图线上点与原点连线的斜率等于电阻的倒数,故画出的小灯泡的I-U图线为曲线。
三、实验器材
学生电源(4~6
V直流)或电池组、小灯泡(“4
V 0.7
A”或“3.8
V 0.3
A”)、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、铅笔、坐标纸。
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四、实验过程
1.实验步骤
(1)根据小灯泡上所标的额定值,确定电流表、电压表的量程,画出实验的电路图,并按图所示的电路图连接好实物图。
(2)闭合开关S,调节滑动变阻器,使电流表、电压表有较小的明显示数,记录一组电压U和电流I。
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(4)断开开关,整理好器材。
(3)用同样的方法测量并记录几组U和I,填入下表。
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2.数据处理
(1)在坐标纸上以U为横轴、I为纵轴建立直角坐标系。
(2)在坐标纸中描出各组数据所对应的点。(坐标系纵轴和横轴的标度要适中,以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜)
(3)将描出的点用平滑的曲线连接起来,就得到小灯泡的伏安特性曲线。
3.实验结果与数据分析
(1)结果:描绘出的小灯泡的伏安特性曲线不是直线,而是曲线。
(2)分析:曲线的斜率变小,即电阻变大,说明小灯泡的电阻随温度升高而增大。
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4.误差分析
(1)系统误差:由于电压表不是理想电表,内阻并非无穷大,对电路的影响会带来误差。
(2)测量误差:测量时读数带来误差。
(3)作图误差:在坐标纸上描点、作图带来误差。
5.注意事项
(1)本实验要作I-U图线,要求测出多组包括零在内的电压值、电流值,因此滑动变阻器应采用分压式接法。
(2)由于小灯泡的电阻较小,故采用电流表外接法。
(3)画I-U图线时纵轴、横轴的标度要适中,以所描绘图线占据整个坐标纸为宜,不要画成折线,应该用平滑的曲线连接,对个别偏离较远的点应舍去。
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实例引导
一、实验原理的理解及器材的选择
例1有一个小灯泡上标有“4
V 2
W”的字样,要用伏安法描绘这个小灯泡的I-U图线。现有下列器材供选择:
A.电压表(0~5
V,内阻10
kΩ)
B.电压表(0~15
V,内阻20
kΩ)
C.电流表(0~3
A,内阻1
Ω)
D.电流表(0~0.6
A,内阻0.4
Ω)
E.滑动变阻器(10
Ω,2
A)
F.滑动变阻器(500
Ω,1
A)
G.直流电源,电压为6
V(在实物图中用蓄电池的符号代替)、开关、导线若干
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(1)实验时,选用图1中甲而不选用图乙的电路图来完成实验,请说明理由: 。?
(2)实验中所用电压表应选用 ,电流表应选用 ,滑动变阻器应选用 。(用序号字母表示)?
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(3)把图2中所示的实验器材用实线连接成实物电路图。
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答案:(1)描绘小灯泡的I-U图线所测数据需从零开始,并要多取几组数据 (2)A D E
(3)如图所示
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规律方法
实物连图的原则和技巧
1.总的原则:先串后并,接线到柱,注意量程和正负。
2.对限流电路,只需用笔画线当做导线,从电源正极开始,把电源、开关、滑动变阻器、“伏安法”部分依次串联起来即可(注意电表的正负接线柱和量程,滑动变阻器应调到阻值最大处)。
3.对分压电路,应该先把电源、开关和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来,然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头,比较该接头和滑动头的电势高低,根据“伏安法”部分电表正负接线柱的情况,将“伏安法”部分接入该两点间(注意滑动变阻器应调到使“伏安法”部分所接两点间阻值最小处)。
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变式训练要描绘一个标有“3
V 0.6
W”小灯泡的伏安特性曲线,灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3
V,并便于操作。已选用的器材有:
直流电源,电压为4.5
V;
电流表(量程为0~250
mA,内阻约5
Ω);
电压表(量程为0~3
V,内阻约3
kΩ);
开关一个、导线若干。
(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的 (填字母代号)。?
A.滑动变阻器(最大阻值20
Ω,额定电流1
A)
B.滑动变阻器(最大阻值1
750
Ω,额定电流0.3
A)
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(2)实验的电路图应选用下列的图 (填字母代号)。?
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解析:(1)根据“灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3
V,并便于操作”可知控制电路必为“分压电路”,而“分压电路”需要用总阻值较小的滑动变阻器,故选A。
(2)在(1)中已经明确了控制电路,要选择电流表的接法,题中
答案:(1)A (2)B
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二、实验步骤与数据处理
例2关于“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验,完成下列问题。
(1)完成下列实验步骤:
①闭合开关前,调节滑动变阻器的滑片,应停留在滑动变阻器 (选填“左”或“右”)端。?
②闭合开关后,逐渐移动变阻器的滑片,增加小灯泡两端的电压,记录电流表和电压表的多组读数,直至电压达到额定电压。
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③记录如下一组U和I的数据,断开开关。根据实验数据在下图中作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线。
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(2)数据分析:
①从图线上可以得出,当电压逐渐增大时,灯丝电阻的变化情况是 。?
②图线表明导体的电阻随温度升高而 。?
③小灯泡正常工作时的电阻约为 。(保留小数点后一位有效数字)?
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解析:(1)①为保护电路安全,开关闭合之前,电路图中滑动变阻器的滑片应该置于左端。
③根据表格中的数据,画出小灯泡的I-U图线。
(2)①从图线上可以得出,当电压逐渐增大时,灯丝电阻的变化情况是先不变,后逐渐增大。
②图线表明导体的电阻随温度升高而增大。
③根据I-U图线得当灯泡两端电压U=3
V时,I=0.205
A,所以
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答案:(1)①左 ③见解析图 (2)①先不变,后逐渐增大 ②增大 ③14.6
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1.(多选)在图中,甲、乙两图分别为测灯泡电阻R的电路图,下列说法正确的是( )
A.甲图的接法叫电流表外接法,乙图的接法叫电流表内接法
B.甲中R测>R真,乙中R测C.甲中误差由电压表分流引起,为了减小误差,应使R?R
V,故此法测较小电阻好
D.乙中误差由电流表分压引起,为了减小误差,应使R?RA,故此法测较大电阻好
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答案:ACD
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2.在探究小灯泡的伏安特性曲线的实验中,所用器材有:小灯泡L、量程恰当的电流表A和电压表V、直流电源E、滑动变阻器R、开关S等,要求小灯泡两端电压从0开始变化。
(1)实验中滑动变阻器应采用 接法(选填“分压”或“限流”)。?
(2)某同学已连接如图所示的电路,在连接最后一根导线的c端到直流电源正极之前,请指出其中仅有的2个不当之处,并说明如何改正。
① 。?
② 。?
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答案:(1)分压
(2)①开关S不应闭合,应处于断开状态
②滑动变阻器滑动触头P位置不当,应将其置于b端(共17张PPT)
本章整合
(7)描述导体导电特性的物理量,与导体的材料和温度有关
(8)伏安特性曲线是直线的元件
(9)伏安特性曲线是曲线的元件
(10)串联电路:I1=I2=I3=……=I;并联电路:I=I1+I2+I3+……
(11)串联电路:U=U1+U2+U3+……;并联电路:U1=U2=U3=……=U
(13)表头串联电阻改装成电压表;并联电阻改装成电流表
一、测量电阻的创新实验
测量电阻的基础方法是伏安法测电阻,除此以外,还有很多方法,例如:安安法测电阻、伏伏法测电阻、比较法测电阻、替代法测电阻、半偏法测电阻等。不管哪种方法,都综合应用了欧姆定律、电阻定律,串并联电路的规律等,下面重点说明半偏法测电阻。
1.电流半偏法:如图甲所示,断开S2、接通S1,把滑动变阻器R1由最大阻值逐渐向阻值变小进行调节,使电流表的指针达到满偏;此后保持R1阻值不变,接通S2,调整电阻箱R2的阻值,使电流表的指针恰好偏转到满刻度的一半,读出电阻箱R2的阻值,则RA=R2。此方法要求待测电阻RA较小,并配以足够大的滑动变阻器及合适的电源电压。测量值偏小。
2.电压半偏法:如图乙所示,闭合S,使电阻箱R2的阻值为零,调节滑动变阻器R1,使电压表满偏;保持R1阻值不变,调节R2,使电压表半偏,则RV=R2。此方法要求待测电阻RV较大,并配以较小的滑动变阻器及合适的电源电压。测量值偏大。
例1电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍。某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法),实验室提供的器材如下:
待测电压表V(量程3
V,内阻约为3
000
Ω),电阻箱R0(最大阻值为99
999.9
Ω),滑动变阻器R1(最大阻值100
Ω,额定电流2
A),直流电源E(电压为6
V),开关两个,导线若干。
(1)图中虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分,将电路图补充完整。
(2)根据设计的电路图,补充完整实验步骤:①移动滑动变阻器的滑片,以保证通电后电压表所在支路分压最小;②闭合开关S1、S2,调节R1,使电压表的指针满偏;③ ;④读取电阻箱所示的电阻值,此即为测得的电压表内阻。?
(3)将这种方法测出的电压表内阻记为RV',与电压表内阻的真实值RV相比,RV' RV(选填“>”“=”或“<”),主要理由是 。?
解析:(1)因滑动变阻器阻值较小,所以选择滑动变阻器的分压接法。
实验电路图如图所示。
(2)③保持滑动变阻器滑片的位置不变,断开S2,调节电阻箱R0,使电压表的指针半偏。
(3)断开S2,调节电阻箱使电压表成半偏状态,电压表所在支路总电阻增大,分得的电压也增大;此时R0两端的电压大于电压表的半偏电压,故RV'>RV(其他合理说法同样正确)。
答案:(1)见解析 (2)见解析 (3)> 电压表所在支路电阻增大,分得的电压增大
例2某同学测量一个圆柱体的电阻率,需要测量圆柱体的直径和电阻。试回答下列问题:
(1)用螺旋测微器测量该圆柱体的直径,测量结果如图甲所示,则该圆柱体的直径为d= mm。?
(2)某同学利用多用电表粗测出该金属圆柱体的电阻为15
Ω,为了更精确地测量其电阻,他设计了如图乙所示的电路图,实验步骤如下,请将下列内容补充完整。
①闭合开关S1,将开关S2接a处,调整滑动变阻器的触头到适当位置,待电流表示数稳定后读出电流表的示数。某次实验中电流表的示数如图丙所示,则此次电流表的示数I= A;(电流表选用0.6量程)?
②然后又将开关S2接b处,保持滑动变阻器的触头位置不变,调节电阻箱,使电流表示数与①相同,电阻箱此时的示数如图丁所示,则电阻箱此时的阻值为R1= Ω;?
③被测电阻R2的阻值R2= Ω。?
解析:(1)螺旋测微器的读数为:d=5
mm+31.0×0.01
mm=5.310
mm(5.309~5.311均可);
(2)①电流表的量程是0.6
A,由于每小格的读数为0.02
A,应进行估读,即应估读到0.01
A,所以读数为I=0.30
A;
②电阻箱的读数为R=0×100+1×10+6×1+0×0.1=16.0
Ω;
③根据欧姆定律可知,当电流表示数不变时,说明待测电阻与电阻箱的阻值相等,所以R2=R=16.0
Ω。
答案:(1)5.310(5.309~5.311均可) (2)①0.30 ②16.0 ③16.0
二、电路故障的分析方法
1.用电压表检查故障
(1)断路故障判断:用电压表与电源并联,若有示数,再逐段与电路并联,若电压表指针偏转,则说明该段电路中有断点。(2)短路故障判断:用电压表与电源并联,若有示数,再逐段与电路并联,若电压表示数为零,则说明该段电路被短路。
2.用欧姆表检查故障
用欧姆表检查故障,一定要注意将待测部分与电路断开。若测得某段电路的电阻为零,说明该部分短路;若测得某段电路的电阻无穷大,说明该部分断路。
例3如图是某同学连接的实验实物图,合上开关S后,发现灯A、B都不亮,如果只有一处电路有故障。他采用下列两种方法检查故障:
(1)用多用电表的直流电压挡进行检查:
①那么选择开关应置于下列量程的 挡。(用字母序号表示)?
A.2.5
V
B.10
V
C.50
V
D.250
V
②在测试a、b间直流电压时,红表笔应接触 (选填“a”或“b”)。?
③该同学测试结果如下表所示,根据测试结果,可以判定故障是
(假设只有下列中的某一项有故障)。?
A.灯A断路
B.灯B短路
C.c、d段断路
D.d、f段断路
(2)用欧姆挡检查:
①测试前,应将开关S (选填“断开”或“闭合”)。?
②测量结果如下表所示,由此可以断定故障是( )
A.灯A断路
B.灯B断路
C.灯A、B都断路
D.d、e间导线断路
解析:(1)①用多用电表的直流电压挡进行检查时,实质上是用电压表测量,而电压表内阻很大,若并联在断路处(设有一处发生断路)时,电路接通,电压表示数应为电源的电压,并联在未断路处,示数为零。因此,用多用电表的直流电压挡检查电路时,电压表的量程必须大于电源的电压,为了使示数明显,选择量程不宜过大,而电源的电压约为6
V,故选10
V量程即可。②检查时红表笔应接电势高的a点。③因合上开关S后,A、B灯都不亮,又只有一处电路有故障,所以只发生断路的故障。根据检查结果,a、b间有示数,说明a→电源→b完好;c、b间有示数,说明c→a→电源→b完好;c、d无示数,说明c→灯A→d间完好;d、f有示数,说明d→c→a→电源→b→f完好。综上分析应是d、f段断路。
(2)①用欧姆挡检查时,测试前应首先将开关S断开。②根据检查结果,接c、d时有示数,说明不是灯A断路;接e、f时有示数,说明也不是灯B断路;接d、e间时电阻无穷大,可以断定是d、e间导线断路。
答案:(1)①B ②a ③D (2)①断开 ②D5.实验:练习使用多用电表
课后篇巩固提升
1.用多用电表测量阻值为几十千欧的电阻Rx。S为电表的选择开关,P为欧姆挡调零旋钮。
(1)从以下给出的操作步骤中,选择必要的步骤,并排出合理顺序: 。(填步骤前的字母)?
A.旋转S至欧姆挡“×1k”
B.旋转S至欧姆挡“×100”
C.旋转S至“OFF”挡,并拔出两表笔
D.将两表笔分别连接到Rx的两端,读出阻值后,断开两表笔
E.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
(2)按正确步骤测量时,指针指在图示位置,则Rx的测量值为 kΩ。?
解析(1)为了使测待测电阻时指针指在中值电阻附近,欧姆挡倍率选择“×1k”,然后进行欧姆调零、测量,最后旋转S至“OFF”挡,并拔出两表笔。
(2)欧姆表的示数等于欧姆表指针所指的读数乘以所选的欧姆挡倍率,由于指针示数为15,即Rx为15
kΩ。
答案(1)AEDC (2)15
2.(1)用多用电表的欧姆挡测量阻值为几十千欧的电阻Rx。
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,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
解析(1)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)使用欧姆挡时,若指针偏角较大,表明待测电阻较小,应换较小的挡位;反之,应换较大的挡位,A正确;利用欧姆表测电阻时,因使用表内电源,故电阻不能在通路时测量,C正确。
答案(1)3×104 (2)AC
3.
某照明电路出现故障,其电路如图所示,该电路用标称值为6
V的蓄电池为电源,导线及接触点完好。维修人员使用已调好的多用电表直流“10
V”挡检测故障。他将黑表笔接在c点,用红表笔分别探测电路的a、b两点。
(1)断开开关,红表笔接a点时,多用电表读数为5.80
V,说明 (选填“蓄电池”“保险丝”“开关”或“小灯泡”)正常。?
(2)红表笔接b点,断开开关时,表针不偏转,闭合开关后,多用电表示数仍然为5.80
V,可判定发生故障的器件是 (选填“蓄电池”“保险丝”“开关”或“小灯泡”)。?
解析(1)因电压表读数接近蓄电池的标称值,说明蓄电池正常;(2)闭合开关后,多用电表读数接近蓄电池的标称值,说明小灯泡发生断路。
答案(1)蓄电池 (2)小灯泡
4.为确定某电子元件的电气特性,做如下测量。
(1)用多用电表测量该元件的电阻,选用“×100”倍率的电阻挡测量,发现多用电表指针偏转过大,因此需选择 (填“×10”或“×1
k”)倍率的电阻挡,并 ,再进行测量,多用电表的示数如图甲所示,测量结果为 Ω。?
甲
乙
(2)将待测元件(额定电压9
V)、蓄电池、滑动变阻器、电流表、多用电表、开关及若干导线连接成电路如图乙所示。增加连线,使电路能测量该元件完整的伏安特性。本实验中使用多用电表测电压,多用电表的选择开关应调到 (填“直流电压10
V”或“直流电压50
V”)挡。?
解析(1)用多用电表测量该元件的电阻,选用“×100”倍率的电阻挡测量,多用电表指针偏转过大,说明电阻较小,因此需选择“×10”倍率的电阻挡,并重新欧姆调零后,再进行测量,测量结果为70
Ω。
(2)要测量该元件完整的伏安特性,必须连接成分压电路,如图所示。
本实验中使用多用电表测电压,该元件的额定电压为9
V,故多用电表的选择开关应调到直流电压10
V挡。
答案(1)×10 重新欧姆调零 70
(2)见解析图 直流电压10
V
5.(1)参考多用电表面板完成下列填空:用多用电表测直流电流时,应把选择开关旋至标有 处,并把多用电表 联接到被测电路中;若测直流电压时,应把选择开关旋至标有 处,并把多用电表与被测电路 联。测直流电压和电流时,都必须把红表笔接在电势 处,即电流从 表笔流进多用电表。?
(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10
mA挡测量电流,则读数为 mA。?
③如果是用直流5
V挡测量电压,则读数为 V。?
解析(1)用多用电表测直流电流时,选择开关应置于标有“mA”处,且把电表串联接入被测电路中;测电压时,把选择开关置于标有“”处,且并联于被测电路两端,因红表笔与表头正接线柱相连,黑表笔与表头负接线柱相连,因此测直流电压和直流电流时,都必须把红表笔接在电势高处,即电流从红表笔进入多用电表。
(2)用多用电表测电流或电压时,只需要根据旋钮所指示的量程看相对应的刻度线,根据读数规则(一般估读到百分位),直接读出指示的读数即可,而欧姆表的刻度指示数乘以旋钮指示的挡位倍率,才是电阻的测量值。
①因为选的是“×10”挡,所以读数为6.0×10
Ω=60.0
Ω。
②因为用直流10
mA挡测电流,所以对应的读数为7.2
mA(注意从直流刻度区读)。
③用直流5
V挡测时,电压为3.60
V。
答案(1)mA 串 并 高 红 (2)①60.0 ②7.2 ③3.604.串联电路和并联电路
课后篇巩固提升
基础巩固
1.
如图所示,图中1、2分别为电阻R1、R2的电流随电压变化的关系图线,则
( )
A.R1和R2串联后的总电阻的I-U图线应在Ⅰ区域
B.R1和R2串联后的总电阻的I-U图线应在Ⅲ区域
C.R1和R2并联后的总电阻的I-U图线应在Ⅲ区域
D.R1和R2并联后的总电阻的I-U图线应在Ⅱ区域
答案B
2.
如图所示电路中,电压表V1和V2的内阻都远远大于R1、R2、R3和R4的电阻。R1和R3电阻未知,R2=R4=20
Ω,电压表V1和V2的读数分别为15
V和10
V,则a、b两点间的电压为( )
A.23
V
B.24
V
C.25
V
D.26
V
解析因为R1、R2、R3和R4串联,且R2+R3=R3+R4,故R3和R4上的电压也为10
V。a、b两点间电压是R1和R2上电压与R3和R4上电压之和,即(15+10)
V=25
V。
答案C
3.
如图所示,三个完全相同的电阻阻值R1=R2=R3,接在电路中,则它们两端的电压之比为
( )
A.1∶1∶1
B.1∶2∶2
C.1∶4∶4
D.2∶1∶1
解析R2、R3并联电阻为,再根据串联电路分得电压与电阻成正比知U1∶U2∶U3=2∶1∶1,D项正确。
答案D
4.
如图所示,a、b两端电压恒定,电阻R1=2
kΩ,用内阻也是2
kΩ的电压表测电阻R1两端电压为2
V,测R2两端电压为4
V,则不接电压表时,关于a、b间总电压判断正确的是( )
A.等于6
V
B.大于6
V
C.小于6
V
D.以上说法都不对
解析测R2两端电压时读数为4
V,即电压表与R2并联所得的电压为4
V,此时R1分得的电压应大于2
V,故a、b间总电压应大于6
V。
答案B
5.把3
kΩ的R1与4
kΩ的R2串联起来接到电压U恒为40
V电路中。现在用一个电压表接到R2的两端,测得R2两端电压的示数为20
V。若把这个电压表接到电阻R1的两端其示数为多少?此时电路中的总电流是多少?
解析根据串、并联电路的特点及已知条件
U2=U-U1
显然=R1
代入数值可得:RV=12
kΩ
现将电压表与电阻R1并联,其等效电路如图所示。
RV与R1并联后的总电阻
R1'==2.4
kΩ,
解得U1=15
V
电路中的总电流I==6.25
mA。
答案15
V 6.25
mA
能力提升
1.
(多选)如图所示的电路中,若a、b端为输入端,A、B为输出端,并把滑动变阻器的滑片置于滑动变阻器的中央,则
( )
A.空载时输出电压UAB=
B.当A、B间接上负载R时,输出电压UAB<
C.A、B间的负载R越大,UAB越接近
D.A、B间的负载R越小,UAB越接近
解析空载时A、B间的电压为总电压的一半,即UAB=,故选项A正确。当A、B间接上负载R后,R与滑动变阻器的下半部分并联,并联电阻小于变阻器总阻值的一半,故输出电压UAB<,但R越大,并联电阻的总阻值越接近于滑动变阻器总阻值的一半,UAB也就越接近,R越小,并联电阻的总阻值越小,UAB就越小,故选项B、C正确,选项D错误。
答案ABC
2.
(多选)如图所示,R1=2
Ω,R2=10
Ω,R3=10
Ω,A、B两端接在电压恒定的电源上,则
( )
A.S断开时,R1与R2的电压之比为1∶5
B.S闭合时,通过R1与R2的电流之比为2∶1
C.S闭合时,R1与R2两端的电压之比为1∶5
D.S断开与闭合两种情况下,电阻R1两端的电压之比为2∶1
解析S断开时,R1和R2串联,电压之比为电阻之比,即为1∶5,R1的电压为,选项A正确;S闭合时,R3与R2并联的阻值为5
Ω,R1与R并的电压之比为2∶5,R1的电压为,选项C、D错误;S闭合时,通过R2与R3的电流相等,等于R1的电流的一半,选项B正确。
答案AB
3.
如图所示,R1=2
Ω,R2=3
Ω,滑动变阻器最大值R3=5
Ω,则当滑片从a滑到b的过程中,安培表示数的最小值为多少?
解析设滑片上部分电阻为x
Ω,则下部分为(5-x)
Ω,
总电阻R=
由数学知识可知当2
Ω+x=8
Ω-x,即x=3
Ω时,R最大,此时R
max=
Ω=2.5
Ω
安培表的示数最小Imin=
A=2
A。
答案2
A(共28张PPT)
4.串联电路和并联电路
必备知识
自我检测
一、串、并联电路中的电流、电压和电阻
1.电流
(1)串联电路中的电流处处相等,即I=I1=I2=I3=…;
(2)并联电路的总电流等于各支路电流之和,即I=I1+I2+I3+…。
2.电压
(1)串联电路两端的总电压等于各部分电路两端电压之和,即U=U1+U2+U3+…;
(2)并联电路的总电压与各支路电压相等,即U=U1=U2=U3=…。
3.电阻
(1)串联电路的总电阻等于各部分电路电阻之和,即R=R1+R2+R3+…;
必备知识
自我检测
二、电压表和电流表的电路结构
1.表头
从电路的角度看,表头是一个电阻,遵从欧姆定律。表头与其他电阻的不同在于,通过表头的电流可以从刻度盘上读出。
2.表头的三个参数及其关系
(1)电流表的内阻:表头的电阻Rg;
(2)满偏电流:指针偏转到最大刻度时的电流Ig;
(3)满偏电压:当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;
(4)三者间的关系:Ug=IgRg。
3.电压表改装:将表头串联一个电阻。
4.电流表改装:将表头并联一个电阻。
必备知识
自我检测
1.正误判断。
(1)一个电阻和一根无电阻的理想导线并联,总电阻为零。( )
答案:√
(2)两个电阻并联,如果一个电阻增大(其他电阻不变),则总电阻减小。
( )
解析:并联电路任一支路电阻增大(其他支路不变),各支路电阻的倒数之和将减小,总电阻的倒数将减小,总电阻将增大。
答案:×
必备知识
自我检测
(3)两个电阻串联,如果再串联上一个电阻,总电阻增大。
( )
解析:串联电路的总电阻等于各部分电路电阻之和,所以再串联一个电阻,总电阻会增大。
答案:√
(4)两个电阻并联,如果再并联上一个电阻,总电阻减小。
( )
解析:并联电路再并联一个电阻,各支路电阻的倒数之和将增大,总电阻的倒数将增大,总电阻将减小。
答案:√
必备知识
自我检测
(5)几个电阻串联,其中任一个电阻的阻值比总电阻大。
( )
解析:串联电路的总电阻等于各部分电路电阻之和,所以任一个电阻比总电阻小。
答案:×
(6)几个电阻并联,其中任一个电阻的阻值比总电阻小。
( )
解析:并联电路总电阻的倒数比任何一个电阻的倒数都大。所以总电阻比任一个电阻要小。
答案:×
必备知识
自我检测
2.(多选)下列叙述正确的有( )
A.用同一表头改装成的电压表,电压表的量程越大,其内阻越大
B.并联电路的总电阻一定大于每一个支路的电阻
C.串联电路任一电阻增大(其他电阻不变),总电阻一定增大
D.并联的电阻具有分压作用
解析:由并联电路的特点知,并联电路的总电阻比任一支路的阻值都要小,且任一支路电阻增大(其他支路不变),总电阻增大,所以B错误;用同一表头改装成的电压表,电压表的量程越大,其内阻越大,故A正确;串联电路任一电阻增大(其他电阻不变),总电阻一定增大,故C正确;串联电阻具有分压作用,故D错误。
答案:AC
必备知识
自我检测
3.有三个电阻,R1=2
Ω,R2=3
Ω,R3=4
Ω,现把它们并联起来接入电路,则通过它们的电流之比I1∶I2∶I3是
( )
A.6∶4∶3
B.3∶4∶6
C.2∶3∶4
D.4∶3∶2
答案:A
探究一
探究二
随堂检测
对串、并联电路的理解
情景导引
1.如图,三个电阻组成串联电路。将串联电路中的电阻R1、R2、R3等效为一个电阻,设阻值为R,试证明:R=R1+R2+R3。
要点提示:1.因U=U1+U2+U3,即IR=IR1+IR2+IR3,故R=R1+R2+R3。
探究一
探究二
随堂检测
知识归纳
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。当一个大电阻和一个小电阻串联时,总电阻接近大电阻。
(2)并联电路的总电阻小于其中任一支路的电阻。所以当一个大电阻和一个小电阻并联时,总电阻接近小电阻。
(3)几个相同电阻R并联时其总电阻为R总=
,两个相同电阻并联时,总电阻是分电阻的一半。
(4)几个相同电阻R串联时其总电阻为R总=nR,两个相同电阻串联时,总电阻是分电阻的两倍。
(5)多个电阻无论串联还是并联,其中任一电阻增大或减小,总电阻也随之增大或减小。
探究一
探究二
随堂检测
2.关于电压和电流的分配关系
(1)串联电路中各电阻两端的电压跟它的阻值成正比(电阻串联起分压作用)。
(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(电阻并联起分流作用)。
画龙点睛
越串越大,比大的还大;越并越小,比小的还小;串联可分压;并联可分流。
探究一
探究二
随堂检测
实例引导
例1(多选)一个T形电路如图所示,电路中的电阻R1=10
Ω,R2=120
Ω,R3=40
Ω。另有一输出电压为100
V的测试电源,内阻忽略不计,则( )
A.当cd端短路时,ab之间的等效电阻是40
Ω
B.当ab端短路时,cd之间的等效电阻是40
Ω
C.当ab两端接通测试电源时,cd两端的电压为80
V
D.当cd两端接通测试电源时,ab两端的电压为80
V
探究一
探究二
随堂检测
答案:AC
探究一
探究二
随堂检测
规律方法
处理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。
探究一
探究二
随堂检测
变式训练1如图所示的电路中,R1=2
Ω,R2=3
Ω,R3=4
Ω。
(1)电路的总电阻是多少?
(2)若流过电阻R1的电流I1=3
A,则通过R2、R3的电流分别为多少?干路电流为多少?
(2)由于I1R1=I2R2=I3R3,所以I2=2
A
I3=1.5
A
干路电流I=I1+I2+I3=(3+2+1.5)A=6.5
A。
探究一
探究二
随堂检测
电表的改装与校对
情景导引
有一电流表G,内阻Rg=30
Ω,满偏电流Ig=1
mA。要把它改装成量程为0~3
V的电压表,应串联一个多大的电阻?
要点提示:由题意知电流表G的满偏电压
Ug=IgRg=0.03
V
改装成量程为0~3
V的电压表,当达到满偏时,分压电阻R的分压UR=U-Ug=2.97
V
探究一
探究二
随堂检测
知识归纳
1.电表的改装
探究一
探究二
随堂检测
探究一
探究二
随堂检测
2.电表的校对
按如图所示的电路对改装成的电表进行校对,校对时注意搞清楚改装后电表刻度盘每一小格表示多大的数值。
探究一
探究二
随堂检测
实例引导
例2一个满偏电流Ig=1
mA、线圈电阻Rg=100
Ω的小电流表。(1)把它改装成满偏电压U=10
V的电压表,请画出电路图,并算出应接入的电阻的阻值;(2)把它改装成满偏电流I=0.6
A的电流表,请画出电路图,并算出应接入的电阻的阻值。
解析:(1)小量程电流表的满偏电压Ug=IgRg=0.1
V由欧姆定律有U=Ig(Rg+Rx),
探究一
探究二
随堂检测
(2)小量程电流表的满偏电流Ig由并联电压相等得:
IgRg=(I-Ig)Rx
答案:见解析
探究一
探究二
随堂检测
规律方法
电表改装的步骤
(1)先明确小量程电流表G的两个参数:Ig、Rg,并算出满偏电压Ug=IgRg。
(2)用欧姆定律求改装时需要串联或并联的电阻
①改装成电压表时要串联一个阻值较大的电阻以分压,它的阻值用它分担的电压(改装后的电压表量程减去Ug)除以最大电流(即Ig)确定。
②改装成电流表时要并联一个阻值较小的电阻以分流,它的阻值用它两端的电压(即表头的Ug)除以通过它的电流(即改装后的电流表量程减去Ig)确定。
探究一
探究二
随堂检测
变式训练2有一只满偏电流Ig=5
mA,内阻Rg=400
Ω的电流表G。若把它改装成量程为10
V的电压表,应 联一个 Ω的分压电阻,该电压表的内阻为 Ω;若把它改装成量程为3
A的电流表,应 联一个 Ω的分流电阻,该电流表的内阻为 Ω。?
探究一
探究二
随堂检测
答案:串 1
600 2
000 并 0.668 0.667
改装成电流表时应并联一个分流电阻,由并联电路两端电压相等得IgRg=(I-Ig)R2。
探究一
探究二
随堂检测
1.如图所示电路中电阻R1、R2、R3的阻值相等,电池的电阻不计。那么开关S闭合后流过R2的电流是S闭合前的( )
答案:B
探究一
探究二
随堂检测
2.(多选)一能够测电流和电压的两用电表如图所示,以下说法正确的是
( )
A.若S1和S2都闭合,它是一个电压表
B.若S1和S2都闭合,它是一个电流表
C.若S1和S2都断开,它是一个电流表
D.若S1和S2都断开,它是一个电压表
解析:电流表是由电流计并联电阻后改装而成的,电压表是由电流计串联电阻后改装而成的。故B、D正确,A、C错误。
答案:BD
探究一
探究二
随堂检测
3.已知某一表头G,内阻Rg=30
Ω,满偏电流Ig=5
mA,要将它改装为量程为0~3
A的电流表,所做的操作是
( )
A.串联一个570
Ω的电阻
B.并联一个570
Ω的电阻
C.串联一个0.05
Ω的电阻
D.并联一个0.05
Ω的电阻
答案:D
