2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第9章 恒定電流教案 新人教版.doc

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2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第9章 恒定電流教案 新人教版 教學(xué)目標(biāo) 1. 知道電流．歐姆定律．電阻和電阻定律，電阻率與溫度的關(guān)系 2. 理解電阻的串、并聯(lián)．串聯(lián)電路的分壓作用．并聯(lián)電路的分流作用 3. 會(huì)計(jì)算電功和電功率．串聯(lián)、并聯(lián)電路的功率分配，電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻．閉合電路的歐姆定律．路端電壓 重點(diǎn)：電阻定律的應(yīng)用，串并聯(lián)電阻的計(jì)算，電功的計(jì)算 難點(diǎn)：基本概念的理解，歐姆定律的綜合運(yùn)用 知識(shí)梳理 一、知識(shí)結(jié)構(gòu) 電流：定義式，微觀表達(dá)式，式中為自由電子密度，為截面積，為電子定向移動(dòng)速率， 為電子電荷量。正電荷定向移動(dòng)方向?yàn)殡娏鞣较? 基本概念 電壓：定義式，計(jì)算式，產(chǎn)生電流的必要條件 電阻：定義式，決定式，金屬導(dǎo)體電阻隨溫度升高增大 熱敏特征 半導(dǎo)體 光敏特征 摻雜特征 超導(dǎo)：轉(zhuǎn)變溫度 電動(dòng)勢(shì)：由電源本身性質(zhì)決定，與外電路無(wú)關(guān)，是描述電源內(nèi)部非靜電力做功將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)的物理量 電阻定律： 歐姆定律 基本規(guī)律 部分電路 純電阻電路電功=電熱，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 全電路 電功 非純電阻電路電功電熱，電能還要轉(zhuǎn)化為其他形式能 用電器功率，對(duì)純電阻用電器功率 電功率 電源的總功率 電源的輸出功率— 電源的損失功率— 一、導(dǎo)體中的電場(chǎng)和電流 1. 導(dǎo)線中的電場(chǎng) ⑴形成因素：是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的。 ⑵方向：導(dǎo)線與電源連通后，導(dǎo)線內(nèi)很快形成了沿導(dǎo)線方向的恒定電場(chǎng)。 ⑶性質(zhì)：導(dǎo)線中恒定電場(chǎng)的性質(zhì)與靜電場(chǎng)的性質(zhì)不同。 2. 電流 ⑴導(dǎo)體形成電流的條件：①要有自由電荷②導(dǎo)體兩端形成電壓。 ⑵電流定義：通過導(dǎo)體橫截面的電量跟這些電荷量所用時(shí)間的比值叫電流。 公式： ⑶電流是標(biāo)量但有方向，規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较颍ɑ蚺c負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反）。單位：A， 1A=103mA=106μA ⑷微觀表達(dá)式:I=nqvs，n是單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)，q是每個(gè)自由電荷電荷量，s是導(dǎo)體的橫截面積，v是自由電荷的定向移動(dòng)速率。（適用于金屬導(dǎo)體）. 說明：導(dǎo)體中三種速率（定向移動(dòng)速率非常小約10-5m/s，無(wú)規(guī)律的熱運(yùn)動(dòng)速率較大約105m/s，電場(chǎng)傳播速率非常大為光速例如電路合上電鍵遠(yuǎn)處的電燈同時(shí)亮） ⑸電流的分類：方向不改變的電流叫直流電流，方向和大小都不改變的電流叫恒定電流，方向改變的電流叫交變電流。 二、電動(dòng)勢(shì) 1. 物理意義：反映電源把的能其他形式轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能本領(lǐng)的大小的物理量，它由電源本身的性質(zhì)決定。 2. 大?。ㄔ跀?shù)值上等于）①在電源內(nèi)部把1C的正電荷在從負(fù)極送到正極非靜電力所做的功。 ②電源沒有接入電路時(shí)兩極間的電壓。③在閉合電路中內(nèi)外電勢(shì)降落之和。 三、電阻定律、電阻率 1. 電阻定律：同種材料的導(dǎo)體，其電阻與它的長(zhǎng)度成正比與它的橫截面積成反比，導(dǎo)體的電阻還與構(gòu)成它的材料及溫度有關(guān)，公式： 2. 電阻率：上式中的比例系數(shù)ρ（單位是Ωm） ，它與導(dǎo)體的材料溫度有關(guān)，是表征材料導(dǎo)電性質(zhì)的一個(gè)重要的物理量，數(shù)值上等于長(zhǎng)度1m，截面積為1m2導(dǎo)體的電阻值。 金屬導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而變大可以做電阻溫度計(jì)用，半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而減小，有些合金的電阻率不受溫度影響。 四、歐姆定律 1. 內(nèi)容：導(dǎo)體中的電流I跟導(dǎo)體兩端的電壓U成正比，跟它的電阻R成反比。 2. 公式： 3. 適用條件：適用與金屬導(dǎo)電和電解液導(dǎo)電，對(duì)氣體導(dǎo)體和半導(dǎo)體元件并不適用。 4. 導(dǎo)體的伏安特性曲線：用表示橫坐標(biāo)電壓U，表示縱坐標(biāo)電流I，畫出的I-U關(guān)系圖線，它直觀地反映出導(dǎo)體中的電流與電壓的關(guān)系。 ⑴線性元件：伏安特性曲線是直線的電學(xué)元件，適用于歐姆定律。 ⑵非線性元件：伏安特性曲線不是直線的電學(xué)元件，不適用于歐姆定律。 五、電功和電功率、焦耳定律 1. 電功 ：在電路中，導(dǎo)體中的自由電荷在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生定向移動(dòng)而形成電流，在此過程中電場(chǎng)力對(duì)自由電荷做功，在一段電路中電場(chǎng)力所做的功，用W=Uq=UIt來(lái)計(jì)算。 2. 電功率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)電流所做的功，P=W/t=UI 3. 焦耳定律：電流流過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，有Q=I2Rt來(lái)計(jì)算 I U 六、伏安特性曲線： 1. 定義：導(dǎo)體的電流隨電壓變化的關(guān)系曲線叫做伏安特性曲線。如圖所示 2. 意義：斜率的倒數(shù)表示電阻。 3. 對(duì)于金屬、電解液在不考慮溫度的影響時(shí)其伏安特性曲線是過原點(diǎn)的傾斜的直線，這樣的導(dǎo)體叫線性導(dǎo)體，否則為非線性導(dǎo)體。 七、閉合電路的歐姆定律 1. 主要物理量。 研究閉合電路，主要物理量有E、r、R、I、U，前兩個(gè)是常量，后三個(gè)是變量。閉合電路歐姆定律的表達(dá)形式有： （1）E=U外+U內(nèi) （2） （I、R間關(guān)系） （3）U=E-Ir（U、I間關(guān)系） （4）（U、R間關(guān)系） 從（3）式看出：當(dāng)外電路斷開時(shí)（I = 0），路端電壓等于電動(dòng)勢(shì)。而這時(shí)用電壓表去測(cè)量時(shí)，讀數(shù)卻應(yīng)該略小于電動(dòng)勢(shì)（有微弱電流）。當(dāng)外電路短路時(shí)（R = 0，因而U = 0）電流最大為Im=E/r（一般不允許出現(xiàn)這種情況，會(huì)把電源燒壞）。 2. 電源的功率和效率。 ⑴功率：①電源的功率（電源的總功率）PE=EI ②電源的輸出功率P出=UI ③電源內(nèi)部消耗的功率Pr=I 2r o R P出 Pm r ⑵電源的效率：（最后一個(gè)等號(hào)只適用于純電阻電路） 電源的輸出功率，可見電源輸出功率隨外電阻變化的圖線如圖所示，而當(dāng)內(nèi)外電阻相等時(shí)，電源的輸出功率最大，為。 R1 R2 R3 R4 E r 3. 變化電路的討論。 閉合電路中只要有一只電阻的阻值發(fā)生變化，就會(huì)影響整個(gè)電路，使總電路和每一部分的電流、電壓都發(fā)生變化。討論依據(jù)是：閉合電路歐姆定律、部分電路歐姆定律、串聯(lián)電路的電壓關(guān)系、并聯(lián)電路的電流關(guān)系。以右圖電路為例：設(shè)R1增大，總電阻一定增大；由，I一定減?。挥蒛=E-Ir，U一定增大；因此U4、I4一定增大；由I3= I-I4，I3、U3一定減小；由U2=U-U3，U2、I2一定增大；由I1=I3 -I2，I1一定減小。總結(jié)規(guī)律如下： ①總電路上R增大時(shí)總電流I減小，路端電壓U增大； ②變化電阻本身和總電路變化規(guī)律相同； ③和變化電阻有串聯(lián)關(guān)系（通過變化電阻的電流也通過該電阻）的看電流（即總電流減小時(shí)，該電阻的電流、電壓都減小）； ④和變化電阻有并聯(lián)關(guān)系的（通過變化電阻的電流不通過該電阻）看電壓（即路端電壓增大時(shí)，該電阻的電流、電壓都增大）。 U o I E U0 M（I0,U0） β α b a N I0 Im 4. 閉合電路的U-I圖象。 右圖中a為電源的U-I圖象；b為外電阻的U-I圖象；兩者的交點(diǎn)坐標(biāo)表示該電阻接入電路時(shí)電路的總電流和路端電壓；該點(diǎn)和原點(diǎn)之間的矩形的面積表示輸出功率；a的斜率的絕對(duì)值表示內(nèi)阻大?。?b的斜率的絕對(duì)值表示外電阻的大??；當(dāng)兩個(gè)斜率相等時(shí)（即內(nèi)、外電阻相等時(shí)圖中矩形面積最大，即輸出功率最大（可以看出當(dāng)時(shí)路端電壓是電動(dòng)勢(shì)的一半，電流是最大電流的一半）。 a b A1 A A2 P E r 5. 滑動(dòng)變阻器的兩種特殊接法。 在電路圖中，滑動(dòng)變阻器有兩種接法要特別引起重視： I RX a b U P IX I / r ⑴右圖電路中，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P從a端滑向b端的過程中，到達(dá)中點(diǎn)位置時(shí)外電阻最大，總電流最小。所以電流表A的示數(shù)先減小后增大；可以證明：A1的示數(shù)一直減小，而A2的示數(shù)一直增大。 ⑵右圖電路中，設(shè)路端電壓U不變。當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P從a端滑向b端的過程中，總電阻逐漸減小；總電流I逐漸增大；RX兩端的電壓逐漸增大，電流IX也逐漸增大（這是實(shí)驗(yàn)中常用的分壓電路的原理）；滑動(dòng)變阻器r左半部的電流I / 先減小后增大。 6. 斷路點(diǎn)的判定。 當(dāng)由純電阻組成的串聯(lián)電路中僅有一處發(fā)生斷路故障時(shí)，用電壓表就可以方便地判定斷路點(diǎn)：凡兩端電壓為零的用電器或?qū)Ь€是無(wú)故障的；兩端電壓等于電源電壓的用電器或?qū)Ь€發(fā)生了斷路。 題型講解 1. 電阻定律、電阻的串聯(lián) 材料的電阻率ρ隨溫度變化的規(guī)律為ρ＝ρ0(1+at),其中α稱為電阻溫度系數(shù)，ρ0是材料在t=0 ℃時(shí)的電阻率.在一定的溫度范圍內(nèi)α是與溫度無(wú)關(guān)的常數(shù)。金屬的電阻一般隨溫度的增加而增加，具有正溫度系數(shù)；而某些非金屬如碳等則相反，具有負(fù)溫?cái)?shù)系數(shù).利用具有正負(fù)溫度系數(shù)的兩種材料的互補(bǔ)特性，可制成阻值在一定溫度范圍內(nèi)不隨溫度變化的電阻.已知：在0 ℃時(shí)，銅的電阻率為1.710 –8 Ω?m,碳的電阻率為3.510 -5Ω?m,附近，在0 ℃時(shí)，.銅的電阻溫度系數(shù)為3.910 –3 ℃-1,碳的電阻溫度系數(shù)為-5.010-4℃-1.將橫截面積相同的碳棒與銅棒串接成長(zhǎng)1.0 m的導(dǎo)體，要求其電阻在0 ℃附近不隨溫度變化，求所需碳棒的長(zhǎng)度(忽略碳棒和銅棒的尺寸隨溫度的變化)。 【解析】設(shè)碳棒的長(zhǎng)度為X,則銅棒的電阻為,碳棒的電阻,要使得在00c附近總電阻不隨溫度變化,則有,則有式中t的系數(shù)必須為零,即有x≈0.0038m。 【答案】0.0038m 點(diǎn)評(píng)：可能不少同學(xué)被材料的文字嚇著了，其實(shí)材料題關(guān)鍵是從中快速提取有用信息。比如此題僅不過考查電阻定律、電阻的串聯(lián)知識(shí)，我們要勇敢面對(duì)材料題且處理時(shí)要掌握好技巧（提取有用的，有些內(nèi)容可以忽略不看）。 2. 電路結(jié)構(gòu) 一個(gè)T型電路如圖所示，電路中的電, .另有一測(cè)試電源，電動(dòng)勢(shì)為100V，內(nèi)阻忽略不計(jì)。則 A.當(dāng)cd端短路時(shí)，ab之間的等效電阻是40 B. 當(dāng)ab端短路時(shí)，cd之間的等效電阻是40 C. 當(dāng)ab兩端接通測(cè)試電源時(shí)， cd兩端的電壓為80 V D. 當(dāng)cd兩端接通測(cè)試電源時(shí)， ab兩端的電壓為80 V 【解析】A選項(xiàng)： R2與R3并聯(lián)電阻為30Ω后與R1串聯(lián)，ab間等效電阻為40Ω，A對(duì) B選項(xiàng)： R1與R2并聯(lián)電阻為8Ω后與R3串聯(lián)，cd間等效電阻為128Ω，B錯(cuò) C選項(xiàng)：電阻R2未接入電路，cd兩端的電壓即為R3的電壓，為Ucd = 100V=80V，C對(duì)；D選項(xiàng)：但cd兩端接通測(cè)試電源時(shí)，電阻R1未接入電路，ab兩端電壓即為R3的電壓，為Uab = 100V=25V，D錯(cuò)。 【答案】AC 點(diǎn)評(píng)：本題考查電路的結(jié)構(gòu)，串并聯(lián)知識(shí)。正確認(rèn)識(shí)電路時(shí)學(xué)好恒定電流這一章的基礎(chǔ)。 R1 R2 V P A a b 3. 電路的動(dòng)態(tài)變化問題 如圖電路中，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P向上端a滑動(dòng)過程中，兩表的示數(shù)情況為（ ） A.電壓表示數(shù)增大，電流表示數(shù)減少 B.電壓表示數(shù)減少，電流表示數(shù)增大 C.兩電表示數(shù)都增大 D.兩電表示數(shù)都減少 【解析】由圖滑動(dòng)變阻器上部分被短路，P向上滑動(dòng)滑動(dòng)變阻器電阻增大，電路中總電阻增大，總電流減?。≧1電壓減小，內(nèi)壓減小），外壓增大即電壓表數(shù)增大，R2電壓增大，R2電流增大，電流表示數(shù)減少。 【答案】A 點(diǎn)評(píng)：電路的動(dòng)態(tài)變化問題方法： 由外到內(nèi)再到外，由電阻不變到變 增阻、增壓（本身）、減流（本身）減阻、減壓（本身）、增流（本身） 4. 電功和電功率 如圖8所示，電阻和電動(dòng)機(jī)串連接到電路中，且電阻和電動(dòng)機(jī)線圈的電阻相等，接通電鍵后，電動(dòng)機(jī)正常工作，設(shè)電阻和電動(dòng)機(jī)兩端的電壓分別為和。經(jīng)過時(shí)間，電流通過電阻所做的功為，產(chǎn)生的熱量為；而電流通過電動(dòng)機(jī)所做的功為，產(chǎn)生的熱量為。則有 .＜，= .=，= .＜，＜ .＜，= 【答案】AD 點(diǎn)評(píng)：此題主要比較的是純電阻用電器和非純電阻用電器實(shí)際消耗的電功率問題。對(duì)于純電阻用電器（如題目中的電阻）而言，電流通過它時(shí)做的功全部用來(lái)發(fā)熱，即此時(shí)電功等于電熱；而對(duì)于非純電阻用電器（如題目中的電動(dòng)機(jī)）時(shí)，電流通過它時(shí)所做的功只是一小部分產(chǎn)生了電熱，其余很大一部分轉(zhuǎn)化成了機(jī)械能。上面的題目中，由于電阻和電動(dòng)機(jī)串連接到電路中，且電阻和電動(dòng)機(jī)線圈的電阻相等，所以它們產(chǎn)生的電熱是相等的，而電功不等。 第23講 實(shí)驗(yàn)：測(cè)定金屬的電阻率 描繪小電珠的伏安特性曲線 教學(xué)目標(biāo) 1. 掌握實(shí)驗(yàn)的目的、原理、步驟、數(shù)據(jù)處理方法，會(huì)分析誤差來(lái)源.會(huì)使用游標(biāo)卡尺及螺旋測(cè)微器，會(huì)讀出其示數(shù) 重點(diǎn)： 實(shí)驗(yàn)的掌握實(shí)驗(yàn)的目的、原理、步驟、數(shù)據(jù)處理方法，誤差分析 難點(diǎn)：總結(jié)實(shí)驗(yàn)方法和規(guī)律，會(huì)運(yùn)用于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)之中 知識(shí)梳理 一、實(shí)驗(yàn)：測(cè)定金屬的電阻率 1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? ⑴學(xué)會(huì)使用各種常用電學(xué)儀器以及正確讀數(shù) ⑵學(xué)會(huì)使用螺旋測(cè)微器以及正確讀數(shù) ⑶學(xué)會(huì)用伏安法測(cè)量電阻的阻值，測(cè)定金屬的電阻率 2. 實(shí)驗(yàn)原理 歐姆定律和電阻定律，用刻度尺測(cè)一段金屬導(dǎo)線的長(zhǎng)度L,用螺旋測(cè)微器測(cè)導(dǎo)線的直徑d，用電壓表和電流表測(cè)導(dǎo)體的電阻，由電路圖如下所示 3. 實(shí)驗(yàn)器材 被測(cè)金屬導(dǎo)線、螺旋測(cè)微器、毫米刻度尺、電池組、電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器、電鍵、導(dǎo)線若干 4. 實(shí)驗(yàn)步驟 ⑴用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬導(dǎo)線的直徑，再由直徑算出金屬導(dǎo)線的橫截面積。 ⑵用毫米刻度尺測(cè)量接入電路中的被測(cè)導(dǎo)線的長(zhǎng)度。 ⑶按照電路圖連接好電路，注意滑動(dòng)變阻器要調(diào)在適當(dāng)?shù)奈恢茫ù藞D中調(diào)在最左端），電流表、電壓表的量程要選擇恰當(dāng)。 ⑷閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸片，使電流表、電壓表分別有一恰當(dāng)?shù)淖x書，并記錄下來(lái)。 ⑸繼續(xù)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸片，重復(fù)步驟4，做三次，記錄下每次電流表、電壓表的讀數(shù)。 ⑹打開開關(guān)S，拆除電路，整理好實(shí)驗(yàn)器材。 ⑺處理數(shù)據(jù)。 5. 注意事項(xiàng) ⑴由于所測(cè)金屬導(dǎo)線的電阻值較小，測(cè)量電路應(yīng)該選用電流表外接線路。 ⑵閉合電鍵S之前，一定要使滑動(dòng)變阻器的滑片處于恰當(dāng)?shù)奈恢谩? ⑶測(cè)電阻時(shí)電流不宜過大，通電時(shí)間不宜過長(zhǎng)。 ⑷求R的平均值可以用二種方法：第一種用算出各次的測(cè)量值，再取平均值；第二種方法是用U-I圖像的斜率求出。 二、描繪小電珠的伏安特性曲線 1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? ⑴描繪小燈泡的伏安特性曲線。 ⑵分析曲線變化規(guī)律。 2. 實(shí)驗(yàn)原理 用電流表測(cè)流過小燈泡的電流，用電壓表測(cè)出加在小燈泡兩端的電壓，測(cè)出多組對(duì)應(yīng)的U、I值，在直角坐標(biāo)系中描出各對(duì)應(yīng)點(diǎn)，用一條平滑的曲線將這些點(diǎn)連接起來(lái)。 3. 實(shí)驗(yàn)器材 小燈泡、4V~6V學(xué)生電源、滑動(dòng)變阻器、電壓表、電流表、開關(guān)、導(dǎo)線若干 4. 實(shí)驗(yàn)步驟 ⑴連接電路：將小燈泡、電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)用導(dǎo)線按照電路圖連接起來(lái)。 ⑵ 測(cè)出小燈泡在不同電壓下的電流。移動(dòng)滑動(dòng)變阻器觸頭位置，測(cè)出12組左右不同的電壓值U和電流值I，并將測(cè)量數(shù)據(jù)填入已經(jīng)畫好的表格中。 ⑶畫出伏安特性曲線。 ①在坐標(biāo)紙上以U為橫軸，以I為縱軸，建立坐標(biāo)系。 ②在坐標(biāo)紙上描出各做數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。注意橫縱坐標(biāo)的比例標(biāo)度選取要適中，以使所描圖線占據(jù)整個(gè)坐標(biāo)紙為宜。 ③將描出的點(diǎn)用平滑的曲線連接起來(lái)，就得到小燈泡的伏安特性曲線 ⑷拆除電路，整理儀器。 5. 注意事項(xiàng) ⑴電路的連接方式 ①電流表應(yīng)采用外接法：因?yàn)樾襞莸碾娮韬苄。c0~0.6A的電流表串聯(lián)式，電流表的分壓影響很大。 ②滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式連接：目的是使小燈泡兩端的電壓能從0開始變化。 ⑵閉合電鍵S之前，一定要使滑動(dòng)變阻器的滑片處于恰當(dāng)?shù)奈恢茫☉?yīng)該使小燈泡被短路）。 ⑶保持小燈泡電壓接近額定值是要緩慢增加，到額定值，記錄I后馬上斷開開關(guān)。 ⑷誤差較大的點(diǎn)藥舍去，U-I圖像應(yīng)是平滑曲線而非折線。 三、內(nèi)接與外接 A V 1．內(nèi)接法如圖 （1）引起誤差的原因：安培表分壓作用，造成U值比Rx上的真實(shí)電壓大。 （2）測(cè)量值：，當(dāng)時(shí) （3）選擇：適合測(cè)大電阻。 2. 外接法: 如圖 A V （1） 引起誤差的原因：伏特表分流作用，造成I值比通過Rx的真實(shí)電流大。 （2）測(cè)量值：， 當(dāng)時(shí) （3）選擇：適合測(cè)小電阻。 四、變阻器的分壓與限流式接法: 1. 限流式: 如圖 （1）電壓調(diào)節(jié)范圍： （2）在R滑較大時(shí)，電壓調(diào)節(jié)范圍較大，可選此法。 2. 分壓式: 如圖 （1）電壓調(diào)節(jié)范圍： （2）在R滑較小時(shí)，電壓調(diào)節(jié)范圍較大，可選此法。 題型講解 1. 測(cè)定金屬的電阻率 在探究導(dǎo)體與其影響因素的定量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，有如下的器材：a、b、c、d四條不同的金屬導(dǎo)體。在長(zhǎng)度、橫截面積、材料三個(gè)因素方面，b、c、d跟a相比分別只有一個(gè)因素不同，b與a長(zhǎng)度不同；c與a橫截面積不同，d與a材料不同，還有量度合適的電壓表四只，電流表四只。有三位同學(xué)分別用三種不同的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如圖所示： 甲同學(xué)用圖1進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，由于四段導(dǎo)體是串聯(lián)的，每段導(dǎo)體的電壓與它們的電阻成正比，因此用電壓表分別測(cè)量a、b、c、d兩端的電壓，電壓之比就得到電阻之比。 乙同學(xué)用圖2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，由于四段導(dǎo)體是并聯(lián)的，每段導(dǎo)體的電流與它們的電阻成反比，因此用電流表分別測(cè)量通過a、b、c、d的電流，電流的倒數(shù)之比就是電阻之比。 （1）試比較甲、乙同學(xué)的測(cè)量，哪種測(cè)量誤差更??？為什么？ （2）丙同學(xué)用甲同學(xué)的電路進(jìn)行測(cè)量，但只用一個(gè)電壓表分別測(cè)量導(dǎo)體a、b、c、d的電壓，然后比較測(cè)得的電壓之比就能知道它們的電阻之比。這樣測(cè)得的電阻之比的誤差比甲同學(xué)測(cè)得的誤差 （填大、小、或一樣大） （3）除了上面的探究思路外還可以用邏輯推理來(lái)探究導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體長(zhǎng)度、橫截面積的關(guān)系，試用邏輯推理的方法分導(dǎo)體電阻與它的長(zhǎng)度之間的關(guān)系。 【解析】（1）甲同學(xué)的測(cè)量誤差更小，因?yàn)榇郎y(cè)電阻阻值比較小，比電壓表的內(nèi)阻小得多，跟電流表的內(nèi)阻相當(dāng)，因此電壓表引起的誤差比電流表引起的誤差小得多 （2）小 （3）一條長(zhǎng)為L(zhǎng)、電阻為R的導(dǎo)體，我們可以把它看成是由n段長(zhǎng)度同為L(zhǎng)1電阻同為R1的導(dǎo)體串聯(lián)而成的，這n段導(dǎo)體的材料、橫截面積都相同。總長(zhǎng)度L與每段長(zhǎng)度L1的關(guān)系為，另一方面，由串聯(lián)電路的性質(zhì)可知：即： 對(duì)比兩式可知： ，即在橫截面積、材料相同的條件下，導(dǎo)體的電阻與長(zhǎng)度成正比。 點(diǎn)評(píng)：實(shí)驗(yàn)題在高考中占得比重比較高，尤其是電學(xué)實(shí)驗(yàn)，對(duì)于電學(xué)實(shí)驗(yàn)我們的千方百計(jì)的把實(shí)驗(yàn)的原理弄懂，在已知的實(shí)驗(yàn)原理中還有比如電流表的內(nèi)外接法、滑動(dòng)變阻器的限流分壓接法等等。 2. 描繪小電珠的伏安特性曲線 小燈泡燈絲的電阻會(huì)隨溫度的升高而變大.某同學(xué)為研究這一現(xiàn)象，用實(shí)驗(yàn)得到如下數(shù)據(jù)（I和U分別表示小燈泡上的電流和電壓）： （1）在左下框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖. 可用的器材有：電壓表、電流表、滑線變阻器（變化范圍0-10Ω）、電源、小燈泡、電鍵、導(dǎo)線若干. （2）在右圖中畫出小燈泡的U-I曲線. （3）某電池的電動(dòng)勢(shì)是1.5V，內(nèi)阻是2.0Ω.將本題中的燈泡接在該電池兩端，小燈泡的實(shí)際功率是多少？ 【解析】（1）為了作出小燈泡的U-I曲線，必須采用分壓的方法；而因?yàn)樾襞莸碾娮璞容^小，故采用電流表的外接法，實(shí)驗(yàn)電路圖見下圖. （2）小燈泡的U-I曲線首先用描點(diǎn)法作出各個(gè)點(diǎn)，利用圓滑的曲線連接即可得到下圖。 （3）作出圖線，可得小燈泡工作電流為0.35安，工作電壓為0.80伏，因此小燈泡實(shí)際功率為0.28瓦. 3. 測(cè)電表內(nèi)阻 從下表中選取出適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)一電路來(lái)測(cè)量電流表A1的內(nèi)阻r1，畫在下面的方框中，要求方法簡(jiǎn)捷，有盡可能高的精確度，并能測(cè)出多組數(shù)據(jù)。 器材(代號(hào)) 規(guī)格 電流表（A1） 量程10mA，內(nèi)阻r1待測(cè)（約40Ω） 電流表（A2） 量程500μA，內(nèi)阻r2=750Ω 電壓表（V） 量程10V，內(nèi)阻r3=10kΩ 電阻（R1） 阻值約100Ω，作保護(hù)電阻用 滑動(dòng)變阻器（R2） 總阻值約50Ω 電池（E） 電動(dòng)勢(shì)1.5V，內(nèi)阻很小 電鍵（S） 導(dǎo)線若干 【解析】要測(cè)量電流表A1的內(nèi)阻，按常規(guī)思想應(yīng)用伏安法，將電壓表并聯(lián)在待測(cè)電流表兩端，但根據(jù)本題所提供的儀器，我們可以首先肯定，在本實(shí)驗(yàn)中不可能用到電壓表，因?yàn)殡娫吹碾妱?dòng)勢(shì)只有1.5V，而電壓表的量程為10V，最多不到滿偏的1/6，用它來(lái)讀數(shù)誤差太大，因此該實(shí)驗(yàn)?zāi)苡玫降碾姳碇豢赡苡脙蓧K電流表。 兩塊電流表有可能串聯(lián)，也有可能并聯(lián)，但題目中電流表A2的內(nèi)阻r2已知，因此將兩電流表并聯(lián)，根據(jù)并聯(lián)規(guī)律I1r1=I2r2可求出電流表A1的內(nèi)阻r1=。 加在電流表兩端的電壓最大值Um=Imr2=0.375V，而滑動(dòng)變阻的最大阻值只有50Ω，如果將滑動(dòng)變阻器接成限流，會(huì)超過電流表的量程，將它們燒壞。如果僅僅將滑動(dòng)變阻器接成分壓，滑動(dòng)變阻器可調(diào)節(jié)的范圍很小，只有全長(zhǎng)的1/4，這樣測(cè)量的次數(shù)比較少。故應(yīng)將定值電阻R1接在干路上用作限流，電路圖如圖所示。 第24講 實(shí)驗(yàn)：測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 練習(xí)使用多用電表 教學(xué)目標(biāo) 掌握實(shí)驗(yàn)的目的、原理、步驟，會(huì)用圖像法處理測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，熟悉多用電表的結(jié)構(gòu)，掌握使用方法和步驟. 重點(diǎn)：用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 難點(diǎn)：多用電表的使用及原理 知識(shí)梳理 一、測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻。 2. 實(shí)驗(yàn)原理 如圖1所示，改變R的阻值，從電壓表和電流表中讀出幾組I、U值，利用閉合電路的歐姆定律求出幾組E、r值，最后分別算出它們的平均值。此外，還可以用作圖法來(lái)處理數(shù)據(jù)。即在坐標(biāo)紙上以I為橫坐標(biāo)，U為縱坐標(biāo),用測(cè)出的幾組I、U值畫出U-I圖象(如圖2)所得直線跟縱軸的交點(diǎn)即為電動(dòng)勢(shì)E值,圖線斜率的絕對(duì)值即為內(nèi)電阻r的值。 3. 實(shí)驗(yàn)器材 待測(cè)電池，電壓表( 0-3V ),電流表（0-0.6A），滑動(dòng)變阻器（10Ω），電鍵，導(dǎo)線。 4. 實(shí)驗(yàn)步驟 ⑴電流表用0.6A量程，電壓表用3V量程，按電路圖連接好電路。 ⑵ 把變阻器的滑動(dòng)片移到一端使阻值最大。 ⑶閉合電鍵，調(diào)節(jié)變阻器，使電流表有明顯示數(shù)，記錄一組數(shù)據(jù)（I1、U1），用同樣方法測(cè)量幾組I、U的值。 ⑷ 打開電鍵，整理好器材。 ⑸處理數(shù)據(jù)，用公式法和作圖法兩種方法求出電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的值。 5. 注意事項(xiàng) ⑴為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜大些，可選用已使用過一段時(shí)間的1號(hào)干電池。 ⑵干電池在大電流放電時(shí)，電動(dòng)勢(shì)E會(huì)明顯下降，內(nèi)阻r會(huì)明顯增大，故長(zhǎng)時(shí)間放電不宜超過0.3A，短時(shí)間放電不宜超過0.5A。因此，實(shí)驗(yàn)中不要將I調(diào)得過大，讀電表要快，每次讀完立即斷電。 ⑶要測(cè)出不少于6組I、U數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些，用方程組求解時(shí)，要將測(cè)出的I、U數(shù)據(jù)中，第1和第4為一組，第2和第5為一組，第3和第6為一組，分別解出E、r值再平均。 ⑷畫U-I圖線時(shí)，要使較多的點(diǎn)落在這條直線上或使各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)。個(gè)別偏離直線太遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去不予考慮。這樣，就可使偶然誤差得到部分的抵消，從而提高精確度。 ⑸干電池內(nèi)阻較小時(shí)路端電壓U的變化也較小，即不會(huì)比電動(dòng)勢(shì)小很多，這時(shí)，在畫U-I圖線時(shí)，縱軸的刻度可以不從零開始，而是根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)從某一恰當(dāng)值開始（橫坐標(biāo)I必須從零開始）。但這時(shí)圖線和橫軸的交點(diǎn)不再是短路電流。不過直線斜率的絕對(duì)值照樣還是電源的內(nèi)阻，這時(shí)要特別注意計(jì)算斜率時(shí)縱軸的刻度不從零開始。 二、練習(xí)使用多用電表 1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模壕毩?xí)使用多用電表測(cè)電阻。 2. 實(shí)驗(yàn)原理 多用電表由表頭、選擇開關(guān)和測(cè)量線路三部分組成（如圖），表頭是一塊高靈敏度磁電式電流表，其滿度電流約幾十到幾百A，轉(zhuǎn)換開關(guān)和測(cè)量線路相配合，可測(cè)量交流和直流電流、 交流和直流電壓及直流電阻等。測(cè)量直流電阻部分即歐姆表是依據(jù)閉合電路歐姆定律制成的, 原理如圖所示， 當(dāng)紅、黑表筆短接并調(diào)節(jié)R使指針滿偏時(shí)有： 當(dāng)表筆間接入待測(cè)電阻Rx時(shí)，有： 由①②得：當(dāng)Rx=R中時(shí)，Ix=1/2Ig，指針指在表盤刻度中心，故稱R中為 歐姆表的中值電阻，由③式可知每一個(gè)Rx都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的電流值Ix，如果在刻度盤上直接標(biāo)出與Ix對(duì)應(yīng)的Rx的值，那么當(dāng)紅、黑表筆分別接觸待測(cè)電阻的兩端，就可以從表盤上直接讀出它的阻值。由于電流和電阻的非線性關(guān)系，表盤上電流刻度是均勻的，其對(duì)應(yīng)的電阻刻度是不均勻的，電阻的零刻度在電流滿刻度處。 3. 實(shí)驗(yàn)器材 多用電表，標(biāo)明阻值為幾歐、幾十歐、幾百歐、幾千歐的定值電阻各一個(gè)，小螺絲刀。 4.實(shí)驗(yàn)步驟 ⑴機(jī)械調(diào)零，用小螺絲刀旋動(dòng)定位螺絲使指針指在左端電流零刻度處，并將紅、黑表筆分別接入“+”、“－”插孔。 ⑵ 選擋：選擇開關(guān)置于歐姆表“1”擋。 ⑶短接調(diào)零：在表筆短接時(shí)調(diào)整歐姆擋的調(diào)零旋鈕使指針指在右端電阻零刻度處，若“歐姆零點(diǎn)”旋鈕右旋到底也不能調(diào)零，應(yīng)更換表內(nèi)電池。 ⑷測(cè)量讀數(shù)：將表筆搭接在待測(cè)電阻兩端，讀出指示的電阻值并與標(biāo)定值比較，隨即斷開表筆。 ⑸換一個(gè)待測(cè)電阻，重復(fù)以上2、3、4步驟，選擇開關(guān)所置位置由被測(cè)電阻值與中值電阻值共同決定，可置于“1”或“10”或“100”或“1k”擋。 ⑹多用電表用完后，將選擇開關(guān)置于“OFF”擋或交變電壓的最高擋，拔出表筆。 5. 注意事項(xiàng) ⑴多用電表在使用前，應(yīng)先觀察指針是否指在電流表的零刻度，若有偏差，應(yīng)進(jìn)行機(jī)械調(diào)零。 ⑵測(cè)量時(shí)手不要接觸表筆的金屬部分。 ⑶合理選擇量程，使指針盡可能指在中間刻度附近.若指針偏角太大，應(yīng)改換低擋位； 若指針偏角太小，應(yīng)改換高擋位。每次換擋后均要重新短接調(diào)零，讀數(shù)時(shí)應(yīng)將指針示數(shù)乘以擋位倍率。 ⑷測(cè)量完畢后應(yīng)拔出表筆，選擇開頭置OFF擋或交流電壓最高擋，電表長(zhǎng)期不用時(shí)應(yīng)取出電池，以防電池漏液腐蝕。 題型講解 1. 測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 現(xiàn)有器材：量程為10.0mA、內(nèi)阻約30-40的電流表一個(gè)，定值電阻R1=150，定值電阻R2=100，單刀單擲開關(guān)K，導(dǎo)線若干。要求利用這些器材測(cè)量一干電池（電動(dòng)勢(shì)約1.5V）的電動(dòng)勢(shì)。 （1）按要求在實(shí)物圖上連線。 （2）用已知量和直接測(cè)得量表示的待測(cè)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為E= ，式中各直接測(cè)得量的意義是： . 【解析】根據(jù)提供的器材，可任取一個(gè)定值電阻與電流表、干電池、開關(guān)接成一個(gè)串聯(lián)電路，用歐姆定律建立方程組進(jìn)行測(cè)量。但在本題中，電流表量程為10.0mA，干電池的電動(dòng)勢(shì)約為1.5V，如果把定值電阻R1與電流表、干電池、開關(guān)接成一個(gè)串聯(lián)電路，則回路中總電阻約為180，回路中電流約為1.5V /180=8.3mA，而如果把定值電阻R2與電流表、干電池、開關(guān)接成一個(gè)串聯(lián)電路，，則回路中總電阻約為130，回路中電流約為 1.5V /130=11.5mA， 顯然，該電流已超過電流表的量程。考慮到實(shí)驗(yàn)的可行性，此時(shí)用定值電阻R2與R1串聯(lián)即可，故有如下解答： （1）連圖：左圖只用R1接入電路；右圖用R1和R2串聯(lián)接入電路。(連線如圖) （2）設(shè)I1是外電阻為R1時(shí)的電流，I2是外電阻為R1和R2串聯(lián)時(shí)的電流，則有 ， 解之，可解得干電池電動(dòng)勢(shì)為：. 2. 多用電表的使用 （1）用多用表的歐姆檔測(cè)量阻值約為幾十kW的電阻Rx，以下給出的是可能的操作步驟，其中S為選擇開關(guān)，P為歐姆檔調(diào)零旋鈕，把你認(rèn)為正確的步驟前的字母按合理的順序填寫在下面的橫線上__________________。 a．將兩表筆短接，調(diào)節(jié)P使指針對(duì)準(zhǔn)刻度盤上歐姆檔的零刻度，斷開兩表筆 b．將兩表筆分別連接到被測(cè)電阻的兩端，讀出Rx的阻值后，斷開兩表筆 c．旋轉(zhuǎn)S使其尖端對(duì)準(zhǔn)歐姆檔1k d．旋轉(zhuǎn)S使其尖端對(duì)準(zhǔn)歐姆檔100 e．旋轉(zhuǎn)S使其尖端對(duì)準(zhǔn)交流500V檔，并拔出兩表筆 根據(jù)右圖所示指針位置，此被測(cè)電阻的阻值約為___________W。 （2）（多選題）下述關(guān)于用多用表歐姆檔測(cè)電阻的說法中正確的是 A．測(cè)量電阻時(shí)如果指針偏轉(zhuǎn)過大，應(yīng)將選擇開關(guān)S撥至倍率較小的檔位，重新調(diào)零后測(cè)量 B．測(cè)量電阻時(shí)，如果紅、黑表筆分別插在負(fù)、正插孔，則會(huì)影響測(cè)量結(jié)果 C．測(cè)量電路中的某個(gè)電阻，應(yīng)該把該電阻與電路斷開 D．測(cè)量阻值不同的電阻時(shí)都必須重新調(diào)零 【解析】（1）測(cè)量幾十kW的電阻Rx我們一般選擇較大的檔位先粗測(cè)，使用前應(yīng)先進(jìn)行調(diào)零，然后依據(jù)歐姆表的示數(shù)，在更換檔位，重新調(diào)零，在進(jìn)行測(cè)量；使用完畢應(yīng)將選擇開關(guān)置于OFF位置或者交流電壓最大檔，拔出表筆。歐姆表的示數(shù)乘以相應(yīng)檔位的倍率即為待測(cè)電阻的阻值30kW。 （2）歐姆檔更換規(guī)律“大小，小大”，即當(dāng)指針偏角較大時(shí)，表明待測(cè)電阻較小，應(yīng)換較小的檔位；反之應(yīng)還較大的檔位。電流總是從紅表筆流入從黑表筆流出多用電表，每次換擋一定要進(jìn)行歐姆調(diào)零，測(cè)量電阻一定要斷電作業(yè)。 【答案】（1）c、a、b、e，30k，（2）A、C 點(diǎn)評(píng)：⑴掌握多用電表測(cè)電壓、電流、電阻的方法 ⑵歐姆表中電源的正、負(fù)極和紅、黑表筆正、負(fù)插孔區(qū)別