(共81张PPT)
5.实验:练习使用多用电表
【实验目的】
1.认识多用电表的结构,测电压、电流、电阻的各项功能。
2.学会用多用电表测量电压、电流、定值电阻。
3.学会用多用电表测量二极管的正、反向电阻,并判断二极管的正、负极。
4.学会用多用电表探索简单黑箱中的电学元件。
5.用多用电表检测电路故障。
【实验器材】
多用电表(指针式),定值电阻、直流电源、小灯泡,开关、导线、二极管等。
【实验原理】
1.认识多用电表:
(1)如图,结合多用电表的结构认识表头(表盘刻度)、选择开关、指针调零旋钮、欧姆调零旋钮,红黑表笔接口等。
(2)观察选择开关所指的区域,体会多用电表的功能。
(测电压、测电流、测电阻)
提醒:电压区和电流区的数字指的是量程,测电阻区内的数字是倍率。
(3)观察多用电表的表盘,寻找测电阻、测电压、电流所对应的表盘。
2.多用电表的测量原理:
(1)如图为多用电表的原理图,其中1、2为电流的测量端,3、4为电压测量端,5为电阻测量端。请将不同的测量端与选择开关的功能区相对应。
请同学们思考:
①电流表与电压表的改装过程,体会1、2测电流端和3、4测电压端的改装原理。
提示:
②5测电阻端与其他端口的电路有什么不同?
提示:表内有电源
(2)测量时,黑表笔插入“-”插孔,红表笔插入“+”插孔,并通过转换开关与待测量电器相应的测量端转换。
3.晶体二极管:
(1)构造及符号: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,它的符号如图所示。
(2)二极管的主要特性:单向导电性,如图甲(符号上的箭头表示允许电流通过的方向);①当给二极管加正向电压时,它的电阻很小,电路导通,小灯泡发光,如图乙所示;②当给二极管加反向电压时,它的电阻很大,电路截断,小灯泡不亮,如图丙所示。
4.欧姆表的改装原理:
(1)内部构造:_____、电源和可变电阻三部分组成。
(2)原理:由_______改装而成。式中的E等于电源为电路提供的总电压,通常为一定值,r为电源的电阻,称为电源内阻,整个电路视为串联电路。
表头
电流表
(3)测量原理:如图所示,当红、黑表笔间接入被测电阻
Rx时,通过表头的电流I=
。改变Rx,电流I
随着改变,每个Rx值都对应一个电流值,在刻度盘上直
接标出与I值对应的Rx值,就可以从刻度盘上直接读出
被测电阻的阻值。
(4)内阻:将红、黑表笔短接,调节滑动变阻器使电流
表达到满偏电流Ig,根据闭合电路的欧姆定律,
Ig=
,故欧姆表内电阻R内=
=_______。
r+Rg+R1
(5)结论生成。
①当红、黑表笔断开时,电流表中电流为___,此时表笔
间电阻无穷大,所以在表盘上电流零处标电阻“___”;
当红、黑表笔短接时,调节_____________,使电流表指
针_____,所以在电流满偏处标电阻“__”。
零
∞
欧姆调零电阻
满偏
0
②I与Rx不成比例,欧姆表的刻度_______。
③欧姆表偏角越大,表明被测电阻_____。
④中值电阻:当外加电阻Rx=_______时,电流为
I=
,此时电流表指针指在刻度盘
的中央,该电阻叫中值电阻。
不均匀
越小
r+Rg+R0
【实验过程】
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.测电压、电流:
①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。
②将红、黑表笔分别插入“+”“-”插孔。
③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,测量小灯泡两端的电压。
④如图乙所示连好电路,将多用电表选择开关置于直流电流挡,测量通过小灯泡的电流。
3.测电阻:
①机械调零:使用前若指针没有停在左端“0”位置,要用螺丝刀转动调零定位螺丝,使指针指零。
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挡位。
③欧姆调零:将红、黑表笔短接,调整调零电阻旋钮,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,指针示数乘以量程倍率即为待测电阻阻值。
⑤测另一电阻时重复②③④。
⑥实验完毕,应将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡。
4.研究二极管的单向导电性:
①测正向电阻:将多用电表的选择开关旋至低倍率的欧姆挡,调整欧姆零点之后将黑表笔接触二极管的正极,红表笔接触二极管的负极,把读得的欧姆数乘以欧姆挡的倍率,即为二极管的正向电阻。
②测反向电阻:将多用电表的选择开关旋至高倍率的欧姆挡,调整欧姆零点之后将黑表笔接触二极管的负极,红表笔接触二极管的正极,把读得的欧姆数乘以欧姆挡的倍率,即为二极管的反向电阻。
【误差分析】
1.偶然误差:
(1)估读时易带来误差。
(2)表头指针偏转过大或过小都会使误差增大。
2.系统误差:
(1)电池用旧后,电动势会减小,内阻会变大,致使电阻测量值偏大,要及时更换电池。
(2)测电流、电压时,由于电表内阻的影响,测得的电流、电压值均小于真实值。
【注意事项】
1.电流都是从红表笔流入,从黑表笔流出。
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,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。
【实验探究】
(1)当红、黑表笔短接时(如图1所示),调节R的阻值,使指针指到满刻度,此时红、黑表笔之间电阻为多大?当红、黑表笔不接触时(如图2所示),指针不偏转,即指向电流表的零点。此时,红、黑表笔之间电阻为多大?
答案:零 无穷大
(2)当在红、黑表笔间接入某一电阻Rx,指针恰好指在刻度盘的中间位置,此时Rx与欧姆表内阻有什么关系?
答案:阻值相等
类型一
实验操作
【典例1】如图所示为多用电表的示意图,试回答下列问题:
(1)当选择开关位置旋至“mA”挡中的“10”挡位时,则测量的是___________。?
(2)当选择开关位置旋至“V”挡中的“50”挡位时,则测量的是___________。?
(3)当选择开关位置旋至“Ω”挡中的“×100”挡位时,则测量的电阻大小等于___________。?
(4)当选择开关位置旋至“Ω”挡中的“×100”挡位时,正确操作后发现指针的偏转角很小,那么正确的操作步骤依次是:
①___________,?②___________,?③__________。?
(5)无论用多用电表进行何种(直流)操作测量,电流都应该是从________表笔经________插孔流入电表。?
【解析】当多用电表的选择开关置于相应的物理量区
域时,多用电表就可以测量该量,测量电流、电压时开
关所指的数值就是所测量的量程,需要注意的是:由于
测电阻的原理和测电流、电压的原理不同,当选择开关
在测电阻区域时,对应的数值是倍率,而不是量程。当
然,倍率越大,测量的电阻也就越大;倍率越小,测量的
电阻就越小。由于测电阻是根据闭合电路的欧姆定律,
每次换挡位时,都会改变闭合电路的阻值,因此换挡位后必须进行欧姆调零。多用电表在测量时,红表笔要插入“+”插孔,黑表笔要插入“-”插孔,这样,在测量电路中,电流应从红表笔流入。
答案:(1)量程为0～10
mA的直流电流
(2)量程为0～50
V的直流电压
(3)读数×100
(4)①换挡位“×1
k”
②将表笔短接重新进行调零
③将电阻与其他元件断开后进行测量
(5)红 “+”
【探究训练】
1.为确定某电子元件的电气特性,做如下测量。
(1)用多用表测量该元件的电阻,选用“×100”倍率的电阻挡测量,发现多用表指针偏转过大,因此需选择________倍率的电阻挡(选填“×10”或“×1
k”),并________再进行测量,多用表的示数如图所示,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、多用表、电键及若干导线连接成电路如图所示。本实验中使用多用表测电压,多用表的选择开关应调到________(选填“直流电压10
V”或“直流电压50
V”)挡。?
【解析】(1)用多用表测量该元件的电阻,选用“×100”倍率的电阻挡测量,发现多用表指针偏转过大,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,多用表的示数如题图所示,测量结果为70
Ω。
(2)本实验中使用多用表测电压,多用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)直流电压10
V
2.在练习使用多用电表的实验中:
(1)某同学连接的电路如图所示。
①若旋转选择开关,使其尖端对准直流电流挡,此时测得的是通过________的电流;?
②若断开电路中的开关,旋转选择开关使其尖端对准欧姆挡,此时测得的是________的阻值;?
③若旋转选择开关,使尖端对准直流电压挡,闭合开关,并将滑动变阻器的滑片移至最左端,此时测得的是________两端的电压。?
(2)在使用多用电表的欧姆挡测量电阻时,若( )
A.双手捏住两表笔金属杆,测量值将偏大
B.测量时发现指针偏离中央刻度过大,则必须减小倍率,
重新调零后再进行测量
C.选择“×10”倍率测量时发现指针位于20与30正中
间,则测量值小于25
Ω
D.欧姆表内的电池使用时间太长,虽然完成调零,但测
量值将略偏大
【解析】(1)①当多用电表选择开关尖端对准直流电流挡时,电流表与R1串联,此时电流表测得的是通过R1的电流
②切断电路,选择开关尖端对准欧姆挡时,测得的是R1和R2的串联总电阻。
③选择开关尖端对准直流电压挡时,闭合开关,此时多用电表示数等于电阻R2两端的电压,也等于电源的路端电压。
(2)双手捏住两表笔金属杆时,测量值为被测电阻与人体电阻的并联阻值,应偏小,A错误;测量时指针若向左偏离中央刻度过大,应增大倍率,B错误;选择开关对应“×10”倍率,指针位于20与30正中间时,测量值应小于250
Ω,C错误;电池使用时间太久,电动势减小,内电阻变大,虽然完成调零,但测量值将比真实值偏大,D正确。
答案:(1)①R1 ②R1和R2串联 ③R2(或电源) (2)D
3.某同学用多用电表测量二极管的反向电阻。完成下列测量步骤:
(1)检查多用电表的机械零点。
(2)将红、黑表笔分别插入正、负插孔,将选择开关拨至欧姆挡适当的量程处。
(3)将红、黑表笔________,进行欧姆调零。?
(4)测反向电阻时,将________表笔接二极管正极,将________表笔接二极管负极,读出多用电表示数。?
(5)为了得到准确的测量结果,应让多用电表指针尽量指向表盘________(选填“左侧”“右侧”或“中央”),否则,在可能的条件下,应重新选择量程,并重复步骤(3)、(4)。?
(6)测量完成后,将选择开关旋转到________位置。?
【解析】使用多用电表,要将红、黑表笔短接,进行欧姆调零。用多用电表测二极管的反向电阻时,应将红表笔接二极管正极,黑表笔接二极管的负极。为测量准确,应使指针尽量指向表盘的中央。测量完毕后,应将选择开关旋转到OFF挡或交流电压最高挡位置。
答案:(3)短接 (4)红 黑 (5)中央
(6)OFF挡或交流电压最高挡
【补偿训练】
一多用电表的工作状态如图所示,则此时的测量值为
________,如果选择开关指在底部250挡,则此时的测量
值为________,选择开关指在底部10挡的测量值应该是
________,选择开关指在左侧100挡处测量值应该为
________,如果指在左侧10挡处测量值应该为_______,
在测量电阻时,要想使指针向左侧偏转一些,应该把选
择开关换选_______(选填“更大”或“更小”)的挡位,而在换挡之后重新测量之前要重新进行______。?
【解析】题图中选择开关指在欧姆表×1挡时,仔细观
察指针指的刻度,可以读出示数为4,电阻值为4×1
Ω
=4
Ω。当选择开关指在底部250挡时测的是直流电压,
且量程为250
V,应该读中间均匀刻度线,可选0～250这
组数值来读,读得电压为200
V。选择开关指在底部
10挡时测的也是直流电压,且量程为10
V。可选0～10
这组数值来读,读得电压为8.0
V。选择开关指在左侧
100挡时测的是直流电流,且量程为100
mA,也应读中间均匀刻度线,可选0～10这组数值来读,读得电流为8×10
mA=80
mA。选择开关指在左侧10挡时测的是直流电流,且量程为10
mA。可选0～10这组数值来读,读得电流为8.0
mA。在测量电阻时,要想使指针向左侧偏转一些,即使电阻在盘上的指示值大一些,应该把选择开关换更小的挡位,而在换挡之后重新测量之前要重新进行欧姆调零。
答案:0 4
Ω 200
V 8.0
V 80
mA 8.0
mA
更小 欧姆调零
类型二
多用电表的读数
【典例2】用一多用电表进行多次测量,指针所指位置如图所示,请把相应读数读出。
(1)如果是用直流100
mA挡测量电流,指针位置如图中①所示,则读数为
mA。?
(2)如果是用直流2.5
V挡测量电压,指针位置如图中①所示,则读数为
V。?
(3)如果是用电阻“×100”挡测量电阻,指针位置如图中②所示,则读数为
Ω。?
【解析】(1)如果用直流100
mA挡测电流,则应读表盘第二排刻度,再按比例读出示数为64.0
mA。
(2)如果是用直流2.5
V挡测量电压,则应读表盘第二排刻度,再按比例读出示数为1.60
V。
(3)如果是用电阻“×100”挡测量电阻,则应读表盘第一排刻度,则读数为30×100
Ω=3
000
Ω。
答案:
(1)64.0 (2)1.60 (3)3
000
【探究训练】
1.如图所示为多用电表的刻度盘。若选用倍率为“×100”的电阻挡测电阻时,表针指示如图所示,则:
(1)所测电阻的阻值为________Ω;如果要用此多用电表测量一个阻值约为2.0×104
Ω的电阻,为了使测量结果比较精确,应选用的欧姆挡是________(选填“×10”“×100”或“×1
k”)。?
(2)用此多用电表进行测量,当选用量程为50
mA的电流挡测量电流时,表针指于图示位置,则所测电流为________mA;当选用量程为250
mA的电流挡测量电流时,表针指于图示位置,则所测电流为________mA。?
(3)当选用量程为10
V的电压挡测量电压时,表针也指于图示位置,则所测电压为________V。?
【解析】(1)欧姆表读数:对应最上一行刻度值为15,倍率为“×100”,读数为1.5×103
Ω;测2.0×104
Ω电阻时应选“×1
k”的欧姆挡。
(2)选50
mA直流电流挡,则每一大格表示10
mA,每一小格表示1
mA,测量的精确度为1
mA,应估读到0.1
mA,指针对应的读数为30.8
mA;选择量程为250
mA的电流挡,则每一大格表示50
mA,每一小格表示5
mA,测量的精确度为5
mA,应估读到1
mA,指针对应的读数为154
mA。
(3)选择10
V电压挡,则每一大格表示2
V,每一小格表示0.2
V,测量的精确度为0.2
V,应估读到0.1
V,指针对应的读数为6.2
V。
答案:(1)1.5×103 ×1
k
(2)30.8(30.7～30.9都正确) 154 (3)6.2
2.用多用电表测量一个定值电阻的阻值。经过规范操作后,指针位置及选择开关所选欧姆挡倍率分别如图甲、乙所示,则此定值电阻的阻值为________Ω。?
【解析】由图乙可知,欧姆表挡位选择×10;故读数为12×10
Ω=120
Ω。
答案:120
类型三
利用多用电表检测故障
【典例3】如图所示,电路中有三根导线,其中一根是断的,电源、电阻R1、R2及另外两根导线是好的。为了查出断导线,某学生想先用多用电表的红表笔连接电源的正极a,再将黑表笔连接在电阻R1的b端和R2的c端,并观察多用电表指针的示数。下列选项中符合操作规程的是
( )
A.直流10
V挡
B.直流0.5
A挡
C直流2.5
V挡
D.欧姆挡
【解析】选A。因为被检测的电路为含电源电路,所以
选用欧姆挡一定不行。由于电路中电源电动势为6
V,
所以选用直流2.5
V挡也不安全。估测电路中电流的最
大值可能为Im=
A=1.2
A,所以选用直流0.5
A挡
也不对,只能选用直流10
V挡。故正确答案为A。
【探究训练】
有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,如图甲所示,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(图乙)中画出盒内元件的符号和电路。
【解析】根据AC间的电阻阻值情况可知,AC间显然为一只电阻;根据BC间测得的阻值情况及二极管的单向导电性可知,BC间应是一只二极管,且B接负极,C接正极;AB间测得的阻值情况进一步说明上述判断是合理的,所以盒内元件的连接情况如图所示。
答案:见解析(共65张PPT)
4.串联电路和并联电路
一、对串联电路的理解
1.串联:把几个导体依次_____相连,接入电路,这样
的连接方式叫作串联。
2.串联电路的特点:
首尾
(1)串联电路各处的电流_____,即I=________。
(2)串联电路两端的总电压等于各部分电路电压_____,
即U=________。
(3)串联电路的总电阻等于各部分电路电阻_____,
即R=________。
相等
I1=I2=I3
之和
U1+U2+U3
之和
R1+R2+R3
(4)串联电路中各电阻具有分压的作用:串联电路
中各电阻两端的电压跟其_____成_____。
即:____________________。
阻值
正比
U1∶U2∶U3=R1∶R2∶R3
二、对并联电路的理解
1.并联:把几个导体的一端连在一起,另一端也
_________,然后把这两端接入电路,这样的连接
方式叫作并联。
连在一起
2.并联电路的特点:
(1)并联电路的总电流等于各支路电流_____,
即I=________。
(2)并联电路的总电压与各支路电压_____,
即U=________。
之和
I1+I2+I3
相等
U1=U2=U3
(3)并联电路总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数
_____,即
(4)并联电路具有分流的作用:并联电路中通过各
支路电阻的电流与它们的阻值成反比。即:I1R1=I2R2=I3R3=U。
之和
三、电压表和电流表
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,如图所示:
串联
(2)电流表改装:将表头_____一个较小电阻,如图所示:
并联
主题一 串联电路的特点
【问题探究】
如图是三个电阻R1、R2、R3组成的串联电路,0、1、2、3是电路中的四个点。
(1)在某一段时间内,通过三个电阻的电荷量有何关系,通过三个电阻的电流有何关系?
提示:在恒定电流电路中,各处电荷的分布是稳定的,因此在相等的时间内通过三个电阻的电荷量必须相等,故流过三个电阻的电流一定相等。
(2)用φ0、φ1、φ2、φ3分别表示电路中0、1、2、3各点的电势,用U01、U12、U23、U03分别表示0与1、1与2、2与3、0与3之间的电压,则有U01=φ0-φ1、U12=φ1-φ2、U23=φ2-φ3,U03=φ0-φ3。由此可得U03与U01、U12、U23有何关系?
提示:U01+U12+U23=U03
【结论生成】
串联电路的特点(科学思维)
(1)串联电路各处的电流相等,即:I=I1=I2=I3。
(2)串联电路两端的总电压等于各部分电路电压之和,即:U=U1+U2+U3。
(3)串联电路的总电阻等于各部分电路电阻之和,即R=R1+R2+R3。
(4)串联电阻具有分压作用:串联电路中各电阻两端
的电压跟它的阻值成正比,即:
【拓展延伸】识别串联电路的三种方法
(1)路径法:从电源的正极出发,沿开关、用电器等元件“走”回电源负极的路径中,若只有一条通路即为串联电路。
(2)拆除法:若拆除一个用电器,另一个用电器也不能工作,说明这两个用电器是串联的。
(3)支点法:只要电路中没有出现分支点,用电器肯定是串联的。
【典例示范】
一盏弧光灯的额定电压是40
V,正常工作时的电流是
5
A,如何把它接入电压恒为220
V的照明线路上,使
它正常工作?
【解析】设给弧光灯串联一个电阻R2,串联电阻上分配
到的电压为U2,根据串联电路电压的特点得
即
所以R2=
=36
Ω。
答案:串联一个电阻 阻值为36
Ω
【探究训练】
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。
(1)这些小彩灯是怎么连接的?
(2)若每个小彩灯的电阻为R,则n个这样的彩灯连接后的总电阻为多大?
答案:(1)多个小彩灯串联后一起接在电源上,使每一个小彩灯分得的电压之和等于220
V
(2)nR
主题二 并联电路的特点
【问题探究】
如图是三个电阻R1、R2、R3组成的并联电路,1、2、3、4、5、6是电路中的六个点。
(1)图中各点中,1、2、3点的电势有什么关系?4、5、6点的电势有什么关系?那么三个电阻两端的电压有什么关系?
提示:1、2、3点的电势是一样的,4、5、6点的电势也是一样的,所以U14=U25=U36,即三个电阻两端的电压相等。
(2)若某段时间内通过三个电阻的电荷量分别是q1、q2、q3,则该时间内通过电路的总电荷量是多少?总电流I与各个电阻中的电流I1、I2、I3有什么关系?
提示:因这三个电阻互不干扰,所以该时间内通过电路的总电荷量为q1+q2+q3;总电流I=I1+I2+I3。
(3)设总电阻为R,试证明
提示:由(2)可知,I=I1+I2+I3,且三个电阻电压都
相等均为U,即
消去U可得:
【结论生成】(科学思维)
(1)并联电路的总电流等于各支路电流之和,
即I=I1+I2+I3。
(2)并联电路的总电压与各支路电压相等,
即U=U1=U2=U3。
(3)并联电路总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数
之和,即
(4)并联电路具有分流的作用:并联电路中通过各支路电阻的电流与它们的阻值成反比,即I1R1=I2R2=I3R3=U。
【拓展延伸】关于电阻连接的几个常用推论
(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)几个相同电阻R并联时其总电阻为R总=
(4)几个相同电阻R串联时其总电阻为R总=nR。
(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,以两电阻R1、R2为例
加以说明。串联时R=R1+R2,并联时R=
可见,当R1(或R2)增大或减小时,R都随之增大或减小。
(6)当一个大电阻和一个小电阻并联时,总电阻接近小
电阻,且两者差别越大,总电阻越接近小电阻。
(7)当一个大电阻和一个小电阻串联时,总电阻接近大电阻,且两者差别越大,总电阻越接近大电阻。
【典例示范】
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?
【解析】(1)根据并联电路的特点
电路中
所以R总=
(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。
答案:(1)
(2)2
A 1.5
A 6.5
A
【探究训练】
1.(多选)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Ⅰ区域
D.R1和R2并联后的总电阻的I-U图线应在Ⅱ区域
【解析】选B、C。R1和R2串联后总电阻比任何一个电阻大,则总电阻的倒数比任何一电阻倒数小,可以知道I-U图线的斜率比任何一个图线的斜率小,所以I-U图线在Ⅲ区域,故A错误,B正确;R1和R2并联后总电阻比任何一个电阻小,则总电阻的倒数比任何一个电阻倒数大,可以知道I-U图线的斜率比任何一个图线的斜率大,所以I-U图线在Ⅰ区域,所以C选项是正确的,D错误。所以B、C选项是正确的。
2.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】选D。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。
【补偿训练】
1.(多选)如图所示,变阻器的总电阻为R,连线电阻不
计,当它的滑片P从左端向右端移动时,A、B间的电阻
变化情况是
( )
A.减小
B.增大
C.先减小后增大
D.先增大后减小
【解析】选D。当滑片在最左端或者最右端时,AB两点
间的电阻均为0,在中间时,AB间的电阻最大;
当滑片在中间时,长度变为原来的二分之一,横截面积
变为原来的一倍,则电阻变为原来的四分之一,即电阻
由0增大到
,再减小到0,最大值为
,所以D选项是
正确的。
2.如图所示,R1=2
Ω,R2=3
Ω,滑动变阻器最大值
R3=5
Ω,则当滑动触头从a滑到b的过程中,安培表示
数的最小值为多少?
【解析】设触头上部分电阻为x
Ω,则触头下部分
电阻为(5-x)
Ω,
总电阻R=
由数学知识可知当2+x=8-x,
即x=3
Ω时,R最大,安培表的示数最小
此时Rmax=
Ω=2.5
Ω
Imin=
=2
A。
答案:2
A
主题三
电表的改装
【问题探究】
1.实验室有一表头G,满偏电流为5
mA,电阻为100
Ω,
现在欲用它作为电压表测量5
V的电压,能直接测量吗?
提示:不能直接测量。由于表头的满偏电压Ug=IgRg=
0.5
V,小于要测量的电压,应给表头串联一分压电阻。
2.如果用该表头测量5
A的电流,应如何测量?
提示:由于表头的满偏电流为5
mA,小于要测量的电流,应并联一个分流电阻。
3.如何让电表的表盘显示的是改好后的读数?
提示:由于表头指针的位置反映的是流过表头的电流,按照串并联电路的特点,流过表头电流换算出整个电路的电压或电流,然后将总电压或电流平分,标注在表盘对应的位置上。
【结论生成】
电流表、电压表的改装的三个步骤(科学思维)
第1步:先研究小量程电流表的参数,满偏电流、满偏电压、内阻。
第2步:按照电表改装的要求,按照串并联关系求出需要接入的“分压电阻、分流电阻”,并画出需要的电路图。
第3步:按照改装电路和改装后的量程要求,修改电表的表盘,使得电表表盘读数与改装电路相一致。
【典例示范】
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
改装成量程为0～3
V的电压表,
当达到满偏时,分压电阻R1的分压
UR=U-Ug=2.97
V
所以分压电阻阻值
改装后电压表的内阻RV=Rg+R1=1
000
Ω。
(2)改装成量程为0～0.6
A的电流表,当达到满偏时,
分流电阻R2的分流IR=I-Ig=0.597
A
所以分流电阻R2=
≈0.05
Ω
改装后电流表的内阻RA=
≈0.05
Ω
答案:见解析
【探究训练】
1.如图所示甲、乙两个电路,都是由一个灵敏电流计
G和一个变阻器R组成,它们之中一个是测电压的电压
表,另一个是测电流的电流表,那么以下结论中正确
的是( )
A.甲表是电压表,乙表是电流表
B.R增大时甲表量程增大
C.R增大时乙表量程增大
D.上述说法都不对
【解析】选C。甲表是电流表,乙表是电压表,故A错误;R增大时,甲表中变阻器分流减小,量程减小,故B错误;R增大时,变阻器分担的电压增大,乙表量程增大,所以C选项是正确的。由上可以知道,D错误。所以C选项是正确的。
2.(多选)如图是某同学改装成的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,请问选项中哪些措施可以对此加以改进
( )
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】选C、D。由题意知,该电流表的示数总是比准确值偏大,即通过表头的电流偏大,可通过减小R或增大Rg加以改进,故C、D正确。
【补偿训练】如图所示是一个电流表、电压表两用的电路,电流表G的量程是100
μA,内阻是1
000
Ω。电阻
R1=0.1
Ω,R2=99
kΩ,当双刀双掷开关合到a、b上时,电流表改装成什么表?其量程是多少?当双刀双掷开关合到c、d上时,电流表改装成什么表?其量程是多少?
【解析】当开关合到a、b上时,电路转换成图甲所示
的电路,此时小电阻R1与电流表G并联,R1起分流作用,
可作为大量程电流表使用。
根据并联电路的特点有:(I-Ig)R1=IgRg。
电流表量程为
当开关合到c、d上时,电路变成图乙所示的电路,
此时大电阻R2与电流表G串联,R2起分压作用,所以电流表G已改装成电压表,根据串联电路的特点,电压表量程为:U=Ig(Rg+R2)=0.000
1×(1
000+99
000)
V=10
V。
答案:电流表 1
A 电压表 10
V
【课堂小结】(共56张PPT)
第十一章
电路及其应用
1.电源和电流
1.电源:
(1)电源是不断把_____从正极搬运到负极,从而维持
正、负极之间一定_______的装置。
(2)作用:
电源的作用是移动电荷,维持电源的正、负极之间有
一定的_______,从而保证电路中有持续的电流;
电子
电势差
电势差
如图,电源P在内部把电子从___极A搬运到___极B。
正
负
2.恒定电场:
(1)恒定电场:当电路达到稳定时,导线中的电场是由
___________等电路元件所积累的电荷共同形成的。这
种由稳定分布的电荷所产生的_____的电场,叫恒定电场。
(2)特点:任何位置的电荷分布和_________都不随时间
变化。
电源、导线
电场强度
稳定
3.恒定电流:
(1)定义:大小、_____都不随时间变化的电流称为恒定
电流。
(2)物理意义:单位时间内通过导体横截面的_______。
电流是表示_____________的物理量。
方向
电荷量
电流强弱程度
(3)定义式:I=
;
I表示_____,q表示在时间t内通过导体横截面的_______。
(4)单位:_____,符号A;
常用的电流单位还有:毫安(mA)、微安(μA)。
1
A=___
mA;1
A=___
μA。
电荷量
电流
安培
103
106
(5)方向:电流是标量,有方向,规定_______________的
方向为电流的方向,则_______________的方向与电流
方向相反。
正电荷定向移动
负电荷定向移动
主题一 电源的作用
【问题探究】
如图所示为分别带正、负电荷的A、B两个导体球,如果用一条导线将它们连接起来。
(1)导线中是否有电流形成?
提示:负电荷发生定向移动,会形成电流。
(2)A、B之间的电势差会发生什么变化?
提示:A、B之间的电势差会减小。
(3)最后A、B两个导体球会达到什么状态?
提示:最终A、B两个导体球会达到静电平衡状态。
(4)导线中能否出现电流?这个电流有什么特点?
提示:导线中会出现电流,电流只能是瞬时的。
【结论生成】
1.产生电流的条件:导体两端存在电压。
2.形成持续电流条件:导体两端存在持续电压。
3.电源的作用:
维持电路两端始终有一定的电势差,使电路中保持持
续的电流。
【典例示范】
现代生活离不开电源,电子表、照相机、移动电话、计
算器及许多电子产品,都需要配备各式各样的电源,关
于电源,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.电源的作用就是将其他形式的能转化为电能
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】选B。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电场力
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;从能量角度来
看,电源在搬运电荷的过程中,需要克服电场力做功,将
其他形式的能转化为电能,B对;电路中有电流不仅需要
电源,还需要电路是闭合的,故C错;电源是对电路提供
能量的装置,故D错。
【探究训练】
(多选)关于电流的方向,下列说法中正确的是
( )
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】选A、D。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。
【补偿训练】
如图所示,福娃欢欢带正电,福娃贝贝带负电,用导体棒连接的瞬间,就一系列问题两人发生争执,你认为下列说法不正确的是( )
A.福娃欢欢说,电流计指针偏转,有瞬时电流
B.福娃贝贝说,电流计指针不偏转,无电流
C.福娃欢欢说,最终我们是等势体
D.福娃贝贝说,最终导体棒内的电场强度等于零
【解析】选B。福娃欢欢带正电,福娃贝贝带负电,用导
体棒连接的瞬间,负电荷将沿导体棒发生定向移动,形
成瞬时电流,电流计的指针会偏转,故A正确,B错误。最
终电荷不移动时,处于静电平衡状态,两人是一个等势
体,故C正确。最终导体棒处于静电平衡状态,导体棒内
的电场强度等于零,故D正确。本题选错误的,故选B。
主题二 电流表达式I=
及其方向
【问题探究】
1.对电流表达式I=
,有人认为“I与q成正比,与t成
反比”,对吗?I与q、t有关吗?
提示:不对;I与q、t无关
2.有的同学说:“电流有方向,电流就是矢量”对吗?
提示:不对,电流虽然有方向但是它遵循代数运算法则,所以电流不是矢量是标量。
【结论生成】(物理观念)
1.电流指单位时间内通过导体任一横截面的电荷量,
即I=
,其中q是时间t内通过某截面的电荷量。
2.电解液中正、负离子定向移动方向虽然相反,但正、
负离子定向移动形成的电流方向是相同的,应用I=
时,q为正电荷的总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值
之和。
3.在应用I=
计算时注意:
(1)各个物理量的单位都用国际制单位。电流的国际
单位安培(A)是国际单位制中七个基本单位之一。
(2)电量q与时间t要对应。
4.电流的方向: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方向相反。
【典例示范】
(多选)关于电流概念,下列说法中正确的是
( )
A.导体中有电荷运动就形成电流
B.电流是一个矢量,其方向就是正电荷定向运动的方向
C.在国际单位制中,电流是一个基本物理量,其单位安
培是基本单位
D.对于导体,只要其两端电势差为零,电流也必为零
【解析】选C、D。导体中有大量的自由电子,总在不停
地做无规则运动,没有定向运动,在一段时间t内,通过
导体某一截面的电荷是双向的,其数值又是相等的,电
流为零,故A错;电流是一个标量,因为其运算不符合矢
量运算法则,为了便于研究电流,人们规定正电荷定向
运动的方向为电流的正方向,以区别于负电荷的定向运
动,故B错;在国际单位制中,共有七个基本量,电流是其
中之一,故C正确;对于导体,其两端电势差为零时,导体
内无电场,电子不能定向运动,故电流为零,D正确。
【探究训练】
1.如图所示是通有恒定电流的某段导体。在5s内有10C
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
【解析】选B。根据电流的定义式I=
得电流的大小
为:I=
A=2A。电流方向规定为正电荷定向移动的方
向,因移动的是负电荷,电流方向与负电荷定向移动的
方向相反,故电流方向向左。故B正确,A、C、D错误。
故选B。
2.某电解池中,若在2s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
【解析】选D。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。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。由电流的定义式知:I=
=
A=
3.2
A。
【补偿训练】
1.如图所示的电解槽接入电路后,在t秒内有n1个1价正离子通过溶液内截面S,有n2个1价负离子通过溶液内截面S,设e为基元电荷,以下说法正确的是
( )
A.当n1=n2时电流强度为零
B.电流方向均为从A→B,电流强度I=
C.当n1D.当n1>n2时,电流方向从A→B,电流强度为I=
【解析】选B。电荷的定向移动形成电流,正电荷的定
向移动方向是电流方向,由图示可知,溶液中的正离子
从A向B运动,因此电流方向是A→B,电流I=
=
,
与正负电荷的数量没有关系,故B正确。
2.张明同学发现家中的石英钟电池每年更换一次,这个
时间远大于手电筒和爸爸的剃须刀的用电时间,于是他
猜想石英钟的工作电流非常小。他查了一下资料,所用
电池为5号碱性干电池,容量为0.425A·h,电动势为
1.5V。据此他证明了自己的猜想。请你分析一下石英
钟的工作电流大约是多少?(保留一位有效数字,一年按
360天计算)
【解析】电池容量0.425
A·h为电池容纳的电荷量,
电池用完后可认为电荷几乎没有剩余。用容量除以使
用时间,便是工作电流,I=
=
A=5×10-5
A。
答案:5×10-5
A
主题三 电流的微观表达式
【问题探究】
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为q。试证明:导体内的电流可表示为I=nqSv。
(1)导体内自由电荷的总的电量是多少?
(2)导体内所有自由电荷通过右侧截面需用多长时间?
(3)请结合电流的表达式I=
,根据(1)(2)中的提示进行证明。
提示:(1)AD导体中的自由电荷总数:N=nlS
总电荷量Q=Nq=nlSq
(2)所有这些电荷都通过横截面D所需要的时间:t
=
(3)根据公式Q=It可得:
导体AD中的电流I=
=nqSv。
【结论生成】
1.从微观上看,电流I=nqSv,即I取决于导体中单位体积
内的自由电荷数n、每个自由电荷的电荷量q、自由电荷定向移动速率v,导体的横截面积S。
(物理观念)
2.三种速率的比较:(科学思维)
(1)电子定向移动速率:电子在金属导体中的平均运动
速率,也是公式I=neSv的v,大小约为10-5
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。
【拓展延伸】两个电流公式的比较
公式
I=nqSv
公式性质
定义式
微观决定式
电流的意义
时间t内的平均电流
某时刻的瞬时电流
描述角度
大量电荷定向移动的宏观表现
形成电流的微观实质
联系
由
可导出I=nqSv
【典例示范】
(多选)一横截面积为S的铜导线,流经其中的电流为I,
设单位体积的导线中有n个自由电子,电子的电荷量为q。
此时电子的定向移动速率为v,在t时间内,通过铜导线
横截面的自由电子数目可表示为( )
A.nvSt B.nvt
C.
D.
【解析】选A、C。在t时间内,通过铜导线横截面的电
荷量为It,通过铜导线横截面的自由电子数目可表示为
N=
,故C正确,D错误;把I=nqSv代入N=
可得N=nvSt,
故A正确,B错误。
【探究训练】
如图所示,一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀
带有负电荷,设棒单位长度内所含的电荷量为q,当此棒
沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时,由于棒的运
动而形成的等效电流大小为
( )
A.qvS
B.
C.vq
D.
【解析】选C。棒沿轴线方向以速度v做匀速直线运动
时,每秒通过的距离为v米,每秒v米长的橡胶棒上电荷
都通过直棒的横截面,每秒内通过横截面的电量
为:Q=qv,根据电流的定义式I=
,t=1
s,得到等效电
流为:I=qv。故A、B、D错误,C正确,故选C。
【补偿训练】
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】选D。设电子定向移动的速率为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vtS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。
【课堂小结】
