高中物理直流电路实验专题复习(学案)人教版选修三
高中物理 第二章 直流电路 7 学生实验：练习使用多用电表学案 教科版选修31
7．学生实验：练习使用多用电表一、实验目的1．了解多用电表的构造和原理，掌握多用电表的使用方法．2．会使用多用电表测电压、电流及电阻．3．会用多用电表探索黑箱中的电学元件．二、实验器材多用电表、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．三、实验原理1．欧姆表的原理(1)功能：用来直接测量电阻值大小的电表．(2)改装原理：欧姆表是根据闭合电路欧姆定律改装而成的，改装电路如图271所示．图271①当红、黑表笔直接接触时，被测电阻R x ＝0，调节R 0值使电流计的指针达到满偏，即I g ＝E R g ＋R 0＋r，所以电流表满刻度处对应的外电阻为零．如图272甲．图272②当红、黑表笔不接触时，电流表指针指零，所以电流表零刻度处对应外电阻R ＝“∞”位置．如图乙．③当红、黑表笔间接入某一电阻R x 时，电流表中的电流I ＝ER g ＋R 0＋r ＋R x ，因调零后R 0＋R g ＋r 保持不变，所以R x 与I 一一对应．若在电流表刻度盘上直接标出与I 相对应的R x 值，就可以从刻度盘上直接读出R x 值了，如图丙．④当不接电阻直接将两表笔连接在一起时，调节滑动变阻器使电流表达到满偏，此时有I g ＝E r ＋R g ＋R 0，当外加电阻R x ＝R 0＋R g ＋r 时，电流为I ＝E R x ＋R 0＋R g ＋r ＝12I g ，此时电流表指针指在刻度盘的中央，该电阻叫中值电阻．2．多用电表的原理(1)实质：让电流表、电压表、欧姆表共同使用一个表头组装而成的．(2)功能①测电流：这时表头并联有分流电阻，并联不同的分流电阻就成为不同量程的电流表． ②测电压：这时表头串联有分压电阻，串联不同的分压电阻就成为不同量程的电压表． ③测电阻：这时表头串联了电池和调零电阻．(3)构造：如图273所示，表的上半部分是表头，表头的表盘上有电流、电压、电阻等多种刻度，其中最下面一行是交流电压表的刻度，最上面一行是欧姆表的刻度，这两个刻度是不均匀的，其余各种刻度都是均匀的；表的下半部分的中心是选择开关，周围标有测量功能的区域及量程(或倍率)．图2733．二极管的单向导电性晶体二极管是半导体材料制成的，它有两个极，一个叫正极，一个叫负极，它的符号如图274甲所示．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，它的电阻很大，电路截止，如图丙所示．甲 乙 丙图274一、实验步骤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．如图275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．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．甲乙图2756．利用多用电表的欧姆挡测三个定值电阻的阻值，比较测量值和真实值的误差．7．研究二极管的单向导电性，利用多用电表的欧姆挡测二极管两个引线间的电阻，确定正、负极．二、数据处理1．测电阻时，电阻值等于表针的示数与倍率的乘积．指针示数的读数一般读两位有效数字．2．如果所读表盘的最小刻度为1、0.1、0.001等，读数时应读到最小刻度的下一位，若表盘的最小刻度为0.2、0.02、0.5、0.05等，读数时只读到与最小刻度位数相同即可．三、误差分析1．电池用旧后，电动势会减小，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．四、注意事项1．使用多用电表前，应观察指针是否指向电流表的零刻度线，若有偏差，应用螺丝刀调节多用电表中间的定位螺丝，使多用电表的指针指在电流表的零刻度．2．测电阻时，待测电阻要跟别的元件和电源断开，不能用手接触表笔的金属杆．3．合理选择欧姆挡的量程，使指针尽量指在表盘中央位置附近．4.换用欧姆挡的另一量程时，一定要重新进行电阻调零，才能进行测量．5．读数时，应将表针示数乘选择开关所指的倍率．6．测量完毕时，要把表笔从测试孔中拔出，选择开关应置于交流电压最高挡或“OFF”挡，若长期不用时，还应把电池取出.实验探究1 多用电表的使用步骤和读数用多用电表的欧姆挡测量一未知电阻的阻值，若将选择倍率的旋钮拨至“×100 Ω ”的挡时，测量时指针停在刻度盘0附近处，为了提高测量的精确性，有下列可供选择的步骤：A．将两根表笔短接B．将选择开关拨至“×1 k”挡C．将选择开关拨至“×10”挡D．将两根表笔分别接触待测电阻的两端，记下读数E．调节调零电阻，使指针停在“0”刻度线上F．将选择开关拨至交流电压最高挡上将上述中必要的步骤选出来，这些必要步骤的合理的顺序是__________________(填写步骤的代号)；若操作正确，上述D步骤中，指针偏转情况如图276所示，则此未知电阻的阻值R x＝________.图276【解析】用多用电表的欧姆挡测未知电阻时，指针停在中值(中心位置)附近时测量误差较小，当用“×100”挡测量时，指针停在0附近，说明该待测电阻的阻值相对该挡比较小，为了提高测量精度，应换低倍率“×10”的挡来测量，换挡之后，必须重新调零，之后再接入未知电阻进行测量和读取数据．测量后如暂时不使用此多用电表，应将选择开关置于交流电压最高挡上，待测电阻的阻值为读数乘以倍率，即R x＝16×10 Ω＝160 Ω.【答案】C、A、E、D、F 160 Ω实验探究2 用多用电表检测电路故障如图277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：电源、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．图277(2)在开关闭合的情况下，若测得5、6两点间的电压接近电源的电动势，则表明________可能有故障．(3)将小灯泡拆离电路，写出用多用电表检测该小灯泡是否有故障的具体步骤．________________________________________________________________【解析】用多用电表欧姆挡测电阻时必须将其从电路中断开，在点1和点2已接好的情况下，应选用多用电表的电压挡测量各器材两端的电压；点1和点2同时断开时，可以用欧姆挡进行测量．在开关闭合时，若测得5、6两点间电压接近电源电动势，可知开关或连接点5、6出现故障．把小灯泡拆离电路后，检验小灯泡是否断路可用多用电表的欧姆挡，调零后进行测量，如果电阻无穷大，说明灯泡是断路的．【答案】(1)电压欧姆(2)开关或连接点5、6(3)①将多用电表挡位调至欧姆挡；②将红、黑表笔相接，检查欧姆挡能否正常工作；③测量小灯泡的电阻，若电阻为无穷大，表明小灯泡有故障．学业分层测评(十三)(建议用时：45分钟)1．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，可以在原电路上测量D．测量阻值不同的电阻时，都必须重新调零【解析】测量电阻时，若指针偏转过大，说明被测电阻较小，应选用倍率较小的挡位并重新调零，A项正确；测量时按规定红、黑表笔分别插正、负插孔，但表笔只是两个测量的引线，本身并没有正负，故调换不会影响测量结果，B项错误；测量电路中的某个电阻，必须与原电路断开测量，C项错误；使用欧姆挡时，换挡后应重新调零，若测量不同电阻，不用换挡则不需要重新调零，D项错误．【答案】 A2．一只多用电表有4个欧姆挡，分别为×1、×10、×100、×1 k，欧姆挡表盘的中间刻度值为“15”．现用它来测量一未知电阻的阻值，先将选择开关置于“×100”挡处，接着将红表笔和黑表笔接触，发现表针指在“0”处，然后进行测量，结果发现表针指在欧姆档刻度值为“200”的刻度线附近，为了使测量结果更准确，必须换档并重新测量，下列说法正确的是( )【导学号：96322145】A．必须将选择开关改为置于“×10”挡处B．必须将选择开关改为置于“×1”挡处C．换挡之后必须重新调零才能进行测量D．换挡之后不必重新调零就能进行测量【解析】选用“×100”挡指针指在“200”处，读数约为20 000 Ω，说明选用的量程偏小，应选用×1 k挡，重新调零后进行测量．故C正确，A、B、D错误．【答案】 C3．(1)使用多用电表粗测某一电阻，操作过程分以下四个步骤，请把第②步的内容填在相应的位置上：①将红、黑表笔分别插入多用电表的“＋”“－”插孔，选择开关置于电阻×100挡．②_____________________________________________________________.③把红、黑表笔分别与电阻的两端相接，读出被测电阻的阻值．④将选择开关置于交流电压的最高挡或“OFF”挡．(2)若上述第③步中，多用电表的示数如图278所示，则粗测电阻值为________Ω.图278【解析】(1)根据用多用电表欧姆挡测电阻的原则知，步骤②应是将红、黑表笔短接，调节欧姆挡调零旋钮，使指针指在电阻的“0”刻度处．(2)多用电表测得的电阻值应为22×100 Ω＝2 200 Ω.【答案】(1)将红、黑表笔短接，调节欧姆挡调零旋钮，使指针指在电阻的“0”刻度处(2)2 2004.如图279所示为一可供使用的多用电表，S为选择开关，Q为电阻挡调零旋钮．现在要用它测量两个电阻的阻值(图中未画电阻)．已知阻值分别为R1＝60 Ω，R2＝470 kΩ.下面给出了在测量过程中一系列可能的操作，请你选出能尽可能准确地测定各阻值和符合于多用表安全使用规则的各项操作，并且将它们按合理顺序填写在后面的横线上的空白处．图279A．旋动S使其尖端对准电阻挡×1 kB．旋动S使其尖端对准电阻挡×100C．旋动S其使尖端对准电阻挡×10D．旋动S使其尖端对准电阻挡×1E．旋动S使其尖端对准() 500或OFF挡F．将两表笔分别接到R1的两端，读出R1的阻值，随后即断开G．将两表笔分别接到R2的两端，读出R2的阻值，随后即断开H．两表笔短接，调节Q使表针对准电阻挡刻度盘上的0，随后即断开所选操作及其顺序为(用字母代号填写)：________(操作步骤可以重复选用)．【解析】多用电表测量电阻时，量程的选择以指针在中央附近时读数较准确，由表盘中值示数约150可知，测R1＝60 Ω的电阻时，只能选“×1”挡；测R2＝470 kΩ时，应选择“×1 k”挡，并且在每次选定量程后，都必须将两表笔短接，进行电阻挡调零，所以题目中所给操作H需重复选用．在测量过程中对R1与R2测量的先后没有什么限制，但测量完毕后，功能选择开关必须旋离电阻挡，拨到交流()高压挡或“OFF”处，所以合理的操作及顺序为AHGDHFE或DHFAHGE.【答案】AHGDHFE(或DHFAHGE)5．用多用电表欧姆挡(×100)测试三只晶体二极管，其结果依次如图2710甲、乙、丙所示．由图可知，图__________中的二极管是好的，该二极管的正极是__________端．甲乙丙图2710【解析】根据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，图甲、丙二极管是坏的，图乙中二极管是好的，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．【答案】乙a6．在测定金属电阻率的实验中，某同学连接电路如图2711所示，闭合电键后，发现电路有故障(已知电源、电表和导线均完好，电源电动势为E):【导学号：96322146】图2711(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“电键”)．(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____________挡(填“欧姆×100”“直流电压10 V”或“直流电流 2.5 mA”)，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．若只有滑动变阻器断路，则多用电表的示数依次是______________、______________、______________.【解析】(1)电压表示数为E，说明电压表与电源之间是连通的，没有断路，只能是与其并联部分断路，所以应为待测金属丝有故障．(2)在不拆断电路的情况下，不能用欧姆表检测．因不能估测电路中的最大电流，故也不能用电流挡．从图中可以看出是两节干电池，总电动势不超过10 V，故应用直流电压10 V 挡去测量，将红表笔接a，使电流从多用电表的＋接线柱流入电表．若滑动变阻器断路，则a、b之间电压为0，a、c之间电压为E，a、d之间电压为E.【答案】(1)待测金属丝(2)直流电压10 V 红0 E E。
最新人教版高中物理选修3-1第三章《直流电路的分析》
专题四 直流电路的分析和计算高考展望直流电路的分析和计算，在历年的高考中考查频率较高，几乎每年都有考题涉及.常考知识点有电阻串(并)联规律\,部分电路欧姆定律\,闭合电路欧姆定律\,温度对电阻率的影响\,电路的动态过程分析及故障判断等.因为直流电路应用广泛,涉及的物理规律较多,容易和实际结合考查学生综合分析问题的能力,所以在今后的高考中,本专题知识仍是一个重要的考查点.对本专题知识的复习,应在熟记串(并)联规律\,部分电路和闭合电路欧姆定律及适用条件的基础上,熟练掌握直流电路问题分析的思路和方法.主干知识1.理想的电流表(内阻不计),可直接用导线代替;理想的电压表(内阻视为无穷大)可直接去掉;对导线,由于其两端电势差为零,可将导线连接的两点视为一点而合在一起. 对非理想的电流、电压表则应将其当作有一定电阻的特殊用电器(其特殊之处就是可以显示其中的电流或两端电压).2.部分电路欧姆定律I=R U 和闭合电路欧姆定律I=rR E +都只适用于纯电阻电路. 电功率公式P=UI 、电功公式W=UIt 、焦耳定律公式Q=I 2Rt 是普遍适用于各种性质电路的,而其根据部分电路欧姆定律推导出的一些变形式如:P=I 2R=R U 2、W=I 2Rt=R U 2t 、Q=R U 2t=UIt 等,则只适用于纯电阻电路. 只有在纯电阻电路中,电功和电热的值才是相等的,而在非纯电阻电路中总有W ＞Q.3.分析电路问题的一般思路是:先由部分电路电阻的变化推断外电路总电阻的变化,再由闭合电路欧姆定律I=rR E +讨论干路中电流的变化,然后再根据具体情况灵活选用公式确定各元件上其他物理量的变化情况.4.电路故障的判断：断路的表现是电路的端电压不为零而电流为零.具体判断方法是用电压表测量电路中某两点间电压,若电压不为零,则说明这两点与电源的连接完好,断路点就在该两点之间.而短路的表现是电流不为零而电压为零,用电压表亦不难判断出来.5.对于含有电容器的直流电路,由于电容器的两极是相互绝缘的,因此在电路稳定的情况下,含有电容器的支路中是无电流的,在分析其他电阻或用电器连接关系时,可将含有电容的支路直接去掉；另一方面,在电路未达到稳定状态之前,电容器相当于一个阻值变化的电阻而不能当开路处理.6.直流电路的工作过程,实际上就是一个能量的转化过程.由能的转化和守恒定律得:P 源=P ′+P,即EI=I 2r+I 2R,所以 I=rR E +. 7.直流电路部分涉及的物理图象（1）伏安特性曲线反映用电器的电压与通过用电器的电流之间的关系，对于纯电阻，可以根据图线上一点与原点的连线的斜率判断该电压或电流对应的导体的阻值.图3-4-3（2）电源的端电压—电流图线数学表达式U=E-Ir,该图线为一倾斜的直线，如图3-4-5所示图3-4-5U 0为电流为零时的端电压，即电源的电动势；I 0为输出电压为零时的短路电流，直线的斜率IU ∆∆=r 为电源内阻.典题链接【试题1】 在如图3-4-1所示的电路中,R 1、R 2、R 3和R 4皆为定值电阻,R 3为可变电阻,电源的电动势为E 、内阻为r.设电流表A 的读数为I,电压表V 的读数为U,当R 5滑动触点向图中a 端移动时( )图3-4-1A.I 变大,U 变小B.I 变大,U 变大C.I 变小,U 变大D.I 变小,U 变小解析:R 5的滑动触点向a 端滑动时,R 5被接入电路的电阻减小,因而电路总电阻R 减小.由闭合电路欧姆定律I=rR E +知干路总电流I 增大,路端电压U=(E-Ir)减小.图中电压表测的就是路端电压,所以其示数应减小.另外,由于总电流I 增大,导致R 1、R 3两端电压增大,而总的路端电压U 是减小的,所以R 2、R 4串联后与R 5并联部分的电压U 并=(U-U 1-U 3) 减小,因此流过R 2、R 4所在支路的电流减小.即电流表A 的示数减小.综上讨论知选项D 正确.答案:D小结:讨论此类电路的动态变化问题,首先要弄清楚电路结构:各电阻、用电器、电表等是如何连接在电路中的,各电表测的是哪一物理量等；其次是要弄清楚当电路某一部分变化时,其他部分电阻及总电路的各个参量如何变化；第三是掌握分析问题的一般思路——先部分,后整体,再部分,并灵活地选用恰当的公式进行讨论.对于由部分电路电阻的变化推知电路总电阻的变化,其理论根据主要是两电阻的并联阻值和各电阻的阻值变化关系:由R 并=2121R R R R + =1221R R R +=2111R R R +可以看出，当任一支路电阻变大或变小时，并联阻值也相应地变大或变小.其他部分电路无论和上面的R 并串联还是并联,总电阻都是相应地变大或变小的.【试题2】（2004年江苏，14）如图3-4-2所示的电路中,电源电动势E=6.00 V,其内阻可忽略不计.电阻的阻值分别为R 1=2.4 k Ω、R 2=4.8 k Ω,电容器的电容C=4.7 μF.闭合开关S,待电流稳定后,用电压表测R 1两端的电压,其稳定值为1.50 V.(1)该电压表的内阻为多大?(2)由于电压表的接入,电容器的带电荷量变化了多少?图3-4-2解析:（1）设电压表的内阻为R V ，测得R 1两端的电压为U 1，R 1与R V 并联后的总电阻为R ，则有R 1=11R +21R ① 由串联电路的特征2R R =11U E U -② 联立①②得R V =1211121)(U R R E R U R R +- 代入数据，得R V =4.8 k Ω.（2）电压表接入前，电容器上的电压U c 等于电阻R 2上的电压，R 1两端的电压为U R1 则1R C U U =12R R 又E=U c +U R1接入电压表后，电容器上的电压为U c ′=E-U 1由于电压表的接入，电容器带电荷量增加了ΔQ=C （U c ′-U c ）由以上各式解得ΔQ=C （1211U R R E R -+）代入数据，可得ΔQ=2.35×10-6C.答案:（1）4.8 k Ω (2)2.35×10-6C小结:(1)直流电路中的电容器,在稳定情况下,其两端电压即等于与之并联的电阻两端的电压.(2)直流电路中的非理想电表,其作用相当于一个普通电阻,唯一不同之处是可以显示其中的电流或其两端电压值,在具体的计算过程中,同一般电阻的计算方法完全相同.【试题3】 微型吸尘器的直流电动机内阻一定,当加上0.3 V 电压时,通过的电流为0.3A,此时电动机不转;当加在电动机两端的电压为2.0 V 时,电流为0.8 A,这时电动机正常工作.则吸尘器的效率为多少?解析:电动机正常工作时,主要将电能转化为机械能,为非纯电阻元件,其中电流和两端电压关系不遵守部分电路欧姆定律,但当其不转时,并无机械能输出,此时可视为纯电阻,利用部分电路欧姆定律可求其内电阻,再结合题设条件和电动机输入功率\,内阻消耗功率及效率的意义,可给出解答.电动机内电阻r=11I U = 3.03.0Ω=1Ω,电动机正常工作时消耗的电功率P=U 2I 2=0.8×2.0 W=1.6 W,内阻消耗热功率P a =I 22r=0.82×1 W=0.64 W,所以电动机的效率η=PP P a -=6.146.06.1-×100%=60% . 答案:60%小结:对于非纯电阻用电器,一定要弄清楚其中的能量转化关系,准确地选择适用公式.【试题4】如图3-4-4所示的电路中，R 1＝３Ω，Ｒ2＝９Ω，Ｒ3＝６Ω，电源电动势E ＝2４Ｖ，内阻不计.当开关Ｓ1、Ｓ2均开启和均闭合时，灯泡L 都同样正常发光.(1)写出两种情况下流经灯泡的电流方向：①S 1、Ｓ2均开启时;②S 1、Ｓ2均闭合时.(2)求灯泡正常发光时的电阻R 和电压U.图3-4-4解析:(1)Ｓ1、Ｓ2均开启时，电路由电阻Ｒ1、灯泡L 、电阻R ２与电源E 串联组成，此种情况下，流经灯泡L 的电流方向由b →a ;Ｓ1、Ｓ2均闭合时，a 点电势高于b 点，流经灯泡L 的电流方向由a →b .(2)Ｓ1、Ｓ2均开启时流过灯泡的电流为Ｉ1＝RR R 21++E Ｓ1、Ｓ2均闭合时流过灯泡的电流为Ｉ2＝311R R R R R E ++∙·11R R R + 同样正常发光，应有Ｉ1＝Ｉ2,即R R R E ++21=311R R R R R R ++∙·1R R R + 解得R=3321)(1R R R R R -+=Ω-+⨯6)693(3=3 Ω U=RR R E ++21·R=93324++⨯3V=4.8 V. 答案:（1）I 1=321R R R E ++ Ｉ2＝311R R R R R E ++∙∙11R R R + （2）4.8 V 小结:灯泡两次均同样正常发光，是指两次通过灯泡的电流相等或两次灯泡两端的电压相等.抓住这一关键,分别计算两次的电流或电压值,列方程求解即可.。
人教版高中物理选修3-1直流电路的动态分析 题型汇总及方法
理量变化也将复杂。
这样，不妨从与变化元件联系最松散的电路开始分析，再逐步推理，从已知条件出发，循着规律，一步一个结论，将结论又作为已知条件向下推理，最后判断变化元件有关物理量的变化情况。
三、题型汇总及方法1、普通的大小变化的定性分析：用常规的两个欧姆定律或串反并同的结论。
2、△U之间、△I之间的大小变化比较：寻找类似△I1=△I2+△I3，△U1=△U 2+△U3的关系确定+-并比较大小。
3、△U/△I的大小变化比较：分部分电压和路端电压两种，分别使用两个欧姆定律写出表达式。
4、含有电容器的电路：定性分析和定量计算。
5、定量计算分析。
基本公式和基本方法。
6、闭合电路中的功率及效率问题：图像法6、含有非线性元件的电路：定性分析、定量计算、图像法寻找工作点。
四、题型分类解析例1. （普通类型）在如图1所示电路中，当变阻器R3的滑动头P向b端移动时A. 电压表示数变大，电流表示数变小B. 电压表示数变小，电流表示数变大C. 电压表示数变大，电流表示数变大D. 电压表示数变小，电流表示数变小解析：当变阻器R3的滑动头P向b端移动时R3变小，故总电阻变小，由闭合电路欧姆定律知总电流I增大，则内电路电压增大，因电动势不变，故路端电压U减小。
R1的电压U1=IR1增大，故R3的电压由串联电路的分压特点知U3=U-U1，故U 3减小。
流过R2的电流I2减小。
由并联电路的分流特点知R3的电流I3=I-I2，所以I3增大。
图中电压表测的是路端电压，因此电压表示数变小。
电流表测的是I3，故电流表示数变大，B项正确。
对本题还可做一些讨论。
在分析电流表示数变化情况时，先分析了其他电阻有关物理量变化的情况，到最后再分析变化电阻R3的电流，这是因为它的情况较复杂，但是，任何事物都具有两重性。
复杂到一定程度，量变引起质变，反而会变简单。
也就是说，当滑动头P向b端移动时，R3将减小，能减小到多少？其极限就是零，即R3被短路。
也可以这样分析，设想P向a端移动，R3将增大，其极限可视为无穷大即R3断路，电流表将没有读数。
人教版高中物理选修3-12.1《电源和电流》精品学案(新人教).docx
高中物理学习材料桑水制作（一）知识与技能1．明确电源在直流电路中的作用，理解导线中的恒定电场的建立2．知道恒定电流的概念和描述电流强弱程度的物理量---电流3．从微观意义上看电流的强弱与自由电子平均速率的关系。
（二）过程与方法通过类比和分析对电源的的概念、导线中的电场和恒定电流等方面的理解。
（三）情感态度与价值观通过对电源、电流的学习培养将物理知识应用于生活的生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题。
二预习内容：1.电源是能把电路中的从正极搬到负极的装置。
2.导线中的电场是由、等电路元件所积累的电荷在导线内共同形成的电场，导线内的电场保持和平行。
3.由分布的电荷所产生的稳定的电场，称为恒定电场。
4.把、都不随时间变化的电流称为恒定电流。
5.电流的程度用电流这个物理量表示；规定定向移动的方向为电流的方向；电流的单位是，符号是；公式为。
提出疑惑课内探究学案学习目标（一）知识与技能1．明确电源在直流电路中的作用，理解导线中的恒定电场的建立2．知道恒定电流的概念和描述电流强弱程度的物理量---电流3．从微观意义上看电流的强弱与自由电子平均速率的关系。
（二）过程与方法通过类比和分析对电源的的概念、导线中的电场和恒定电流等方面的理解。
（三）情感态度与价值观通过对电源、电流的学习培养将物理知识应用于生活的生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题。
学习过程1.电流的分析与计算(1)电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。
(2)金属导体中电流的方向与自由电子的定向移动方向相反。
(3)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，此时t q I =中，q 为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。
(4)电流虽然有大小和方向，但不是矢量。
2.电流的微观表达式nqSv I =的应用在电解液导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，在用公式I =q ／t 计算电流时应引起注意.例1如图验电器A 带负电，验电器B 不带电，用导体棒连接A 、B 的瞬间，下列叙述中错误的是（ ）A 、有瞬时电流形成，方向由A 到BB 、A 、B 两端的电势不相等C 、导体棒内的电场强度不等于零D 、导体棒内的自由电荷受电场力作用做定向移动例2在彩色电视机的显像管中，从电子枪射出的电子在加速电压U 的作业下被加速，且形成的电流强度为I的平均电流，若打在荧光屏上的高速电子全部被荧光屏吸收。
2021_2022学年高中物理第2章直流电路4电源的电动势和内阻闭合电路欧姆定律学案教科版选修3_1
电源的电动势和内阻闭合电路欧姆定律[学习目标] 1.[物理观念]知道电源是将其他形式的能转化为电能的装置．2.[物理观念]了解电路中自由电荷定向移动过程中静电力和非静电力做功与能量转化间的关系． 3.[物理观念]了解电源电动势及内阻的含义． 4.[物理观念]理解闭合电路欧姆定律，理解内、外电路的电势降落． 5.[科学思维]会用闭合电路欧姆定律分析路端电压与负载的关系，并能进行电路分析与计算．一、电源的电动势和内阻1．电源将其他形式的能转化为电能的装置．2．电动势(1)大小：数值上等于不接入电路时电源两极间的电压．(2)符号：E，单位：伏特，用V表示．(3)物理意义：表征电源将其他形式的能转化为电能的本领．3．电源的内阻电源内部电路上的电阻叫电源的内电阻，简称内阻．二、闭合电路欧姆定律1．闭合电路的组成(1)电路⎩⎪⎨⎪⎧外电路：电源外部由用电器和导线组成的电路，在外电路中，沿电流方向电势降低.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)电阻⎩⎪⎨⎪⎧外电阻：外电路的电阻.内电阻：内电路的电阻.(3)电压⎩⎪⎨⎪⎧路端电压外电压U：外电路两端的电压，U＝IR纯电阻电路.内电压U′：内电阻r两端的电压，U′＝Ir.2．闭合电路欧姆定律(1)内容：在外电路为纯电阻的闭合电路中，电流的大小跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比．(2)公式：I＝ER＋r.(3)适用X围：纯电阻电路．(4)一般电路的常用公式及变形：E＝U＋U′＝U＋Ir或U＝E－Ir.3．路端电压与电流的关系U＝E－Ir，反映了路端电压随电流的变化关系．用图像表示为如图所示．(1)横轴上的截距表示短路电流．(2)纵轴上的截距表示电动势．(3)斜率的绝对值表示内阻．4．路端电压与负载的关系1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)外电路中，沿电流方向电势降低；内电路中，沿电流方向电势升高．(√)(2)在闭合电路中，当外电路断开时，路端电压等于零；当外电路短路时，电路中的电流无穷大．(×)(3)I＝ER＋r、E＝IR＋Ir只适用于外电路为纯电阻的闭合电路，而U外＝E－Ir、E＝U外＋U内适用于任意的闭合电路．(√)(4)在闭合电路中，外电阻越大，路端电压越大．(√)2．在如图所示电路中，当变阻器滑片向上移动时( )A．电压表示数变大，电流表示数变小B．电压表示数变小，电流表示数变大C．电压表示数变大，电流表示数变大D ．电压表示数变小，电流表示数变小B [当滑片向上移动时，滑动变阻器连入电路的电阻变小，并联电路电阻减小，外电路的总电阻减小，由闭合电路欧姆定律I ＝ER ＋r知，I 增大，由U ＝E －Ir 知U 减小，即电压表示数减小，而U ＝U ′＋U 并，U ′＝IR ，I 增大，U ′增大，U 并减小，I R ＝U 并R减小，故电流表示数增大．B 项正确．]3.用如图所示的电路测定电源电动势和内阻．其中为电压表(其电阻足够大)，定值电阻R ＝7.0 Ω.在开关未接通时，的读数为6.0 V ；开关接通后，的读数变为5.6 V ．那么，电池组的电动势和内阻分别是 ( )A ．6.0 V,0.5 ΩB ．6.0 V,1.25 ΩC ．5.6 V,1.25 ΩD ．5.6 V,0.5 ΩA [开关未接通时，电压表的示数即电源电动势故E ＝6.0 V ；I ＝U 外R＝5.67A ＝0.8 A ，r＝E －U 外I＝6－5.60.8Ω＝0.5 Ω.]闭合电路欧姆定律的理解及应用1.(1)I ＝ER ＋r.(2)E ＝U 外＋U 内．(3)E ＝IR ＋Ir .2．当电源没有接入电路时，因无电流通过内电路，所以U 内＝0，此时E ＝U 外，即电源电动势等于电源没有接入电路时的路端电压．3．I ＝ER ＋r或E ＝I (R ＋r )只适用于外电路为纯电阻的闭合电路，U 外＝E －Ir 和E ＝U 外＋U 内适用于所有的闭合电路．4．闭合电路欧姆定律反映的只是电动势和电压的数量关系，它们的本质是不同的：电动势反映了电源把其他形式的能转化为电能本领的大小；而路端电压反映了外电路中电能转化为其他形式能的本领大小．【例1】 如图所示电路中，电源电动势E ＝12 V ，内阻r ＝2 Ω，R 1＝4 Ω，R 2＝6 Ω，R 3＝3 Ω.(1)若在C 、D 间连一个理想电压表，其读数是多少？ (2)若在C 、D 间连一个理想电流表，其读数是多少？思路点拨：C 、D 间⎩⎪⎨⎪⎧接入理想→断路→R 3中无电流接入理想→短路→R 2与R 3并联解析：(1)若在C 、D 间连一个理想电压表，根据闭合电路欧姆定律，有I 1＝E R 1＋R 2＋r ＝124＋6＋2A ＝1 A理想电压表读数为U V ＝I 1R 2＝6 V .(2)若在C 、D 间连一个理想电流表，这时电阻R 2与R 3并联，并联电阻大小R 23＝R 2R 3R 2＋R 3＝6×36＋3Ω＝2 Ω根据闭合电路欧姆定律，有I2＝ER1＋R23＋r＝124＋2＋2A＝1.5 A理想电流表读数为I′＝R2R2＋R3I2＝66＋3×1.5 A＝1 A．答案：(1)6 V (2)1 A闭合电路问题的求解方法(1)分析电路特点：认清各元件之间的串、并联关系，特别要注意电压表测量哪一部分的电压，电流表测量哪个用电器的电流．(2)求干路中的电流：若各电阻阻值和电动势都已知，可用闭合电路欧姆定律直接求出，也可以利用各支路的电流之和来求．(3)应用闭合电路欧姆定律解决问题时，应根据部分电路欧姆定律和电路的串、并联特点求出部分电路的电压和电流．[跟进训练]训练角度1 对电动势的理解1．(多选)关于电动势和电压，下列说法正确的是( )A．电动势E是由电源本身决定的，跟外电路无关B．电动势E的单位与电势、电势差的单位都是伏特，故三者本质上一样C．电动势不是电压，但它数值上等于将1 C电荷在电源内从负极运送到正极电场力做功的大小D．电动势是表示电源把其他形式的能转化为电势能的本领大小的物理量AD[电动势反映电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量，只与电源本身有关，而电压是反映通过电场力做功把电能转化为其他形式的能本领大小的物理量，二者物理意义不同单位相同，但从闭合电路欧姆定律知二者在数值上存在关系，即E＝U外＋U内，电动势在数值上等于将1 C电荷在电源内从负极运送到正极非静电力做功的大小，A、D正确，B、C错误．.]训练角度2 闭合电路欧姆定律的理解及应用2．如图(a)所示，电压表V1、V2串联接入电路中时，示数分别为6 V和4 V，当只有电压表V2接入电路中时，如图(b)所示，示数为9 V，电源的电动势为( )A．9.8 V B．10 VC．10.8 V D．11.2 VC[当电压表V1、V2串联接入电路中时，E＝6 V＋4 V＋I1r＝10 V＋4R Vr①当只有电压表V2接入电路中时，E＝9 V＋I2r＝9 V＋9R Vr②由①②联立得E＝10.8 V，故C项正确．]路端电压与负载的关系1．UI图像的函数表达式U＝E－Ir.2．UI图像特点位于第一象限，与横纵坐标轴相交的倾斜直线，如图所示．3．推论(1)外电路断路时，I ＝0，由U ＝E －Ir 知，U ＝E ，所以U I 图像纵轴上的截距表示电源的电动势E ，即断路时，路端电压在数值上等于电源的电动势．(2)外电路短路时：U ＝0，所以U I 图像横轴上的截距表示电源的短路电流I 短＝E r，因此电源的内阻r ＝EI 短，即内阻等于U I 图像斜率的绝对值．【例2】 电路如图甲所示，若电阻未知，电源电动势和内阻也未知，电源的路端电压U 随电流I 的变化图线及外电阻的U I 图线分别如图乙所示，求：(1)电源的电动势和内阻． (2)电路的路端电压．思路点拨：①由过原点的斜线的斜率可以求出外电阻的阻值． ②由不过原点的斜线的斜率可以求得电源的内电阻． ③两条图线交点表示“工作点”．解析：(1)由题图乙所示U I 图线知，电源电动势E ＝4 V ，短路电流I 短＝4 A ，故内阻r ＝EI 短＝1 Ω.(2)由题图甲、乙知，电源与电阻串联时，电流I ＝1 A ，此时对应路端电压U ＝3 V. 答案：(1)4 V 1 Ω (2)3 V电阻的U I 图像与电源的U I 图像的区别电阻电源UI图像研究对象对某一固定电阻而言，两端电压与通过的电流成正比关系对电源进行研究，路端电压随干路电流的变化关系图像的物理意义表示导体的性质R＝UI，R不随U与I的变化而变化表示电源的性质，图线与纵轴的交点表示电源电动势，图线斜率的绝对值表示电源的内阻联系电源的电动势和内阻是不变的，正是由于外电阻R的变化才会引起外电压U外和干路电流I的变化[跟进训练]训练角度1 电源的UI图像1.(多选)如图所示为某一电源的UI图线，由图可知( )A．电源电动势为2 VB．电源内电阻为13ΩC．电源短路时电流为6 AD．电路路端电压为1 V时，电路中电流为5 AAD[在本题的U－I图线中，纵轴截距表示电源电动势，A正确；横轴截距表示短路电流，C错误；图线斜率的绝对值表示电源的内电阻，则r＝2－0.86Ω＝0.2 Ω，B错误；当路端电压为1 V 时，内电阻分得的电压U 内＝E －U 外＝2 V －1 V ＝1 V ，则电路中的电流I ＝U 内r＝10.2A ＝5 A ，D 正确．] 训练角度2 闭合电路欧姆定律的应用2．“神舟九号”与“天宫一号”的成功对接，使中国空间站建设迈出了坚实的一步．飞行器在太空飞行，主要靠太阳能电池提供能量．有一太阳能电池板，测得它的开路电压为800 mV ，短路电流为40 mA ．若将该电池板与一阻值为20 Ω的电阻连成一闭合电路，则它的路端电压是( )A ．0.1 VB ．0.2 VC ．0.3 VD ．0.4 VD [电池没有接入外电路时，路端电压等于电池电动势，所以电动势E ＝800 mV ，由闭合电路欧姆定律得短路电流I 短＝E r ，所以电池内阻r ＝EI 短＝800×10－340×10－3Ω＝20 Ω，该电池与20Ω的电阻连成闭合电路时，电路中电流I ＝ER ＋r ＝80020＋20mA ＝20 mA ，所以路端电压U ＝IR＝400 mV ＝0.4 V ，D 正确．]闭合电路的动态分析方法1.程序法基本思路：电路结构的变化→R 的变化→R 总的变化→I 总的变化→U 内的变化→U 外的变化→固定支路⎩⎪⎨⎪⎧并联分流I串联分压U →变化支路．2．结论法——“并同串反”“并同”：是指某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大；某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小．“串反”：是指某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小；某一电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大．【例3】 (多选)如图，电路中定值电阻阻值R 大于电源内阻阻值r .将滑动变阻器滑片向下滑动，理想电压表V 1、V 2、V 3示数变化量的绝对值分别为ΔU 1、ΔU 2、ΔU 3，理想电流表A 示数变化量的绝对值为ΔI ，则( )A ．A 的示数增大B ．V 2的示数增大C ．ΔU 3与ΔI 的比值大于rD ．ΔU 1大于ΔU 2思路点拨：①理想电压表V 1、V 2、V 3分别测量哪部分电压． ②理想电流表A 测干路中的电流．ACD [理想电压表V 1、V 2、V 3分别测量定值电阻两端的电压、路端电压、滑动变阻器两端的电压，理想电流表A 测量干路中的电流．滑动变阻器滑片向下滑动，连入电路的阻值变小，根据闭合电路欧姆定律可知，干路中的电流增大，A 示数增大，内电压增大，路端电压减小，即V 2示数减小，故选项A 正确，选项B 错误；因为U 1＝IR ，U 2＝E －Ir ，所以ΔU 1ΔI ＝R 、ΔU 2ΔI ＝r ，而R >r ，所以ΔU 1＞ΔU 2，故选项D 正确；因为ΔU 3ΔI ＝R ＋r 、ΔU 2ΔI ＝r ，所以ΔU 3ΔI ＞r ，故选项C 正确．]解决闭合电路动态问题的一般思路(1)分析电路，明确各部分电路的串、并联关系及电流表或电压表的测量对象． (2)由局部电阻变化判断总电阻的变化． (3)由I ＝ER ＋r判断总电流的变化．(4)据U ＝E －Ir 判断路端电压的变化．(5)由欧姆定律及串、并联电路的规律判断各部分的电路电压及电流的变化．[跟进训练]电动势为E 、内阻为r 的电源与定值电阻R 1、R 2及滑动变阻器R 连接成如图所示的电路．当滑动变阻器的触头由中点滑向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A 1读数减小，A 2读数增大D ．电压表读数减小，电流表A 1读数增大，A 2读数减小C [由题图可知滑动变阻器的触头由中点滑向b 端时，滑动变阻器连入电路中的阻值R 增大，则外电路的总阻值R 总增大，干路电流I ＝ER 总＋r，因R 总增大，所以I 减小，故A 1示数减小；路端电压U ＝E －Ir ，因I 减小，所以U 增大，即电压表的读数增大；R 2两端电压U 2＝E －I (R 1＋r )，因I 减小，所以U 2增大，由I 2＝U 2R 2知，I 2增大，即电流表A 2的读数增大，故选项C 正确，选项A 、B 、D 错误．]1．[物理观念]电动势和内阻的概念，闭合电路欧姆定律．2．[科学思维]闭合电路欧姆定律的理解和应用，路端电压与负载关系的理解与应用．1．(多选)以下说法中正确的是( )A．电源的作用是维持导体两端的电压，使电路中有持续的电流B．在电源内部正电荷能从负极到正极是因为电源内部只存在非静电力而不存在静电力C．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D．静电力移动电荷做功电荷电势能减少，非静电力移动电荷做功电荷电势能增加AD[电源的作用是维持导体两端的电压，使电路中有持续的电流，故A正确；在电源内部正电荷能从负极到正极是因为电源内部既存在非静电力，又存在静电力，故B错误；静电力与非静电力都可以使电荷移动，静电力移动电荷做功电荷电势能减少，非静电力移动电荷做功电荷电势能增加，故C错误，D正确．]2.(多选)在如图所示的电路中，电表均为理想电表，闭合开关S，将滑动变阻器滑片P向左移动一段距离后，下列结论正确的是( )A ．灯泡L 变亮B ．电压表读数变大C ．滑动变阻器两端的电压减小D ．电流表读数变小BD [滑动变阻器的滑片P 向左移动，变阻器R 接入回路的电阻增大，回路中的总阻值增大．由I ＝ER ＋r知，回路中的电流减小，灯泡L 变暗，电流表的示数变小；由U ＝E －Ir 知，电流减小，路端电压增加，电压表的示数增大，B 对；由U ＝E －I (r ＋R L )，知R 两端的电压增大，C 错．]3．有两个相同的电阻，阻值为R ，串联起来接在电动势为E 的电源上，通过每个电阻的电流为I ；若将这两个电阻并联，仍接在该电源上，此时通过一个电阻的电流为2I3，则该电源的内阻是( )A ．RB ．R 2C ．4RD ．R8C [由闭合电路欧姆定律知，两电阻串联时，有I ＝E2R ＋r两电阻并联时，有23I ＝12·ER2＋r解得r ＝4R .故选项C 正确．]4.如图所示，电源的电动势E ＝1.5 V ，内阻r ＝0.5 Ω，电阻R 1＝R 2，当开关S 1闭合、S 2断开时，通过电源的电流为1 A ．当开关S 1、S 2都闭合时，求通过电源的电流和路端电压．解析：当S1闭合时，根据闭合电路的欧姆定律有I1＝ER1＋r得R1＝EI1－r＝1 Ω.当S1、S2都闭合时，根据闭合电路的欧姆定律有I＝ER并＋r＝ER1·R2R1＋R2＋r＝1.5 A路端电压U＝E－Ir＝0.75 V. 答案：1.5 A 0.75 V。
2017-2018学年高中物理选修3-1学案：第二章直流电路第
学案2 学生实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线[学习目标定位] 1.会正确地选择实验器材和实验电路.2.描绘小灯泡的伏安特性曲线，掌握分析图线的方法．1．实验原理用电流表测出流过小灯泡的电流，用电压表测出小灯泡两端的电压，测出多组(U ，I )值，在I －U 坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来． 2．实验器材学生电源(4 V ～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.一、实验电路的设计 [问题设计]1．如图1是伏安法测电阻的两种电路，什么情况下选择甲图误差比较小？什么情况下选择乙图误差比较小？测量时如何选择呢？图1答案 用甲图测量时误差产生的原因是的分流，所以内阻越大或R x 越小，分流越小，测量误差越小，所以当R x ≪R V 时误差较小，用乙图测量时误差产生的原因是的分压，所以内阻越小或R x 越大，测量误差越小，所以当R x ≫R A 时误差较小．具体选择时可用比较法．当R x R A＞R V R x 时，说明R x ≫R A 应选择电流表内接法，乙图．当R V R x ＞R x R A时，说明R V ≫R x ，应选择电流表外接法，甲图．2．控制电路有滑动变阻器的限流式接法和分压式接法，如图2甲、乙所示．那么什么情况下选择甲图？什么情况下选择乙图？图2答案 用甲图测量时UR xR x ＋R≤U x ≤U ，电压不能从零开始调节，用乙图测量时0≤U x ≤U ，电压可以从0开始调节．两种接法选择的原则是：(1)负载电阻的阻值R x 远大于滑动变阻器的总电阻R ，须用分压式接法(乙图)；(2)要求负载上电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调，须用分压式接法(乙图)； (3)负载电阻的阻值R x 小于滑动变阻器的总电阻R 或相差不多，且电压、电流变化不要求从零开始时，可采用限流式接法(甲图)；(4)两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法总能耗较小． [要点提炼]1．电流表内、外接法的选择：(1)待测电阻较小时，采用电流表外接法测量误差较小(填“较大”或“较小”)，采用电流表内接法测量误差较大(填“较大”或“较小”)，故此时采用电流表外接法．(2)待测电阻较大时，采用电流表外接法测量误差较大(填“较大”或“较小”)，采用电流表内接法测量误差较小(填“较大”或“较小”)，故此时采用电流表内接法． 2．滑动变阻器的限流式接法和分压式接法的选择：(1)负载电阻的阻值远大于滑动变阻器的总电阻，须用分压式接法．(2)要求负载上电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调，须用分压式接法．(3)负载电阻的阻值小于滑动变阻器的总电阻或相差不多，且电压、电流变化不要求从零开始时，可采用限流式接法．(4)两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法总能耗较小． 二、实验步骤 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，按图3所示的电路图连接好实物图．(注意开关应断开，滑动变阻器与小灯泡并联部分电阻为零)图3(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 .(3)用同样的方法测量并记录几组U 和I ，填入下表.(4)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，而是向横轴弯曲的曲线．(2)分析：小灯泡的电阻随温度变化而变化．曲线向横轴弯曲，即斜率变小，电阻变大，说明小灯泡的电阻随温度升高而增大．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．5．注意事项(1)因I－U图线是曲线，本实验要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，使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．例1 有一个小灯泡上标有“4 V 2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的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．学生电源(直流6 V)、开关、导线若干(1)实验时，选用图4中甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：_____________________________________________________________________.图4(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)．(3)把图5中所示的实验器材用实线连接成实物电路图．图5解析 因实验目的是要描绘小灯泡的伏安特性曲线，需要多次改变小灯泡两端的电压，故采用甲图所示的分压式电路合适，这样电压可以从零开始调节，且能方便地测多组数据．因小灯泡额定电压为4 V ，则电压表选0～5 V 的A 而舍弃0～15 V 的B ，小灯泡的额定电流I ＝0.5 A ，则电流表只能选D.滑动变阻器F 的最大阻值远大于小灯泡内阻8 Ω，调节不方便，故舍去．小灯泡内阻为电流表内阻的80.4＝20倍，电压表内阻是小灯泡的10×1038＝1 250倍，故电流表采用了外接法．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)如下图所示．例2 某同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，得到如下表所示的一组U －I 数据：________(填“不变”或“变化”)；当U＞1.40 V时，灯丝的温度逐渐升高，其电阻随温度升高而________．图6(2)从图线上可以看出，当小灯泡两端电压逐渐地增大时灯丝电阻的变化是________________．解析(1)根据给出的数据描点，用平滑的曲线连接各点，如图所示，可以看出当U＜1.40 V 时，灯泡电压与电流成正比，灯丝电阻不变；当U＞1.40 V时，由U－I图线可知，图线斜率逐渐增大，故其电阻随温度升高而增大．(2)从图线可知，当U＜1.40 V时，图线斜率基本不变；当U＞1.40 V时，图线斜率逐渐增大，所以灯丝电阻的变化是开始不变后来逐渐增大．答案(1)U－I图线见解析图正不变增大(2)开始不变后来逐渐增大图7为“描绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡的额定电压为2.5 V.图7(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．答案(1)①使它靠近滑动变阻器左端的接线柱②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)见解析图解析(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．1.为探究小灯泡L的伏安特性曲线，连好如图1所示的电路后闭合开关，通过移动变阻器的滑片，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图像应是下图中的( )图1答案 C解析小灯泡中的电流逐渐增大时其温度升高，导致灯丝电阻R增大，所以U－I图线的斜率增大，故C项正确．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、量程恰当的电流表和电压表、直流电源E、滑动变阻器R、电键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(填“分压”或“限流”)．(2)某同学已连接如图2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．图2①________________________________________________________________________.②________________________________________________________________________.答案(1)分压(2)①电键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，可供选择的器材有：A．小灯泡：规格为“3.8 V0.3 A”B．电流表：量程0～0.6 A，内阻约为0.5 ΩC．电流表：量程0～3 A，内阻约为0.1 ΩD．电压表：量程0～5 V，内阻约为5 kΩE．滑动变阻器：阻值范围0～10 Ω，额定电流2 AF．电池组：电动势6 V，内阻约为1 ΩG．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________．(填器材前选项)(2)根据你选用的实验电路，将图3所示的器材连成实物电路．图3答案(1)B (2)见解析图解析(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电路如图乙所示．4．用如图4甲所示的器材做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验．小灯泡标有“6 V,3 W”的字样，铅蓄电池的电动势为 8 V，滑动变阻器有两种规格：R1标有“5 Ω 2 A”，R2标有“100 Ω20 mA”．各电表的量程如图甲所示．测量时要求小灯泡两端的电压从零开始，并测多组数据．图4(1)滑动变阻器应选用__________；(2)用笔画线代替导线，把图甲中的实物连成实验电路(有部分连线已接好)；(3)测量时电压表示数如图乙所示，则U＝________ V；(4)某同学根据实验测量得到的数据，作出了如图丙所示的I－U图像．分析图像不是直线的原因：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________.答案(1)R1(2)实验电路如图所示(3)4.0 (4)小灯泡两端的电压逐渐增大时，灯丝温度升高，灯丝的电阻(或电阻率)变大解析(1)由于电压要从零开始调节，所以滑动变阻器应采用分压式接法，如果选用R2，滑动变阻器中的电流会超过 20 mA，故选R1.(2)实验电路中电流表外接，滑动变阻器采用分压接法．(4)小灯泡两端的电压逐渐增大时，灯丝温度升高，灯丝的电阻(或电阻率)变大．5．如图5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.甲乙丙丁图5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)5.2 111.8解析(1)题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＝UR1＝9250A＝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5.2 V，电阻R2＝9－5.234×10－3Ω≈111.8 Ω. 6．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的实验仪器如下：小灯泡L，“3.8 V,0.3 A”电压表V，量程0～5 V，内阻5 kΩ电流表A1，量程0～100 mA，内阻4 Ω电流表A2，量程0～500 mA，内阻0.4 Ω滑动变阻器R1，最大阻值10 Ω，额定电流1.0 A滑动变阻器R2，最大阻值5 Ω，额定电流0.5 A直流电源E ，电动势约为6 V ，内阻约为0.5 Ω(1)在上述器材中，滑动变阻器应选____________；电流表应选__________________． (2)在虚线框内画出实验的电路图，并在图中注明各元件的符号．(3)某实验小组完成实验后利用实验中得到的实验数据在I －U 坐标系中，描绘出如图6所示的小灯泡的伏安特性曲线．根据此图给出的信息，可以判断下图中正确的是(图中P 为小灯泡的功率)( )图6答案 (1)R 1 A 2 (2)见解析图 (3)BD解析 (1)本题滑动变阻器采用分压式接法，通常应当选用最大阻值小的滑动变阻器，但本题中如果选用R 2，则电路中的电流会超过R 2允许通过的最大电流，故滑动变阻器应当选择R 1.电流表A 1的量程太小，故电流表应当选择A 2.(2)电路如图所示，由于电压要从0开始调，滑动变阻器用分压式接法；因为灯泡的内阻比较小，电流表用外接法．(3)随着通过小灯泡电流的增大，小灯泡消耗的功率增大，小灯泡的电阻也增大，由P ＝U 2R知B 图正确，由P ＝I 2R 知D 图正确．7．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，用导线a 、b 、c 、d 、e 、f 、g 和h 按图7所示方式连接好电路，电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表已调零．闭合开关后：图7(1)闭合开关后，若不管怎样调节滑动变阻器，小灯泡亮度能发生变化，但电压表、电流表的示数总不能为零，则可能是________导线断路．(2)某同学在实验中还测出a 、b 、c 三种元件的伏安特性曲线分别如图8中的(a)、(b)、(c)所示，下列说法正确的是()图8A ．a 可以作为标准电阻使用B ．b 能作为标准电阻使用C ．b 的阻值随电压升高而增大D ．c 的阻值随电压升高而增大答案 (1)g (2)AC解析 (1)若调节滑动变阻器，小灯泡的亮度变化，但电压表、电流表示数总不能为零，说明滑动变阻器不起分压作用，所以可能是g 导线断路．(2)因a 元件的I －U 线是直线，说明电阻不随电压的变化而变化，故可作为标准电阻使用，故A 对，B 错．因I －U 线上的点与原点的连线的斜率倒数表示电阻值，故C 对，D 错．选A 、C.。
2017-2018学年高中物理选修3-1学案：第二章直流电路第
学案4 学生实验：探究决定导体电阻的因素[学习目标定位] 1.进一步掌握用伏安法测电阻的电路的设计思想.2.掌握螺旋测微器的读数方法.3.掌握探究决定导体电阻的因素的实验原理、实验过程及数据处理方法．一、实验原理1．把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R (R ＝U I)．电路原理如图1所示．图12．用毫米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 ，算出横截面积S (S ＝πd 24)．3．由电阻定律R ＝ρl S ，得ρ＝RS l ＝πd 2R 4l ＝πd 2U4lI，求出电阻率．二、实验器材螺旋测微器、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． 三、螺旋测微器1．构造及原理：如图2所示，它的测砧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.图22．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，再顺时针旋转旋钮D ，使A 、F 正好接触被测物．在使用时，F 快要接触被测物时，要停止使用旋钮D ，改用微调旋钮D ′.一、实验操作1．实验步骤(1)测直径：用螺旋测微器在被测金属丝上三个不同位置各测一次直径，并记录．图3(2)连电路：按如图3所示的电路图连接实验电路．(3)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．(4)求电阻：把滑动变阻器的滑动触头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，记入表格内，断开开关S.(5)拆除实验电路，整理好实验器材．2．数据处理电阻R的数值可用以下两种方法确定：(1)计算法：利用每次测量的U、I值分别计算出电阻，再求出电阻的平均值作为测量结果．(2)图像法：可建立I－U坐标系，将测量的U、I值描点作出图像，利用图像的斜率来求出电阻值R.3．实验注意事项(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)本实验若用限流式接法，在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值最大状态．(3)测量l时应测接入电路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．二、螺旋测微器的读数L＝固定刻度示数＋可动刻度示数(估读一位)×分度值．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例如(如图4所示)图4甲图读数为：2 mm＋32.0×0.01 mm＝2.320 mm乙图读数为：13.5 mm＋37.0×0.01 mm＝13.870 mm一、仪器的选择和电路的设计例1 在探究决定导体电阻的因素的实验中，可供选用的器材如下：待测金属丝：R x(阻值约4 Ω，额定电流约0.5 A)；电压表：V(量程3 V，内阻约3 kΩ)；电流表：A1(量程0.6 A，内阻约0.2 Ω)；A2(量程3 A，内阻约0.05 Ω)；电源：E1(电源电压为3 V)；E2(电源电压为12 V)；滑动变阻器：R(最大阻值约20 Ω)；螺旋测微器；毫米刻度尺；开关S；导线．(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图5所示，读数为________mm.图5(2)若滑动变阻器采用限流式接法，为使测量尽量精确，电流表应选________，电源应选________(均填器材代号)，在虚线框中完成电路原理图．解析(1)螺旋测微器的读数为：1．5 mm＋27.4×0.01 mm＝1.774 mm.(2)在用伏安法测电阻的实验中，为使测量尽量精确，电流表、电压表指针需达到半偏以上，又因待测金属丝的额定电流为0.5 A ，所以电流表选A 1，电源选E 1即可．电路原理图如图所示． 答案 (1)1.774(1.772～1.776均正确) (2)A 1 E 1 见解析图 二、数据处理和实物图的连线例2 在探究决定导体电阻的因素的实验中，金属丝长约0.8 m ，直径小于 1 mm ，电阻在5 Ω左右，实验步骤如下：(1)用米尺测量金属丝的长度，测三次，求出平均值l ，在金属丝的不同位置用________测量直径，求出平均值d .(2)用伏安法测量金属丝的电阻R .试把图6中所给的器材连接成测量R 的合适的电路．图中电流表的量程为0～0.6 A ，内阻接近1 Ω，电压表的量程为0～3 V ，内阻为几千欧，电源的电动势为6 V ，滑动变阻器的阻值为0～20 Ω，在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应处于正确位置．图6(3)用上面测得的金属丝长度l 、直径d 和电阻R ，可根据电阻率的表达式ρ＝________，算出所测金属的电阻率．解析 (1)金属丝的直径用螺旋测微器测量．(2)连电路图时，由于被测金属丝的电阻值较小，因此应采用电流表外接法，并且滑动变阻器采取限流式接法，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应处在最大阻值处．电路图如图所示．(3)由电阻定律R ＝ρl S ，有ρ＝RS l ＝πd 2R 4l.答案 (1)螺旋测微器 (2)见解析图 (3)πd 2R4l在“探究决定导体电阻的因素”的实验中，用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图7所示，用米尺测出金属丝的长度l ，金属丝的电阻大约为 5 Ω，先用伏安法测出金属丝的电阻R ，然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率．图7(1)从图中读出金属丝的直径为________ mm.(2)为此取来两节新的干电池、电键和若干导线及下列器材： A ．电压表0～3 V ，内阻10 k Ω B ．电压表0～15 V ，内阻50 k Ω C ．电流表0～0.6 A ，内阻0.05 Ω D ．电流表0～3 A ，内阻0.01 Ω E ．滑动变阻器，0～10 Ω F ．滑动变阻器，0～100 Ω①要求较准确地测出其阻值，电压表应选________________，电流表应选____________，滑动变阻器应选____________．(填序号)②实验中某同学的实物接线如图8所示，请指出该同学实物接线中的两处明显错误．图8错误1：________________________________________________________________________ 错误2：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________(3)若测得金属丝的直径用d 表示，电阻用R 表示，则该金属材料的电阻率ρ＝__________. 答案 (1)0.680 (2)①A C E ②导线连接在滑动变阻器的滑片上 采用了电流表内接法 (3)πRd 24l解析 (1)从螺旋测微器的固定刻度上可以看出，半毫米刻度线已经露出来，因此主尺上应读0.5 mm ，可动刻度上接近第18个刻度线，可以估读0.180 mm ，所以该金属丝直径应为0.5 mm ＋0.180 mm ＝0.680 mm.(2)①由电路图知电源是两节干电池，电动势是3 V ，用3 V 量程的电压表A ；因为电阻丝的电阻大约为 5 Ω，如果把3 V 的电动势全加在电阻丝上，电流才是0.6 A ，因此用量程是0.6 A 的电流表C ；此题中金属丝的电阻大约为5 Ω，为了减小实验误差，应选10 Ω的滑动变阻器E.(3)由R ＝ρl S 可得：ρ＝πRd24l.1．在“探究决定导体电阻的因素”的实验中，由ρ＝πd 2U4Il 可知，对实验结果的准确性影响最大的是( ) A ．金属丝直径d 的测量 B ．电压U 的测量 C ．电流I 的测量 D ．金属丝长度l 的测量 答案 A解析 四个选项中的四个物理量对金属丝的电阻率均有影响，但影响最大的是直径d ，因为在计算式中取直径的平方．2．在测定阻值较小的金属的电阻率的实验中，为了减小实验误差，并要求在实验中获得较大的电压调节范围，在测量其电阻时应选择的电路是( )答案 D解析 金属阻值较小，在用伏安法测电阻时应该用电流表外接法，题干中要求实验中获得较大的电压调节范围，故滑动变阻器要采用分压式接法，D 正确．3．在“探究决定导体电阻的因素”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 答案 BD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，所以应采用电流表外接法，A 、C 错误．故选B 、D.4.某同学在一次“探究决定导体电阻的因素”的实验中，用刻度尺测出接入电路部分的金属丝长度为l ＝0.720 m ，用螺旋测微器测出金属丝直径(刻度位置如图1所示)，用伏安法测出金属丝的电阻(阻值大约为5 Ω)，然后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，除被测金属丝外，还有如下实验器材：图1A ．直流电源E (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 k Ω)D ．滑动变阻器R 1(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． 错误!(3)若根据伏安法测出金属丝的阻值为R x ＝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)． 答案 (1)0.600 (2)如图所示(3)1.6×10－6解析 (3)由R ＝ρl S 得ρ＝RS l ＝πR x d 24l，将R x ＝4.0 Ω、l ＝0.720 m 、d＝0.600 mm ＝0.600×10－3m 代入得ρ≈1.6×10－6Ω·m.5．在“探究决定导体电阻的因素”的实验中，待测金属丝的电阻R x约为5 Ω，实验室备有下列实验器材：A．电压表(量程0～3 V，内阻约为15 kΩ)B．电压表(量程0～15 V，内阻约为75 kΩ)C．电流表(量程0～3 A，内阻约为0.2 Ω)D．电流表(量程0～0.6 A，内阻约为1 Ω)E．变阻器R1(0～100 Ω，0.6 A)F．变阻器R2(0～2 000 Ω，0.1 A)G．电池组E(电动势为3 V，内阻约为0.3 Ω)H．开关S，导线若干(1)为减小实验误差，应选用的实验器材有________(填器材前面的序号)．(2)为减小实验误差，应选用如图2中________(选填“甲”或“乙”)为该实验的电路原理图，并按所选择的电路原理图把图5中的实物图用线连接起来．图2图3(3)若用毫米刻度尺测得金属丝长度为60.00 cm，螺旋测微器测得金属丝的直径及两电表的示数如图4所示，则金属丝的直径为______ mm，电阻值为______ Ω.图4答案(1)ADEGH (2)乙实物图见解析(3)0.637(0.636～0.638均可) 2.4解析(1)由于电源的电动势为3 V，所以电压表应选A；被测电阻约为5 Ω，电路中的最大电流约为I ＝E R x ＝35A ＝0.6 A ，电流表应选D ；根据变阻器允许通过的最大电流可知，变阻器应选E ；还要选用电池和开关，导线若干．故应选用的实验器材有A 、D 、E 、G 、H. (2)由于R V R x >R x R A，应采用电流表外接法，应选图乙所示电路，实物连接如图所示．(3)从螺旋测微器可以读出金属丝的直径为0.637 mm ，从电压表可以读出电阻两端电压为1.20 V ，从电流表可以读出流过电阻的电流为0.50 A ，被测金属丝的阻值为R x ＝U x I x ＝1.200.50Ω＝2.4 Ω.6．(2012·北京·21)在“测定金属的电阻率”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5所示，其读数应为________mm(该值接近多次测量的平均值)．图5(2)用伏安法测金属丝的电阻R x .实验所用器材为：电池组(电动势3 V ，内阻约1 Ω)，电流表(内阻约0.1 Ω)、电压表(内阻约3 k Ω)、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：x图6(3)图7是测量R x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．图7(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如图8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R x＝________Ω(保留两位有效数字)．图8(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为________(填选项前的字母)．A．1×10－2Ω·m B．1×10－3Ω·mC．1×10－6Ω·m D．1×10－8Ω·m(6)任何实验测量都存在误差．本实验所用测量仪器均已校准，下列关于误差的说法中正确的选项是________(有多个正确选项)．A．用螺旋测微器测量金属丝直径时，由于读数引起的误差属于系统误差B．由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差C．若将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统误差D．用U－I图像处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差答案(1)0.398(0.397～0.399均正确) (2)甲(3)见解析图(4)见解析图 4.4(4.3～4.7均正确)(5)C (6)CD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R x的阻值大约为5 Ω.由题知R x≪R V，故电流表外接．若滑动变阻器接为限流的形式，则R x 两端电压的最小值U min ＝520＋5＋1＋0.1E ≈0.6 V，而从实验数据可知R x 两端电压可为0.10 V ，因此滑动变阻器应采用分压的形式．(3)如图甲所示．甲(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，偏离较远的点应舍去，如图乙所示．乙图线的斜率反映了金属丝的电阻，因此金属丝的阻值R x ＝4.4 Ω.(5)根据R ＝ρl S 得金属丝的电阻率ρ＝R x S l ＝πR x d 24l ＝－324×0.5Ω·m≈1.09×10－6 Ω·m，故选项C 正确． (6)由于读数引起的误差属于偶然误差，选项A 错误；由于电流表、电压表内阻引起的误差为系统误差，若将电流表和电压表的内阻计算在内，则可以消除系统误差，选项B 错误，选项C 正确；利用U －I 图像处理数据，相当于多次测量取平均值，可以减小偶然误差，选项D 正确．。
2017-2018学年高中物理选修3-1学案：第二章直流电路第
学案5 电阻的串联、并联及其应用[学习目标定位] 1.掌握串并联电路的特点、性质及作用，并能计算其阻值.2.理解表头改装成电压表和电流表的原理，会求分压电阻和分流电阻的阻值.3.理解限流电路和分压电路.4.正确选择伏安法测电阻的电路，会分析伏安法测电阻的误差情况．一、电阻的串联与并联 1．串联电路的特点：(1)电流关系：I ＝I 1＝I 2＝I 3＝…＝I n ，串联电路各处的电流相等．(2)电压关系：U ＝U 1＋U 2＋U 3＋…＋U n ，串联电路两端的总电压等于各部分电路电压之和． (3)电阻关系：R ＝R 1＋R 2＋R 3＋…＋R n ，串联电路的总电阻等于各部分电路电阻之和． (4)电压分配规律：U R ＝U 1R 1＝U 2R 2＝…＝U n R n，串联电路中各电阻两端的电压跟它的电阻成正比． 2．关联电路的特点：(1)电流关系：I ＝I 1＋I 2＋I 3…＋I n ，并联电路的总电流等于各支路电流之和． (2)电压关系：U ＝U 1＝U 2＝U 3…＝U n ，并联电路的总电压与各支路电压相等．(3)电阻关系：1R ＝1R 1＋1R 2＋1R 3…＋1R n，并联电路的总电阻的倒数等于各部分电路电阻的倒数之和．(4)电流分配规律关系：IR ＝I 1R 1＝I 2R 2＝…＝I n R n ＝U ，并联电路中通过各支路电阻的电流跟它们的阻值成反比． 二、电压表和电流表的改装1．满偏电流：指针指向满刻度时通过电流表的电流叫做满偏电流，通常用I g 表示． 2．根据串联分压的原理，将一个大电阻与表头串联就可以改装成一个电压表． 3．根据并联分流的原理，将一个小电阻与表头并联，就可以改装成一个电流表． 三、限流电路和分压电路滑动变阻器连入电路中有两种接法：限流式和分压式． 四、伏安法测电阻的两种电路伏安法测电阻电路中电流表有两种接法：外接法和内接法．一、电阻的串联和电阻的关联 [问题设计]三个电阻R 1、R 2、R 3并联的电路如图1所示．图1(1)每个电阻两端的电压有什么关系？ (2)总电流I 与各个电阻中电流有什么关系？ (3)设总电阻为R ，试证明：1R ＝1R 1＋1R 2＋1R 3.答案 (1)每个电阻两端的电压相等(2)I ＝I 1＋I 2＋I 3 (3) 根据欧姆定律I ＝U R 得：R 1＝U 1I 1，R 2＝U 2I 2，R 3＝U 3I 3，而R ＝U I.根据并联电路的电流、电压特点可知：U ＝U 1＝U 2＝U 3、I ＝I 1＋I 2＋I 3，所以R ＝UI 1＋I 2＋I 3，等式两边取倒数得：1R ＝I 1U ＋I 2U ＋I 3U ，即1R ＝1R 1＋1R 2＋1R 3.[要点提炼]1．串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的电阻，并联电路的总电阻小于其中任一支路的电阻．2．当一个大电阻和一个小电阻串联时，总电阻接近大电阻；当一个大电阻和一个小电阻并联时，总电阻接近小电阻．3．多个电阻无论串联还是并联，其中任一电阻增大总电阻也随之增大．二、电压表和电流表的改装[问题设计]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？若不能，应如何测量？答案 不能直接测量．由于表头的满偏电压U g ＝I g R g ＝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，若不能，应如何测量？答案 由于表头的满偏电流为5 mA ，小于要测量的电流，应并联一分流电阻． [要点提炼]电流表、电压表的改装分析见下表三、限流电路和分压电路 [要点提炼]滑动变阻器两种接法的比较[要点提炼]一、电阻的串联和电阻的并联例1 如图2所示的电路中，R 1＝8 Ω，R 2＝4 Ω，R 3＝6 Ω，R 4＝3 Ω.图2(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 电路连接的特点是R 3、R 4并联后再和R 1、R 2串联，可根据串、并联电路的特点求解总电阻和流过每个电阻的电流． (1)R 3、R 4并联后电阻为R 34，则R 34＝R 3R 4R 3＋R 4＝6×36＋3Ω＝2 Ω，R 1、R 2和R 34串联，总电阻R ＝R 1＋R 2＋R 34＝14 Ω.(2)根据欧姆定律I ＝U R 得I ＝4214A ＝3 A. 由于R 1、R 2串联在干路上，故通过R 1、R 2的电流都是3 A ．设通过R 3、R 4的电流分别为I 3、I 4，由并联电路的特点：I 3＋I 4＝3 A ，I 3I 4＝R 4R 3，解得I 3＝1 A ，I 4＝2 A.答案 (1)14 Ω (2)3 A 3A 1 A 2 A二、电压表和电流表的改装例2 有一电流表G ，内阻R g ＝10 Ω，满偏电流I g ＝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U g ＝I g R g ＝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 1的分压U R ＝U －U g ＝2.97 V 所以分压电阻阻值R 1＝U g I g ＝2.970.003Ω＝990 Ω改装后电压表的内阻R V ＝R g ＋R 1＝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R 2的分流I R ＝I －I g ＝0.597 A 所以分流电阻R 2＝U gI R≈0.05 Ω 改装后电流表的内阻R A ＝R g R 2R g ＋R 2≈0.05 Ω 答案 (1)990 Ω 1 000 Ω (2)0.05 Ω 0.05 Ω三、限流电路和分压电路例3 如图3所示，滑动变阻器R 1的最大值是200 Ω，R 2＝R 3＝300 Ω，A 、B 两端电压U AB ＝8 V.图3(1)当开关S 断开时，移动滑片P ，R 2两端可获得的电压变化范围是多少？ (2)当开关S 闭合时，移动滑片P ，R 2两端可获得的电压变化范围又是多少？解析 (1)当开关S 断开时，滑动变阻器R 1为限流式接法，R 3及R 1的下部不接在电路中，当滑片P 在最上端时，R 2上获得的电压最大，此时R 1接入电路的电阻为零，因此R 2上的最大电压等于U AB ＝8 V ，当滑片P 在最下端时，R 1的全部与R 2串联，此时R 2上的电压最小，U R 2＝R 2R 1＋R 2U AB ＝4.8 V ，所以R 2上的电压变化范围为4.8 V ～8 V.(2)当开关S 闭合时，滑动变阻器R 1为分压式接法，当滑片在最下端时，R 2上的电压最小，此时R 2与R 3并联，再与R 1的全部串联，R 2与R 3的并联电阻R ′＝R 22＝150 Ω，电压为U ′＝R ′R 1＋R ′U AB ＝150200＋150×8 V＝3.43 V ，当滑片在最上端时，R 2上的电压最大等于U AB ＝8 V ，所以R 2上的电压范围为3.43 V ～8 V.答案 (1)4.8 V ～8 V (2)3.43 V ～8 V1．(电阻的串联和电阻的并联)电阻R 1与R 2并联在电路中，通过R 1与R 2的电流之比为1∶2，则当R 1与R 2串联后接入电路中时，R 1与R 2两端电压之比U 1∶U 2为( ) A ．1∶2 B．2∶1 C．1∶4 D．4∶1 答案 B2．(电流表的内接和外接)如图4所示的电路中，电压表和电流表的读数分别为10 V 和0.1 A ，电流表的内阻为0.2 Ω，那么有关待测电阻R x 的下列说法正确的是( )图4A ．R x 的测量值比真实值大B ．R x 的测量值比真实值小C ．R x 的真实值为99.8 ΩD ．R x 的真实值为100.2 Ω 答案 AC解析 因为电流表和R x 直接串联，所以电流表读数I ′等于流过R x 的真实电流I ，电压表并联在电流表和R x 串联电路的两端，故电压表读数U ′大于R x 两端的真实电压U ，所以R x 的测量值R x ′＝U ′I ′大于真实值R x ＝U I ，故A 对．R x 的真实值为：R x ＝U I ＝U ′－I ′R A I ′＝10－0.1×0.20.1Ω＝99.8 Ω，故C 对．3．(电表的改装)将分压电阻串联在电流表上，改装成电压表，下列说法中正确的是( ) A ．接上分压电阻后，增大了原电流表的满偏电压B ．接上分压电阻后，电压按一定比例分配在电流表和分压电阻上，电流表的满偏电压不变C ．如分压电阻是表头内阻的n 倍，则电压表量程扩大到n 倍D ．通电时，通过电流表和分压电阻的电流一定相等 答案 BD解析 电流表改装成电压表后，电压按一定比例分配在电流表和分压电阻上，电流表的满偏电压并不改变，并且电流表和分压电阻是串联关系，通过的电流一定相等，故选项A 错误，选项B 、D 正确．如分压电阻是表头内阻的n 倍，则电压表量程扩大到(n ＋1)倍，故选项C 错误．题组一 电阻的串联和电阻的并联1.如图1所示三个完全相同的电阻阻值R 1＝R 2＝R 3，接在电路中，则它们两端的电压之比为( )图1A ．1∶1∶1 B．1∶2∶2 C ．1∶4∶4 D．2∶1∶1 答案 D解析 R 2、R 3并联电阻为R 12，再根据串联电路分得电压与电阻成正比知U 1∶U 2∶U 3＝2∶1∶1，D项正确．2．电阻R 1、R 2、R 3串联在电路中．已知R 1＝10 Ω、R 3＝5 Ω，R 1两端的电压为6 V ，R 2两端的电压为12 V ，则( )A ．电路中的电流为0.6 AB ．电阻R 2的阻值为20 ΩC ．三只电阻两端的总电压为21 VD ．电阻R 3两端的电压为4 V 答案 ABC解析 电路中电流I ＝U 1R 1＝610 A ＝0.6 A ，A 对；R 2阻值为R 2＝U 2I ＝120.6Ω＝20 Ω，B 对；三只电阻两端的总电压U ＝I (R 1＋R 2＋R 3)＝21 V ，C 对；电阻R 3两端的电压U 3＝IR 3＝0.6×5 V＝3 V ，D 错．3．电阻R 1阻值为6 Ω，与电阻R 2并联后接入电路中，通过它们的电流之比I 1∶I 2＝2∶3，则电阻R 2的阻值和总电阻的阻值分别是( ) A ．4 Ω 2.4 Ω B ．4 Ω 3.6 Ω C ．9 Ω 3.6 Ω D ．9 Ω 4.5 Ω 答案 A解析 由并联电路特点知R 1I 1＝R 2I 2，所以R 2＝23R 1＝4 Ω，R 总＝R 1R 2R 1＋R 2＝2.4 Ω.故选项A 正确．4.如图2所示四个相同的灯泡按如图所示方式连接，关于四个灯泡的亮度，下列结论中正确的是( )图2A ．A 灯、B 灯一样亮，C 灯次之，D 灯最暗 B ．A 灯最亮、C 灯次之，B 与D 灯最暗且亮度相同 C ．A 灯最亮、B 与C 灯一样亮，D 灯最暗D ．A 与B 灯一样亮，C 与D 灯一样亮，但比A 与B 灯暗些 答案 B解析 电路的连接特点是：B 灯与D 灯串联和C 灯并联再和A 灯串联，A 灯在干路上通过它的电流最大，A 灯最亮，C 灯中的电流大于B 与D 灯中的电流，C 灯较亮，B 灯与D 灯最暗且亮度相同，综合以上分析得B 正确．A 、C 、D 错误． 题组二 电压表和电流表的改装5．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答案BD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对，A、C错．6．电流表的内阻是R g＝200 Ω，满刻度电流值是I g＝500 μA，现欲把此电流表改装成量程为1 V的电压表，正确的方法是( )A．应串联一个0.1 Ω的电阻B．应并联一个0.1 Ω的电阻C．应串联一个1 800 Ω的电阻D．应并联一个1 800 Ω的电阻答案 C解析电流表改装成电压表，应串联电阻．电阻两端的电压U′＝U－U g＝1 V－200×500×10－6 V＝0.9 V，串联的电阻阻值为R＝U′/Ig＝1 800 Ω.7．一个电流表由小量程的电流表G与电阻R并联而成．若在使用中发现此电流表读数比准确值稍小些，下列采取的措施正确的是( )A．在R上串联一个比R小得多的电阻B．在R上串联一个比R大得多的电阻C．在R上并联一个比R小得多的电阻D．在R上并联一个比R大得多的电阻答案 A解析电流表读数比准确值稍小些，是由于并联的电阻R阻值偏小，而使流经小量程的电流表的电流偏小造成的，所以应该给电阻R串联一个阻值比R小的多的电阻，从而使通过G的电流变大．题组三电流表的内接和外接法8．在图3中，甲、乙两图分别为测灯泡电阻R的电路图，下列说法不正确．．．的是( )图3A．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<R真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 ≫R A ，故此法测较大电阻好 答案 B9．用电流表和电压表测量电阻R x 的阻值．如图4所示，分别将图(a)和(b)两种测量电路连接到电路中，按照(a)图测量时，电流表示数为4.60 mA ，电压表示数为2.50 V ；按照(b)图测量时，电流表示数为5.00 mA ，电压表示数为2.30 V ，比较这两次结果，正确的是( )图4A ．电阻的真实值更接近543 Ω，且大于543 ΩB ．电阻的真实值更接近543 Ω，且小于543 ΩC ．电阻的真实值更接近460 Ω，且大于460 ΩD ．电阻的真实值更接近460 Ω，且小于460 Ω 答案 B解析 比较题图(a)、(b)的电压读数，可知ΔU ＝0.20 V ，则ΔU U ＝0.202.50＝0.08；电流变化ΔI＝0.40 mA ，则ΔI I ＝0.404.60＝0.087，可见ΔI I >ΔUU ，即电流变化明显一些，可见电压表内阻带来的影响比电流表内阻带来的影响大，故应采取内接法，即按照(a)图所示电路测量电阻R x ，R x ＝2.5 V4.60×10－3A＝543 Ω，此法测量值偏大，因此选项B 正确． 题组四 综合题组10．用两个相同的小量程电流表，分别改装成了两个量程不同的大量程电流表A 1、A 2，若把A 1、A 2分别采用串联或并联的方式接入电路，如图5所示，则闭合电键后，下列有关电流表的示数和电流表指针偏转角度的说法正确的是( )图5A ．图(a)中的A 1、A 2的示数相同B ．图(a)中的A 1、A 2的指针偏角相同C ．图(b)中的A 1、A 2的示数和偏角都不同D ．图(b)中的A 1、A 2的指针偏角相同答案 B解析 电表的示数是由通过电流表A 1、A 2的电流决定的，而电表指针的偏角是由通过内部小量程电流表的电流决定的．两个电流表并联时，两个相同的小量程电流表是并联关系，所以通电时，两小量程的电流表中通过的电流相同，A 1、A 2的指针偏角相同，B 正确； A 1、A 2的内阻不同，并联时，A 1、A 2中通过的电流不同，A 1、A 2的示数不相同，A 不正确；A 1、A 2两表串联时，通过电流表的电流相同，示数相同；但是，由于电流表内阻不同，通过小量程电流表的电流不同，A 1、A 2的偏角不同，故C 、D 错误．11．一个“I”型电路如图6所示，电路中的电阻R 1＝10 Ω，R 2＝120 Ω，R 3＝40 Ω.另有一测试电源，电动势为100 V ，内阻忽略不计．则( )图6A ．当c 、d 端短路时，a 、b 之间的等效电阻是40 ΩB ．当a 、b 端短路时，c 、d 之间的等效电阻是40 ΩC ．当a 、b 两端接通测试电源时，c 、d 两端的电压为80 VD ．当c 、d 两端接通测试电源时，a 、b 两端的电压为80 V 答案 AC 解析当c 、d 端短路时电路如图甲，等效电阻R 123＝R 1＋R 2R 3R 2＋R 3＝40 Ω，所以A 对．当a 、b 端短路时如图乙，等效电阻R 123′＝R 2＋R 1R 3R 1＋R 3＝128 Ω，所以B 错．当a 、b 两端接通测试电源时电路如图丙，根据欧姆定律得：I ＝ER 1＋R 3＝10010＋40A ＝2 A ，所以U cd ＝IR 3＝80 V ，所以C 对．当c 、d 两端接通测试电源时电路如图丁，根据欧姆定律得：I ′＝ER 2＋R 3＝100120＋40 A ＝58A ，所以U ab ＝I ′R 3＝25 V ，所以D 错． 12．已知电流表的内阻R g ＝120 Ω，满偏电流I g ＝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？ 答案 1 880 Ω 0.12 Ω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 ＝I g (R g ＋R )，分压电阻：R ＝U I g －R g ＝63×10－3 Ω－120 Ω＝1 880 Ω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：I g R g ＝(I －I g )R ′分流电阻：R ′＝I g R g I －I g ＝3×10－3×1203－3×10－3Ω≈0.12 Ω13．一块满偏电流I g ＝1 mA 、线圈电阻R g ＝100 Ω的小电流表．(1)把它改装成满偏电压U ＝10 V 的电压表；(2)把它改装成满偏电流I ＝0.6 A 的电流表，请画出电路图，并算出有关数据． 答案 见解析 解析(1)小量程电流表的满偏电压U g ＝I g R g ＝0.1 V<U ，因此需要串联一个适当的分压电阻，可将其改装成电压表，改装的电路如图所示，由欧姆定律U ＝I g (R g ＋R x )，解得R x ＝U I g－R g ＝9900 Ω. (2)小量程电流表的满偏电流I g <I ，要将其改装成大量程的电流表，应给其并联一个适当的分流电阻，改装的电路如图所示，由并联电压相等得：I g R g ＝(I －I g )R x ′解得：R x ′＝I gI －I gR g ≈0.17 Ω. 14．某电流表内阻R g 为200 Ω，满偏电流I g 为2 mA ，如图7甲、乙改装成量程为0.1 A 和1 A 的两个量程的电流表，试求在图甲、乙两种情况下，R 1和R 2各为多少？图7答案 甲图：4.08 Ω 0.40 Ω 乙图：0.41 Ω 3.67 Ω解析 按图甲接法，由并联电路中电流跟电阻成反比，可得：R 1＝I gI －I g R g ＝2×10－30.1－2×10－3×200Ω＝4.08 Ω，R 2＝I gI ′－I g R g ＝2×10－31－2×10－3×200 Ω＝0.40 Ω，按图乙接法，量程为1 A 时，R 2和R g 串联后与R 1并联；量程为0.1 A 时，R 1和R 2串联后与R g 并联，则：I g (R g ＋R 2)＝(1－I g )R 1 I g R g ＝(0.1－I g )(R 1＋R 2)解得：R 1＝0.41 Ω，R 2＝3.67 Ω.。
2019-2020年高中物理 第五章 交变电流 直流电路与交流电路变压器学案新人教版选修3-2
2019-2020年高中物理第五章交变电流直流电路与交流电路变压器学案新人教版选修3-2导学目标1、解读命题角度，掌握类题通法。
导学目标2、记牢基础知识，方法技巧要用好一、基础知识要记牢1．交变电流的产生磁通量最大⇐中性面⇒电流为零⇓线圈经过中性面时，电流变向一次2．交流电的“四值”最大值⇒Em＝NBSω⇒计算电容器的耐压值瞬时值⇒e＝Emsin ωt⇒计算闪光电器的闪光时间等正余弦交流电的有效值⇒E＝Em/2⇒电表的读数及计算电热、电功及保险丝的熔断电流平均值⇒E＝NΔΦ/Δt⇒计算通过导体的电荷量二、方法技巧要用好交变电流瞬时值表达式书写的基本思路(1)确定正余弦交变电流的峰值，根据已知图象或由公式E m＝NBSω求出相应峰值。
(2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式。
如：①线圈从中性面开始计时，则i－t关系为正弦函数，函数表达式为i＝Imsin ωt。
②线圈从垂直中性面开始计时，则i－t关系为余弦函数，函数表达式为i＝Imcos ωt。
考点一：交流电的产生及描述[例1]图甲是交流发电机模型示意图。
在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一矩形线圈abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴OO′转动，由线圈引出的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕OO′转动的金属圆环相连接，金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻R 形成闭合电路。
图乙是线圈的主视图，导线ab 和cd 分别用它们的横截面来表示。
已知ab 长度为L 1，bc 长度为L 2，线圈以恒定角速度ω逆时针转动。
(只考虑单匝线圈)(1)线圈平面处于中性面位置时开始计时，试推导t 时刻整个线圈中的感应电动势e 1的表达式； (2)线圈平面处于与中性面成φ0夹角位置时开始计时，如图丙所示，试写出t 时刻整个线圈中的感应电动势e 2的表达式；(3)若线圈电阻为r ，求线圈每转动一周电阻R 上产生的焦耳热。
2017-2018学年高中物理选修3-1学案：第二章《直流电路》第二章第7节含答案
学案7 学生实验：测量电源的电动势和内阻［学习目标定位］1.知道测量电源的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，学会根据图像合理外推进行数据处理的方法．一、测量电路设计设计思想：如图1所示，不需要通过测U内，只需要移动滑动变阻器的触头测U外和通过电源的电流I,由闭合电路欧姆定律建立方程组图1E＝U1＋I1r ①E＝U2＋I2r ②解①②式便可求出电源的电动势E和内阻r。
二、实验器材待测电池一节,电流表(0～0。
6 A)、电压表（0~3 V）各一个，滑动变阻器一只,开关一只，导线若干．三、数据处理方法一：充分运用实验测得的I、U数据．通过上述方程组，多求出几组E、r值，再求其平均值．方法二：（1）本实验中,为了减少实验误差,一般用图像法处理实验数据,即根据多次测出的U、I值，作U－I图像；（2）将图线两侧延长，纵轴截距点意味着断路情况,它的数值就是电池电动势E；图2（3)横轴截距点（路端电压U＝0）意味着短路情况，它的数值就是短路电流错误!;(4)图线斜率的绝对值即电池的内阻r，即r＝错误!＝错误!，如图2所示.一、“伏安法”测E和r1．实验步骤（1）电流表用0～0.6 A量程，电压表用0~3 V量程,按实验原理图连接好电路．(2)把滑动变阻器的滑片移到一端，使其阻值最大．（3)闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显的示数,记录一组数据(I1、U1）．用同样的方法测量几组I、U值．(4）断开开关，整理好器材．(5）处理数据,用公式法或作图法求出电池的电动势和内阻．2．实验数据的处理（1）求平均值法：由E＝U1＋I1r,E＝U2＋I2r可解得E＝错误!，r＝错误!。
可以利用U、I的值多求几组E、r的值，算出它们的平均值．（2）作U－I图像法3．注意事项（1)为使电池的路端电压有明显变化,应选取内阻较大的旧干电池和内阻较大的电压表．(2)实验中不能将电流调得过大，且读数要快，读完后立即切断电源，防止干电池大电流放电时内阻r的明显变化．图3(3）当干电池的路端电压变化不很明显时，作图像时，纵轴单位可取得小一些，且纵轴起点可不从零开始．如图3所示，此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势E，但图线与横轴交点不再是短路电流,内阻要在直线上取较远的两点用r＝｜错误!｜求出．二、“安阻法”测E和r1．实验原理：由E＝IR＋Ir可知，只要能得到I、R的两组数据,列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r。
人教版高中物理选修3-1高二直流电路补充练习3.docx
高中物理学习材料桑水制作成都七中高2017届物理《直流电路》补充练习3—电学实验1．（9分）一学习小组要用伏安法尽量准确地描绘一个标有“6V，1.5W”的小灯泡的I-U图线，现有下列器材供选用：A．学生电源（直流9V） B．开关一个、导线若干C．电压表（0～3V，内阻约10kΩ） D．电压表（0～6V，内阻约10kΩ）E．电压表（0～10V，内阻约30kΩ） F．电流表（（0～0.3A，内阻约0.1Ω）G．电流表（0～0.6A，内阻约0.4Ω） H．电流表（0～3A，内阻约0.6Ω）I．滑动变阻器（20Ω，2A） J.滑动变阻器（200Ω，1A）（1）实验中需用到的仪器有__________________（用字母序号表示）；（2）在下面方框内画出实验电路图；（3）对应实验电路图将实物连线补充完整。
2．实验室购买了一捆标称长度为100m的铜导线，某同学想通过实验测定其实际长度.该同学先测得导线横截面积为1.0mm2，查得铜的电阻率为1.7×10－8Ω·m，再利用图甲所示电路测出铜导线的电阻R x，从而确定导线的实际长度．可供使用的器材有：电流表：量程0.6 A，内阻约0.2 Ω；电压表：量程3 V，内阻约9 kΩ；滑动变阻器R1：最大阻值5 Ω；滑动变阻器R2：最大阻值20 Ω；定值电阻：R0＝3 Ω；电源：电动势6 V，内阻可不计；开关、导线若干．回答下列问题：(1)实验中滑动变阻器应选________(选填“R1”或“R2”)，闭合开关S前应将滑片移至________端(选填“a”或“b”)．(2)在实物图中，已正确连接了部分导线，请根据图甲电路完成剩余部分的连接．(3)调节滑动变阻器，当电流表的读数为0.50 A时，电压表示数如图乙所示，读数为________V.(4)导线实际长度为________m(保留2位有效数字)．3．某学习小组通过实验来研究电器元件Z的伏安特性曲线。
【高中】高中物理教科版选修31第二章直流电路学案9
【关键字】高中学案9习题课：闭合电路欧姆定律的应用[学习目标定位] 1.进一步深入理解紧闭电路欧姆定律.2.会应用紧闭电路欧姆定律分析、计算有关电路问题．1．紧闭电路的欧姆定律有三种表达形式，其表达式：(1)I＝(外电路为纯电阻电路)．(2)E＝IR＋Ir(外电路为纯电阻电路)．(3)E＝U外＋U内(任何电路)．2．纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能．W＝Q＝UIt＝I2Rt ＝t；P＝P热＝UI＝I2R＝.3．非纯电阻电路：含有电动机或电解槽的电路称为非纯电阻电路．W＝UIt＞Q＝I2Rt; P＝UI＞P热＝I2R.4．紧闭电路中的能量转化关系：EI＝U内I＋U外I，对于纯电阻电路该式可写为EI＝I2r ＋I2R.一、紧闭电路的动态分析1．特点：断开或紧闭开关、滑动变阻器的滑片移动，使紧闭电路的总电阻增大或减小，引起紧闭电路的电流发生变化，致使外电压、部分电路的电压和部分电路的电流、功率等发生变化．是一系列的“牵一发而动全身”的连锁反应．2．思维流程：例1 (紧闭电路的动态分析)在如图1所示的电路中，R1、R2和R3皆为定值电阻，R4为可变电阻，电源的电动势为E，内阻为r，设电流表的读数为I，电压表的读数为U，当R4的滑动触头向图中a端移动时( )图1A．I变大，U变小 B．I变大，U变大C．I变小，U变大 D．I变小，U变小解析当R4的滑动触头向图中a端移动时，R4接入电路的电阻变小，外电路的总电阻就变小，总电流变大，路端电压变小，即电压表的读数U变小；由于总电流变大，使得R1、R3两端电压都变大，而路端电压又变小，因此，R2和R4并联两端电压变小，则电流表的读数I变小，故选D.答案D针对训练1 如图2所示的电路，紧闭电键S，待电路中的电流稳定后，减小R的阻值．则( )图2A．电流表的示数减小B．电压表的示数减小C．电阻R2两端的电压减小D．路端电压增大答案B解析题图中的电路结构是R1与R先并联，再与R2串联，故R↓→R总↓→I干↑→U内↑→U外↓.R2两端电压U2＝I干R2，U2增大，所以R与R1的并联电压减小，读数减小，A、C、D 错误，B项正确．二、紧闭电路的功率1．电源的总功率：P总＝EI；电源内电阻消耗的功率P内＝U内I＝I2r；电源输出功率P 出＝U外I.2.对于纯电阻电路，电源的输出功率P出＝I2R＝[E/(R＋r)]2R＝，当R＝r时，电源的输出功率最大，其最大输出功率为Pm＝.电源输出功率随外电阻变化曲线如图3所示．图33．电源的效率：指电源的输出功率与电源的总功率之比，即η＝P出/P总＝IU/IE＝U/E.对于纯电阻电路，电源的效率η＝＝＝1/(1＋)，所以当R增大时，效率η提高．当R＝r(电源有最大输出功率)时，效率仅为50%，效率并不高．例2 如图4所示，电路中E＝3 V，r＝0.5 Ω，R0＝1.5 Ω，变阻器R的最大阻值为10 Ω.图4(1)在变阻器的阻值R为多大时，变阻器上消耗的功率最大？最大为多大？(2)在变阻器的阻值R为多大时，定值电阻R0上消耗的功率最大？最大为多大？解析(1)此种情况可以把R0归入电源内电阻，这样变阻器上消耗的功率，也就是电源的输出功率．即当R＝r＋R0＝2 Ω时，R消耗功率最大为：Pm＝＝ W＝ W.(2)定值电阻R0上消耗的功率可以表达为：P＝I2R0，因为R0不变，当电流最大时功率最大，此时应有电路中电阻最小，即当R＝0时R0上消耗的功率最大：Pm′＝R0＝×1.5 W＝ W.答案(1)2 ΩW (2)0 W三、含电容器电路的分析与计算方法在直流电路中，当电容器充、放电时，电路里有充、放电电流．一旦电路达到稳定状态，电容器在电路中就相当于一个阻值无限大(只考虑电容器是理想的不漏电的情况)的元件，电容器处电路可看做是断路，简化电路时可去掉它．分析和计算含有电容器的直流电路时，需注意以下几点：1．电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，所以在此支路中的电阻上无电压降低，因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压．2．当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极间的电压与其并联电阻两端的电压相等．3．电路的电流、电压变化时，将会引起电容器的充(放)电．如果电容器两端电压升高，电容器将充电；如果电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电．例3如图5所示，电源电动势E＝10 V，内阻可忽略，R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，C＝30 μF，求：图5(1)S闭合后，稳定时通过R1的电流；(2)S原来闭合，然后断开，这个过程中流过R1的总电荷量．解析(1)电路稳定时，R1、R2串联，易求I＝ER1＋R2＝1 A.(2)S闭合时，电容器两端电压U C＝U2＝I·R2＝6 V，储存的电荷量Q＝C·U C.S断开至达到稳定后电路中电流为零，此时U C′＝E，储存的电荷量Q′＝C·U C′.很显然电容器上的电荷量增加了ΔQ＝Q′－Q＝CU C′－CU C＝1.2×10－4 C．电容器上电荷量的增加是在S断开以后才产生的，这只有通过R1这条电路实现，所以流过R1的电荷量就是电容器上电荷量的增加量．答案(1)1 A(2)1.2×10－4 C针对训练2如图6所示电路中，电源电动势E＝9 V，内阻r＝2 Ω，定值电阻R1＝6 Ω，R2＝10 Ω，R3＝6 Ω，电容器的电容C＝10 μF.图6(1)保持开关S1、S2闭合，求电容器所带的电荷量．(2)保持开关S 1闭合，将开关S 2断开，求断开开关S 2后流过电阻R 2的电荷量．答案 (1)3×10－5 C (2)6×10－5C解析 保持开关S 1、S 2闭合，则电容器两端的电压U C ＝U R 1＝E R 1＋R 2＋r R 1＝96＋10＋2×6 V ＝3 V. 电容器所带的电荷量为Q ＝CU C ＝10×10－6×3 C ＝3×10－5C.(2)保持开关S 1闭合，将开关S 2断开后，电路稳定时电容器两端的电压等于电源电动势，此时电容器上的电荷量Q ′＝CE ＝10×10－6×9 C ＝9×10－5C ，而流过R 2的电荷量等于电容器C 上电荷量的增加量Q R 2＝ΔQ ＝Q ′－Q ＝9×10－5C －3×10－5C ＝6×10－5 C.1．(闭合电路的动态分析)在如图7所示电路中，当滑动变阻器滑片P 向下移动时，则( )图7A ．A 灯变亮、B 灯变亮、C 灯变亮B ．A 灯变亮、B 灯变亮、C 灯变暗C ．A 灯变亮、B 灯变暗、C 灯变暗D ．A 灯变亮、B 灯变暗、C 灯变亮答案 D解析 滑片P 向下移动，变阻器电阻减小，外电路总电阻减小，根据I ＝E R ＋r知，电路干路电流增大，灯A 因两端电压U A 增大而变亮，根据U ＝E －Ir ，路端电压变小，U ＝U A ＋U B ，所以U B 减小，灯B 电阻不变，所以灯B 电流I B 减小，灯B 变暗．干路电流I ＝I B ＋I C ，因为I 增大、I B 减小，所以I C 增大，灯C 应变亮，选项D 是正确的．2．(含电容器电路的分析与计算)如图8所示，已知C ＝6 μF ，R 1＝5 Ω，R 2＝6 Ω，E ＝6 V ，r ＝1 Ω，电表均为理想电表，开关S 原来处于断开状态，下列说法中正确的是( )图8A ．开关S 闭合瞬间，电流表的读数为0.5 AB ．开关S 闭合瞬间，电压表的读数为5.5 VC ．开关S 闭合后经过一段时间，再将开关S 迅速断开，则通过R 2的电荷量为1.8×10－5 CD ．以上说法都不对答案 C解析 开关S 闭合瞬间，电容器充电，接近于短路状态，I ＝E R 1＋r ＝65＋1A ＝1 A ，A 错误；电压表的读数U 1＝IR 1＝1×5 V ＝5 V ，B 错误；开关闭合一段时间后，电容器相当于断路，I ′＝E R 1＋R 2＋r ＝65＋6＋1A ＝0.5 A ．此时电容器上电荷量Q ＝CU 2＝CI ′R 2＝6×10－6×0.5×6 C ＝1.8×10－5 C ，断开开关S 后，电荷量Q 经R 2释放，故C 正确．3．(U －I 图像，闭合电路的功率和效率)电源的效率η定义为外电路消耗的功率与电源的总功率之比，如图9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 为电阻R 两端的电压与电流的关系图线，将这个电阻R 分别接到a 、b 两电源上，那么( )图9A ．R 接到电源a 上，电源的效率较低B ．R 接到电源b 上，电源的输出功率较大C ．R 接到电源a 上，电源的输出功率较大，电源效率较高D ．R 接到电源b 上，电源的输出功率较小，电源效率较高答案 C解析 电源的效率η＝UI EI ＝U E，由题中图像可知A 与C 交点处电压大于B 与C 交点处电压，则R 接在电源a 上效率较高；电源输出功率P ＝UI ，由题中图像易得R 接在电源a 上输出功率较大，A 、B 、D 错误，C 正确．4．(闭合电路的功率)将阻值为4 Ω和10 Ω的两个电阻R 1、R 2分别接在同一电源上，结果R2上消耗的功率P2比R1上消耗的功率P1大，则()A．电源内阻一定大于4 ΩB．两电阻串联后接此电源，外电路总功率一定大于只接R2时的功率C．两电阻并联后接此电源，外电路总功率一定小于只接R1时的功率D．只接R1时电源消耗的功率一定大于只接R2时消耗的功率答案ACD解析电源输出功率随外电阻的变化关系曲线如图所示．因为R2消耗的功率P2比R1消耗的功率P1大．所以有R1<R2<R3且r>R1＝4Ω.A、D选项正确．R1与R2的并联电阻一定小于R1的电阻．由电源的输出功率曲线可知外电路总功率一定小于只接R1时的功率，C选项正确．若R1与R2串联，其电阻大于R2的电阻．外电路的消耗的总功率不一定大于只接R2时的功率，B选项错误．题组一闭合电路的动态分析1.如图1所示的电路．三只相同的灯泡L1、L2、L3，当滑动变阻器的滑动触点向b端移动时()图1A．L1变亮，L2、L3变暗B．L1、L2变亮，L3变暗C．L1、L3变暗，L2变亮D．L1、L3变亮，L2变暗答案 B解析无论是计算出灯的电压还是电流，都可判断灯的亮暗变化．而计算电压还是电流的原则一般为：串联部分分析电流，并联部分分析电压．用灯泡来代替普通电阻，此时现象可通过灯泡的亮暗变化直接表现，电路中就不再需要电表．没有电表的灯泡电路，要计算电压还是电流要靠自已去选择，这就使求解更为灵活．变阻器触点向b端移动，电阻变小，总电阻变小，I1(I1是通过L1的电流)变大，U3变小，I3变小，I2＝I1－I3(I2、I3分别为过L2、L3的电流)，可知I2变大，L2变亮．2.如图2所示的电路中，电源的内阻r≠0，R1和R2是两个定值电阻．当滑动变阻器R的滑片向a移动时，电路中的电流I1、I2的变化情况是()图2A．I1不变B．I1变小C．I2变大D．I2变小答案BC解析当滑动变阻器R的滑片向a移动时，滑动变阻器连入电路的电阻变小，整个回路的总电阻变小，根据闭合电路欧姆定律可知，干路电流I＝ER外＋r变大，路端电压U＝E－Ir变小，I1变小，A错误，B正确；又I＝I1＋I2，所以I2变大，C正确，D错误．3．某实物投影机有10个相同的强光灯L1～L10(24 V，220 W)和10个相同的指示灯X1～X10(220 V,2 W)，将其连接在220 V的交流电源上，电路如图3所示，若工作一段时间后L2灯丝烧断，则()图3A．X1的功率减小，L1的功率增大B．X1的功率增大，L1的功率增大C．X2的功率增大，其他指示灯的功率减小D．X2的功率减小，其他指示灯的功率增大答案 C解析由串、并联电路的知识知，若L2灯丝烧断，电路的电阻值变大，电流变小，除X2两端电压变大外，其他电压变小，故选C.4．如图4所示，电动势为E、内阻不计的电源与三个灯泡和三个电阻相连接．只合上开关S1，三个灯泡都能正常工作．如果再合上S2，则下列表述正确的是()图4A．电源输出功率减小B．L1上消耗的功率增大C．通过R1的电流增大D．通过R3的电流增大答案 C解析 合上S 2之前，R 3与L 3串联后与L 1、L 2并联，最后与R 1串联．合上S 2之后，在并联电路部分又增加了一个并联的支路，电路的总阻值减小，电路的总电流即流过R 1的电流增大，C 正确．因电源的内阻不计，则电源的输出功率P ＝IE 增大，A 错误．通过R 1中的电流增大时R 1两端电压升高，则并联电路部分的两端电压降低，L 1消耗的功率降低，通过R 3与L 3的电流减小，B 、D 错误．题组二 闭合电路的功率和效率5.如图5所示，直线OAC 为某一直流电源的总功率P 随电流I 变化的图线，曲线OBC 表示同一直流电源内部的热功率P 随电流I 变化的图线．若A 、B 点的横坐标均为1 A ，那么AB 线段表示的功率为( )图5A ．1 WB ．6 WC ．2 WD ．2.5 W答案 C解析 由题图不难看出，在C 点，电源的总功率等于电源内部的热功率，所以电源的电动势为E ＝3 V ，短路电流为I ＝3 A ，所以电源的内阻为r ＝E I＝1 Ω.题图上AB 线段表示的功率为P AB ＝P 总－I 2r ＝(1×3－12×1) W ＝2 W ．故正确选项为C.6.如图6所示，曲线C 1、C 2分别是纯电阻直流电路中，内、外电路消耗的电功率随电流变化的图线．由该图可知下列说法中正确的是( )图6A ．电源的电动势为4 VB ．电源的内电阻为1 ΩC ．电源输出功率最大值为8 WD ．电源被短路时，电源消耗的最大功率可达16 W答案 ABD解析 由图线的交点和P R ＝I 2R ，P r ＝I 2r 得R ＝r ＝1 ΩE ＝I (R ＋r )＝4 V电源被短路时，P r ′＝E 2/r ＝16 W电源输出的最大功率为P m ＝E 2/4r ＝4 W7．如图7所示为小灯泡的U －I 图线，若将该小灯泡与一节电动势E ＝1.5 V 、内阻r ＝0.75 Ω的干电池组成闭合电路时，电源的总功率和小灯泡的实际电功率分别接近以下哪一组数据( )图7A ．1.5 W 1.0 WB ．0.75 W 0.5 WC ．0.75 W 0.75 WD ．1.5 W 0.75 W答案 D解析 在题图中作出电源的外电压和电流的关系图像，即U ＝1.5－0.75I 的图像，两图像的交点就是电源和小灯泡构成闭合回路时的路端电压和电流．图像交点坐标是(1.0,0.75)，电源的总功率P 总＝IE ＝1×1.5 W ＝1.5 W ，灯泡的实际功率P 灯＝UI ＝0.75 W.题组三 含电容器电路的分析与计算8．如图8所示的电路中，电源电动势E ＝6 V ，内阻r ＝1 Ω，电阻R 1＝6 Ω，R 2＝5 Ω，R 3＝3 Ω，电容器的电容C ＝2×10－5 F ．若将开关S 闭合，电路稳定时通过R 2的电流为I ；断开开关S 后，通过R 1的电荷量为q .则( )图8A ．I ＝0.75 AB ．I ＝0.5 AC ．q ＝2×10－5 CD ．q ＝1×10－5 C答案 AD解析 开关S 闭合时，I ＝E r ＋R 并＋R 2＝0.75 A ，选项A 对，B 错；此时U C ＝U R 并＝1.5 V ，Q C ＝C ·U C ＝3×10－5 C ，若将开关断开，则电容器上所带的电荷量通过R 1、R 3放掉，因I 1∶I 3＝R 3∶R 1＝1∶2，根据q ＝It 可知，通过R 1的电荷量q ＝13Q C ＝1×10－5 C ，选项C 错，D 对． 9.平行板电容器C 与三个可变电阻R 1、R 2、R 3以及电源连成如图9所示的电路．闭合开关S ，待电路稳定后，电容器C 两极板带有一定的电荷．要使电容器所带电荷量增加，以下方法中可行的是()图9A．只增大R1，其他不变B．只增大R2，其他不变C．只减小R3，其他不变D．只减小a、b两极板间的距离，其他不变答案BD解析电容器两端电压等于电阻R2两端的电压，只增大R1时，电容器两端的电压减小，电容器所带电荷量减小，选项A错误；只增大R2时，电容器两端的电压增大，电容器所带电荷量增大，选项B正确；只减小R3时，电容器两端的电压不变，电容器所带电荷量不变，选项C错误；只减小a、b两极板间的距离时，电容变大，电容器所带电荷量增大，选项D 正确．10.在如图10所示的电路中，灯泡L的电阻大于电源的内阻r，闭合电键S，将滑动变阻器滑片P向左移动一段距离后，下列结论正确的是()图10A．灯泡L变亮B．电源的输出功率变大C．电容器C上的电荷量增加D．电流表读数变小，电压表读数变小答案 C解析当P向左移动时，电路中总电阻变大，总电流减小，故灯泡变暗，电源输出功率变小，电流表示数变小，电压表示数变大，电容器两端电压增大，电容器C上的电荷量增加，故选项C正确．题组四综合应用11.竖直放置的一对平行金属板的左极板上，用绝缘线悬挂了一个带负电的小球，将平行金属板按如图11所示的电路连接，电键闭合后绝缘线与左极板间的夹角为θ.当滑动变阻器R的滑片在a 位置时，电流表的读数为I 1，夹角为θ1；当滑片在b 位置时，电流表的读数为I 2，夹角为θ2，则( )图11A ．θ1<θ2，I 1<I 2B ．θ1>θ2，I 1>I 2C ．θ1＝θ2，I 1＝I 2D ．θ1<θ2，I 1＝I 2答案 A解析 本题考查电路的动态分析及带电小球在电场中的受力问题，意在考查学生对分压电路的理解和认识，在滑动变阻器的滑片由a 位置滑到b 位置的过程中，平行金属板两端的电压增大，小球受到的电场力增大，因此夹角θ增大，即θ1<θ2；另外，电路中的总电阻减小，因此总电流增大，即I 1<I 2，对比各选项可知，答案选A.12．如图12所示的电路中，电源的电动势E 为3.2 V ，电阻R 的阻值为30 Ω，小灯泡L 的额定电压为3.0 V ，额定功率为4.5 W ，当开关S 接位置1时，电压表的读数为3.0 V ，那么当开关S 接位置2时，小灯泡L 能正常发光吗？实际功率是多少？图12答案 不能 1.28 W解析 当开关S 接位置1时，回路中的电流为：I 1＝U R ＝330A ＝0.1 A. 电源的内阻为：r ＝E －U I 1＝(3.2－3.0)0.1Ω＝2 Ω. 小灯泡的电阻为：R L ＝U 2L /P L ＝3.024.5Ω＝2 Ω. 当开关S 接位置2时，回路中的电流为：I 2＝E r ＋R L ＝ 3.2(2＋2)A ＝0.8 A. 此时小灯泡的实际功率为：P 实＝I 22R L ＝0.82×2 W ＝1.28 W.从小灯泡的实际功率来看，小灯泡此时很暗，不能正常工作．13.如图13所示，R 为电阻箱，为理想电压表，当电阻箱读数为R 1＝2 Ω时，电压表读数为U 1＝4 V ；当电阻箱读数为R 2＝5 Ω时，电压表读数为U 2＝5 V ．求：图13(1)电源的电动势E 和内阻r .(2)当电阻箱R 读数为多少时，电源的输出功率最大？最大值P m 为多少？ 答案 (1)6 V 1 Ω (2)1 Ω 9 W解析 (1)由闭合电路欧姆定律E ＝U 1＋U 1R 1r ① E ＝U 2＋U 2R 2r ② 联立①②并代入数据解得E ＝6 V ，r ＝1 Ω(2)由电功率表达式P ＝E 2(R ＋r )2R ③ 将③式变形为P ＝E 2(R －r )2R＋4r ④ 由④式知，R ＝r ＝1 Ω时，P 有最大值P m ＝E 24r＝9 W此文档是由网络收集并进行重新排版整理.word 可编辑版本！。
物理人教版高中选修3-1专题8直流电路和交流电路
专题8·直流电路和交流电路高考预测本专题内容主要讨论了恒定电流的产生，电源的作用，电路的组成，电流、电压、功率以及能量转化关系，还有闭合电路欧姆定律、串并联电路等等内容，与实际联系紧密，象超导现象及其在生产、科技方面的应用，该知识点与高科技，日常生活的联系较大，贴近生活． 符合现代高考的对知识应用和能力的考查，本专题的内容在高考中大约占总分的百分之十五左右，以单独命题占多数，也可以与牛顿运动定律、动量和能量、电磁感应相结合，基本题型是以选择题、实验题或计算题出现。
如以选择题出现难度一般不大，若以实验题和计算题出现，则属于较难的题一、选择题（共10小题，在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确。
全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错的或不答的得0分）1.如图1所示，电阻t R 是热敏电阻，电阻Ｒ是标准电阻（阻值不随温度变化），现将它们串联在一起，在两端加上恒定的电压Ｕ，在室温下，两电阻的阻值相等，当环境温度改变时，有（ ）Ａ.温度升高时，t R 上电流变小Ｂ.温度降低时，t R 上电流变小Ｃ.温度降低时，t R 上消耗的电功率变小，温度升高时，t R 上消耗的电功率变大Ｄ不论温度升高还是降低，t R 上消耗的电功率都变小2.在生产实际中，有些高压直流电路含有自感系数很大的线圈，当电路中的开关Ｓ由闭合到断开时，线圈会产生很高的自感电动势，使开关Ｓ处产生电弧，危及操作人员的人身安全，为了避免电弧的产生，可在线圈出并联一个元件，下列方案可行的是（ ）3.设长度为l 、横截面积为S ，单位体积自由电子数为n 的均匀导体中电流的流动，在导体两端加上电压U ，于是导体中有匀强电场产生，在导体内移动的自由电子(-e )受匀强电场作用而加速.而和做热运动的阳离子碰撞而减速，这样边反复进行边向前移动，可以认为阻碍电子运动的阻力大小与电子移动的平均速度v 成正比，其大小可以表示成kv (k 是常数)。
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直流电路实验专题复习学案【知识回顾】一、器材选择1.器材选择的原则：（1）安全性原则―――估测出回路中的最大电流（或最大电压），不能超过所选择的电压表、电流表的量程。
（2）准确性原则―――实验中电压表、电流表的指针偏转角度在不超量程的前提下，要适当大一些，以便减小在读数中出现的偶然误差。
在回路中的最大电流（或电压）超过给定电表量程不大的情况下，安全性原则让位于准确性原则。
（3）方便性原则―――即在实验中所选择的器材要便于操作，在考查中主要体现在对滑动变阻器的选择上，在回路中的最大电流不超过给定滑动变阻器的额定电流的情况下，选择总阻值较小的变阻器，就是基于此原则。
2.器材选择的顺序先选择唯一性器材（一般为电源、导线、电键等）－再选择电压表（根据题目中所给的电源的电动势或实验条件要求选择）－再选择电流表（估测回路中的最大电流）－最后选择滑动变阻器注：在具体选择时，电流表和电压表的选择顺序可以互换。
二、接法的选择1.电流表内外接法的选择（1）两种接法的比较及误差分析 ①电流表的内接法，接法如图所示测量时，电流表的示数是通过待测电阻R x 的电流，但是电压表的示数中包含了电流表A 两端电压，大于R x 两端的电压，所以测量值大于真值。
其误差来源是由于电流表的分压。
②电流表的外接法，接法如图所示测量时，电压表的示数是待测电阻两端的电压，但是电流表的示数中包含了通过电压表的电流，大于通过待测电阻的电流，所以测量值偏小。
其误差来源是由于电压表的分流。
（2）电流表内外接法选择的方法根据内外接法的误差来源分析，为了尽量减小测量误差，在实验时，电流表分压作用明显则选择外接法；电压表分流作用明显则选择内接法。
具体而言，当A V x R R R >2时，则选择电流表的内接；当A V xR R R <2时，则选择电流表的外接。
（3）学生分组实验中接法的选择：选择电流表的外接；《描绘小灯泡的伏安特性曲线》――选择电流表的外接法，《测定电源的电动势和内电阻》――选择电流表的内接法（对滑动变阻器而言）xx2.滑动变阻器分压、限流接法的选择 （1）限流式接法，接法如图所示调节范围：U U RR R~0+特点：连接方便，耗能较少，但是调节范围较小 （2）分压式接法，接法如图所示 调节范围：U ~0 特点：调节范围大，但是连接较麻烦，耗能较多（3）分压、限流式接法的选择在实验中，一般先选择限流式接法，如果题目有如下要求或条件时，选择分压式接法：①如果题目要求电流或电压从零开始连续调节；②估测回路中的最小电流（先把滑动变阻器接成限流式电路，把滑动变阻器的全部阻值接入电路时的电流），如果超过电流表的量程，则选择分压式接法；③估测回路中的最小电流，虽然没有超过电表量程，但是与电表量程接近，此时若用限流式接法，调节范围太小，则选择分压式接法；④滑动变阻器总阻值比待测电阻阻值小的多，接成限流式接法调节范围很小，需接成分压式接法⑤题目要求尽可能多测几组数据的情况，首选分压式接法（4）学生分组实验中接法的选择：在教材中涉及到的分组实验中，《测定金属丝的电阻率》――选择限流式接法；《描绘小灯泡的伏案特性曲线》――选择分压式接法；《测定电源的电动势和内电阻》――选择限流式接法。
【题型分类例析】一、描绘小灯泡的伏安特性曲线【例题1】小电珠灯丝的电阻会随温度的升高而增大，某同学为研究这一现象，利用下列实验器材：电压表、电流表、滑动变阻器（变化范围0~10Ω）、电源、小电珠、开关、导线若干来设计实验，并通过实验得到如下数据（I 和U 分别表示小电珠上的电流和电压）。
（1）请在给定的虚线框内画出实验电路图（2）在如图所示的坐标纸中画出小电珠的I -U 曲线（3）把本题中的小电珠接到如图所示的电路中，若电源电动势E =2.0V ，内阻不计，定值电阻R=5Ω，则此时小电珠的功率是 W.【解析】【练习1】在“描绘小电珠的伏安特性曲线”的实验中，除有一标有“6V 1.5W ”字样的小电珠、导线和开关外，还有：A.直流电源6V （内阻不计）B.直流电流表0~3A （内阻0.1Ω以下）C.直流电流表0~300mA （内阻约为5Ω）D.直流电压表0~10V （内阻约为15k Ω）E.滑动变阻器10Ω、2AF.滑动变阻器1k Ω、0.5A实验要求小电珠两端的电压从零开始变化并能进行多次测量。
（1）实验中电流表应选用 ，滑动变阻器应选用 （均用序号表示） （2）在虚线框内画出实验电路图。
（3）试将如图所示的器材连成实物图。
二、螺旋测微器的读数 【例题2】用螺旋测微器测量某工件的长度时，其示数如图所示，则此工件的长度为 mm 。
【解析】【练习2】请读出下列螺旋测微器的读数。
三、伏安法测电阻 【例题3】（2007山东）检测一个标称值为5Ω的滑动变阻器。
可供使用的器材如下： A ．待测滑动变阻器R x ，全电阻约5Ω（电阻丝绕制紧密，匝数清晰可数）V .0.0.0.05.B ．电流表A 1，量程0.6A ，内阻约0.6ΩC ．电流表A 2，量程3A ，内阻约0.12ΩD ．电压表V 1，量程15V ，内阻约15k ΩE ．电压表V 2，量程3V ，内阻约3k ΩF ．滑动变阻器R ，全电阻约20ΩG ．直流电源E ，电动势3V ，内阻不计 H ．游标卡尺 I ．毫米刻度尺J ．电键S 导线若干⑴用伏安法测定R x 的全电阻值，所选电流表___________（填“A 1”或“A 2”），所选电压表为_________(填“V 1”或“V 2”)。
⑵画出测量电路的原理图，并根据所画原理图将下图中实物连接成测量电路。
【例题4】某电压表的内阻在20k Ω~50k Ω之间，现要测量其内阻，实验室提供下列器材：A.待测电压表（量程3V ）B.电流表A 1（量程为0.6mA ）C.电流表A 2（量程为200μA ）D.电流表A 3（量程为0.6A ） E.电压表V 1（量程为4V ） F.电压表V 2（量程3V ） G.滑动变阻器R （最大阻值1k Ω） H.电源E （电动势为4V ） I.开关 S.导线若干（1）为了尽量减小测量误差，要求测量多组数据，请你在如图所示的虚线框内画出符合实验要求的电路图。
（2）所提供的器材中，在尽量减小测量误差的情况下，应选用的器材为 。
（填写字母代号） 【解析】【练习3】用伏安法测量一只定值电阻的实验所需的器材实物如图，各器材规格为：⑴待测电阻R X （约100Ω）⑵直流毫安表（量程0-10mA ，内阻50Ω）⑶直流电压表（量程0-3V ，内阻5k Ω）⑷直流电源（输出电压3V ，内阻可不计）⑸滑动变阻器（0-15Ω，允许最大电流1A ）⑹电键一只，导线若干。
根据器材的规格和实验要求，在下面方框中画出实验电路图，并在实物图上用笔画线当导线连接成实验电路。
E【练习4】在测定金属的电阻率的实验中，金属导线长约0.8m ，直径小于1mm ，电阻在5Ω左右。
实验主要步骤如下：⑴用______测量金属导线的长度，测3次，求出平均值L ；⑵在金属导线的3个不同位置上用______________测量直径，求出平均值d ；⑶用伏安法测量金属导线的电阻R 。
在左边方框中画出实验电路图，并试把右图中所给的器材连接成测量R 的合适的线路。
图中安培计要求用0-0.6A 量程，内阻约1Ω；伏特计要求用0-3V 量程，内阻约几k Ω；电源电动势为6V ；滑动变阻器阻值0-20Ω。
在闭合电键前，滑动变阻器的滑动触点应处于正确位置。
根据以上测量值，得到该金属电阻率的表达式为ρ=__________。
四、测量电源电动势和内电阻【例题5】在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中，备有下列器材： A ．待测的干电池（电动势约为1.5 V ，内电阻小于1.0Ω) B ．电流表G （满偏电流3 mA ，内阻Rg=10Ω) C ．电流表A (0～0.6 A ，内阻0.1Ω) D ．滑动变阻器R 1(0.20Ω，10 A) E.滑动变阻器R 2(0～200Ω，l A) F ．定值电阻R 0 (990Ω) G ．开关和导线若干（1）某同学发现上述器材中虽然没有电压表，但给出了两个电流表，于是他设计了如图所示中甲的（a ）、（b ）两个参考实验电路，其中合理的是 图所示的电路；在该电路中，为了操作方便且能准确地进行测量，滑动变阻器应选 （填写器材前的字母代号）．（2）图乙为该同学根据（1）中选出的合理的实验电路利用测出的数据绘出的I 1—I 2图线（I 1为电流表G 的示数，I 2为电流表A 的示数），则由图线可以得被测电池的电动势E = V ，内阻r = Ω。
mA【解析】【练习5】在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”实验中，某同学测得了七组数据（如下表）．(1)根据表中实验数据在图中作出I—U图线；从图线中得出，电源电动势E= V，内，电阻r= Ω.(2)若一位同学未画出图线，只选用其中两组U和I的数据，根据公式E= U1+I1r和E=U2+I2r算出E和r，这样做可能得出误差很大的结果，则他选用其中第组和第组数据时算得的结果误差大．【练习6】在做测量干电池的电动势和内电阻的实验时，备有下列器材供选用：A．干电池一节（电动势约1．5V）B．直流电流表（量程0～0.6～3A，0.6A挡内阻0.10Ω，3A挡内阻0.025Ω) C．直流电压表(量程0～3～15V，3V挡内阻5KΩ，15V挡内阻25KΩ)D．滑动变阻器(阻值范围0～15Ω，允许最大电流1A）E．滑动变阻器(阻值范围0～1000Ω，允许最大电流0.5A)F．开关G．导线若干根H．电池夹(1)将按本实验要求选定的器材(系统误差较小)，在下图所示的实物图上连线．(2)如图所示，电流表指针停止在图（1)所示位置，量程取0.6A挡时读数为；量程取3A挡时读数为．电压表指针停在图（2)所示位置，量程取3V挡时读数为；取量程为15V挡时读数为(3)根据实验记录，画出的U-I，图象如图所示，可得待测电池的内电阻r为．五、多用电表的应用【例题6】如图所示为一可供使用的多用表，S为选择开关，Q为欧姆档调零旋钮。
现在要用它检验两个电阻的阻值(图中未画电阻)。
已知阻值分别为R1=60Ω，R2=470kΩ，下面提出了在测量过程中一系列可能的操作，请你选出能尽可能准确地测定各阻值并符合于多用表安全使用规则的各项操作，并且将它们按合理顺序填写在后面的横线上空白处。
A．旋动S使其尖端对准欧姆档×1k；B．旋动S使其尖端对准欧姆档×100；C．旋动S使其尖端对准欧姆档×l0；D．旋动S使其尖端对准欧姆档×l；E．旋动S使其尖端对准V~1000；F．将两表笔分别接到R1的两端，读出R1的阻值，随后即断开；G．将两表笔分别接到R2的两端，读出R2的阻值，随后即断开；H．两表笔短接，调节Q使表针对准欧姆档刻度盘上的O，随后即断开。