選修3-1第二章恒定電流第8-10節(jié)多用電表的使用,測定電池的電動勢和內阻

PAGE教育學科教師輔導講義課題實驗:練習使用多用電表、測電源的電動勢和內阻教學目的了解多用電表的構造和原理,掌握多用電表的使用方法.會使用多用電表測電壓、電阻和電流會用電壓表和電流表測電池的電動勢和內阻教學內容課前檢測1.一學生使用多用電表測電阻，他在實驗中有違反使用規(guī)定之處，他的主要實驗步驟如下： A．把選擇開關置于“×1” B．把表筆插入插孔中，先把兩表筆相接觸，旋轉調零旋鈕，使指針指在電阻刻度的零位置上； C．把兩表筆分別與某一待測電阻的兩端相連，發(fā)現這時指針偏轉角度較??； D．換用“×100”擋，發(fā)現這時指針偏轉適中，隨即記下電阻值；E．把表筆從插孔中拔出后，就把多用電表放回桌上原處，實驗完畢．這個學生已經注意到在測量時待測電阻與其他元件和電源斷開，不用手碰表筆的金屬桿．這個學生在實驗中哪一個或哪些步驟違反了使用規(guī)定？2.某同學測量一只未知阻值的電阻． (1)他先用多用電表進行測量，按照正確的步驟操作后，測量的結果如圖7－7－14所示．請你讀出其阻值大小為________．為了使多用電表測量的結果更準確，該同學接著應該進行哪些操作？ ①________________________________________________________________________. ②________________________________________________________________________. ③________________________________________________________________________. ④________________________________________________________________________. (2)若該同學再用“伏安法”測量該電阻，所用器材如圖7－7－15所示，其中電壓表內阻約為5kΩ，電流表內阻約為5Ω，變阻器阻值為50Ω.圖中部分連線已經連接好，為了盡可能準確地測量電阻，請你完成其余的連線． (3)該同學按照“伏安法”測量電阻的要求連接好圖7－7－15電路后，按照正確的連接方式測得的電阻值將________(填“大于”“小于”或“等于”)被測電阻的實際阻值。3.在“用電流表和電壓表測電池的電動勢和內電阻”的實驗中，提供的器材有： A．干電池一節(jié) B．電流表(量程0.6A) C．電壓表(量程3V) D．開關S和若干導線E．滑動變阻器R1(最大阻值20Ω，允許最大電流1A)F．滑動變阻器R2(最大阻值300Ω，允許最大電流0.5A)G．滑動變阻器R3(最大阻值1000Ω，允許最大電流0.1A)(1)①按如圖7－6－4所示電路測量干電池的電動勢和內阻，滑動變阻器應選________(填寫代號)．②為使測量盡可能精確，用筆畫線代替導線將如圖7－6－5所示的實物圖連接成實驗電路(已連接了部分線)，要求變阻器的滑動觸頭滑至最右端時，其使用電阻值最大．(2)實驗步驟：①按實驗要求連接好電路．閉合開關前把變阻器的滑動觸頭滑至一端，使接入電路的阻值最大；②閉合開關，調節(jié)滑動變阻器，使________的指針有明顯偏轉，讀取________和________的示數．用同樣方法測量多組數據；③斷開開關，整理好器材；④數據處理．(3)將實驗測得的數據標在如圖7－6－6所示的坐標圖中，請作出U—I圖線，由此求得待測電池的電動勢E＝______V，內電阻r＝________Ω.(結果保留三位有效數字)答案：1.D、E兩個步驟中存在錯誤2.(1)1.0kΩ或1000Ω ①將選擇開關打到“×100”②將兩表筆短接，調節(jié)調零旋鈕，進行歐姆擋調零； ③再將被測電阻接到兩表筆之間測量其阻值并讀出讀數； ④測量完畢將選擇開關打到“OFF”擋． (2)如右圖 (3)大于3.(1)①E(或R1)②如右面左圖(2)②電流表電流表電壓表(3)如右面右圖1.501.88(E：1.47～1.50V，r：1.80～1.88Ω均算對)知識點梳理多用電表的使用方法實驗目的利用多用電表測電阻實驗原理1．表盤： 多用電表可以用來測量電流、電壓、電阻等，并且每一種測量都有幾個量程．外形見圖7－7－1，上半部為表頭，表盤上有電流、電壓、電阻等多種量程的刻度；下半部為選擇開關，它的四周刻有各種測量項目和量程．另外，還有歐姆表的調零旋鈕，機械調零旋鈕和測試筆的插孔．2.歐姆表測電阻的原理是閉合電路歐姆定律，歐姆表內部電路結構如圖7－7－2所示．R為調零電阻，紅黑表筆短接，進行歐姆調零時，指針滿偏．根據閉合電路歐姆定律有Ig＝當紅黑表筆之間接有未知電阻Rx時，有I＝故每一個未知電阻都對應一個電流值I.我們在刻度盤上直接算出I對應的Rx的值，所測電阻Rx即可從表盤上直接讀出．由于I與R的非線性關系，表盤上電流刻度是均勻的，其對應的電阻刻度卻是不均勻的，電阻的零刻度在電流滿偏處．當Rx＝Rg＋R＋r時，I＝指針半偏，所以歐姆表的內阻等于中值電阻．3．內部結構：多用電表是由一個小量程的電流表與若干元件組成的，每進行一種測量時，只使用其中一部分電路，其他部分不起作用．將多用電表的選擇開關旋轉到電流擋，多用電表內的電流表電路就被接通；選擇開關旋轉到電壓擋或電阻擋，表內的電壓表電路或歐姆表電路就被接通．說明:(1)電阻零刻度在刻度盤的最右端，即與電流的最大刻度重合；電阻無限大，刻度與最左端的電流零刻度重合．(2)歐姆表的刻度不均勻(3)歐姆擋選倍率在不知道待測電阻的估計值時，應先從小倍率開始，熟記“小倍率小角度偏，大倍率大角度偏”(因為歐姆擋的刻度盤上越靠左讀數越大，且測量前指針指在左側“∞”處)．(4)歐姆表的讀數待測電阻的阻值應為表盤讀數乘以倍率．為了減小讀數誤差，指針應指表盤到的部分，即中央刻度附近．實驗器材:多用電表、電學黑箱、直流電源、開關、導線若干、小電珠、二極管、定值電阻(大、中、小)三個．實驗步驟:1．觀察多用電表的外形，認識選擇開關的測量項目及量程．2．檢查多用電表的指針是否停在表盤刻度左端的零位置．若不指零，則可用小螺絲刀進行機械調零．3．將紅、黑表筆分別插入“＋”“－”插孔．4．如圖7－7－3(1)所示連好電路，將多用電表選擇開關置于直流電壓擋，測小電珠兩端的電壓．5．如圖7－7－3(2)所示連好電路，將選擇開關置于直流電流擋，測量通過小電珠的電流．6．利用多用電表的歐姆擋測三個定值電阻的阻值，比較測量值和真實值的誤差；7．研究二極管的單向導電性，利用多用電表的歐姆擋測二極管兩個引線間的電阻，確定正負極．★注意事項:使用多用電表“十一忌”(1)忌不調零就使用多用電表．(2)忌搞錯連接方式，測電壓需并聯，測電流需串聯．(3)忌搞反直流電流方向，直流電要從正測試筆插孔流入，從負測試筆插孔流出．(4)忌用手接觸測試筆的金屬桿，特別在測電阻時，更應注意不要用手接觸測試筆的金屬桿．(5)忌用直流電擋位測交流電．(6)忌不進行歐姆調零，就用多用電表測電阻值．(8)忌把電阻同其他電路連在一起進行測量．(9)忌只看讀數不乘倍率．(10)忌把電池裝在多用電表內長期不用．(11)多用電表不用時，忌選擇開關置于歐姆擋．誤差分析:1.測電阻時，刻度線不均勻造成讀數誤差.2.電池用舊后由于電動勢下降，會使電阻測量值偏大.3.用多用電表測電流、電壓時，誤差主要來自電表內阻影響，使所測電流、電壓值均小于真實值.4.傳感器中的誤差主要來自于溫度計的讀數.測定電池的電動勢和內阻實驗目的1．用電流表和電壓表測定電池的電動勢和內電阻．2．進一步加深對閉合電路歐姆定律的理解．3．進一步熟練掌握，電壓表和電流表的使用方法．實驗原理本實驗的依據是閉合電路的歐姆定律，實驗電路如圖7－6－1所示．改變變阻器的阻值，從電流表、電壓表中讀出幾組U、I值，由U＝E－Ir可得E=、r＝以上方法誤差較大，為減小誤差，實驗中至少測出6組U、I值，且變化范圍要大些，然后在U—I圖中描點作圖，所得直線跟縱軸的交點即為電動勢值，圖線斜率的絕對值即為內阻r的值．如圖7－6－2所示．實驗器材電池(被測電源)、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關、導線、坐標紙．實驗步驟一、連接電路1．電流表用0.6A量程，電壓表用3V量程，按圖7－6－1連接好電路．二、測量與記錄2．把變阻器的滑片移動到使用阻值最大的一端．3．閉合開關，調節(jié)變阻器，使電流表有明顯示數并記錄一組數據(I1、U1)．用同樣方法測量幾組I、U值．三、數據處理、整理器材4．斷開開關，拆除電路整理好器材．5．取坐標紙，以電流I為橫軸，路端電壓U為縱軸，描繪出所記錄的各組I、U值的對應點，連成U－I圖線．延長U－I圖線，它與坐標軸有兩個交點，讀取E、I短，進一步可以算出r＝如圖7－6－2所示．★注意事項1．為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內阻應選大些(選用已使用過一段時間的干電池)；2．在實驗中不要將I調得過大，每次讀完U和I的數據后應立即斷開電源，以免干電池在大電流放電時老化現象嚴重，使得E和r明顯變化．3．測出不少于6組I、U數據，且變化范圍要大些，用方程組求解時，類似于逐差法，要將測出的I、U數據中，第1和第4組為一組，第2和第5組為一組，第3和第6組為一組，分別解出E、r值再求平均．4．干電池內阻較小時，U的變化較小，此時，坐標圖中數據點將呈現如圖7－6－3(甲)所示的狀況，使下部大面積空間得不到利用．為此，可使縱坐標不從零開始而是根據測得的數據從某一恰當值開始(橫坐標I必須從零開始)，如圖7－6－3(乙)所示，并且把縱坐標的比例放大，可使結果的誤差減?。藭r圖線與橫軸交點不表示短路電流而圖線與縱軸的截距仍為電動勢．要在直線上任取兩個相距較遠的點，用r＝計算出電池的內阻r.重難點突破1.多用電表表頭的示意圖如圖7－7－4所示．在正確操作的情況下：(1)若選擇開關的位置如灰箭頭所示，則測量的物理量是________，測量結果為________．(2)若選擇開關的位置如白箭頭所示，則測量的物理量是________，測量結果為________．(3)若選擇開關的位置如黑箭頭所示，則測量的物理量是________，測量結果為________．(4)若選擇開關的位置如黑箭頭所示，正確操作后發(fā)現指針的偏轉角很小，那么接下來的正確操作步驟應該依次為：______________，______________，______________.(5)全部測量結束后，應該選擇開關撥到________或者________．(6)無論用多用電表進行何種測量(限于直流)，電流都應該從________色表筆經________插孔流入電表．答案：(1)直流電壓1.24V(2)直流電流49mA(3)電阻1.7kΩ(4)改用×1kΩ倍率，重新歐姆調零，測量、讀數(5)OFF擋交流電壓最高擋(6)紅正2.(2009·全國Ⅰ)如圖7－7－17所示的電路中，1、2、3、4、5、6為連接點的標號．在開關閉合后，發(fā)現小燈泡不亮．現用多用電表檢查電路故障，需要檢測的有：電源、開關、小燈泡、3根導線以及電路中的各連接點．為了檢測小燈泡以及3根導線，在連接點1、2已接好的情況下，應當選用多用電表的________擋．在連接點1、2同時斷開的情況下，應當選用多用電表的________擋．(2)在開關閉合情況下，若測得5、6兩點間的電壓接近電源的電動勢，則表明___________________________________________可能有故障． (3)將小燈泡拆離電路，寫出用多用電表檢測該小燈泡是否有故障的具體步驟．答案：(1)電壓歐姆(2)開關或連接點5、6(3)①將多用電表擋位調至歐姆擋；②將紅、黑表筆相接，檢查歐姆擋能否正常工作；③測量小燈泡的電阻．如電阻為無窮大，表明小燈泡有故障．解析：用多用電表歐姆擋測電阻時必須將其從電路中斷開，在點1和點2已接好的情況下，應選用多用電表的電壓擋測量各器材兩端的電壓；點1和點2同時斷開時，可以用歐姆擋進行測量．在開關閉合時，若測得5、6兩點間電壓接近電源電動勢，可知開關或連接點5、6出現故障．把小燈泡拆離電路后，檢驗小燈泡是否斷路可用多用電表的歐姆擋，調零后進行測量，如果電阻無窮大，說明燈泡是斷路的．3.某同學要測量一節(jié)舊電池的電動勢和內阻，實驗器材僅有一個電流表、一個電阻箱、一個開關和導線若干，該同學按如圖7－6－7所示電路進行實驗，測得的數據如下表所示．(1)若利用圖象確定電池的電動勢和內阻，則應作________(選填“R－I”或“R－1/I”)圖象；(2)利用測得的數據在坐標紙7－6－8上畫出適當的圖象；(3)由圖象可知，該電池的電動勢E＝________V，內阻r＝________Ω；(4)利用該實驗電路測出的電動勢E測和內阻r測與真實值E真和r真相比，理論上E測________E真，r測________r真(選填“＞”、“＜”或“＝”)．答案：(1)R－1/I(2)見解析圖(3)6.0(5.8～6.2都正確)2.0(1.8～2.2都正確)(4)＝＞解析：根據閉合電路歐姆定律有E＝I(R＋r)，得R＝－r，若作出R—I圖象，圖線為曲線，無法根據圖線的截距和斜率求出電源電動勢E和電源內阻r.若作出R—1/I圖象，則圖線為直線，圖線斜率等于電源的電動勢，與R軸截距的絕對值為r.若考慮電流表內阻，則E＝I(R＋RA＋r)，所以E測＝E真，r測＞r真．4.硅光電池是一種可將光能轉換為電能的器件．某同學用圖7－6－9所示電路探究硅光電池的路端電壓U與總電流I的關系．圖中R0為已知定值電阻，電壓表視為理想電壓表．請根據圖7－6－9所示，用筆畫線代替導線將圖7－6－10中的實驗器材連接成實驗電路．若電壓表V2的讀數為U0，則I＝________.③實驗一：用一定強度的光照射硅光電池，調節(jié)滑動變阻器，通過測量得到該電池的U－I曲線a，如圖7－6－11所示．由此可知電池內阻________(填“是”或“不是”)常數，短路電流為________mA，電動勢為________V.實驗二：減小實驗一中光的強度，重復實驗，測得U－I曲線b，如圖7－6－11所示．當滑動變阻器的電阻為某值時，若實驗一中的路端電壓為1.5V，則實驗二中外電路消耗的電功率為________mW(計算結果保留兩位有效數字)．答案：①如圖所示不是0.295(0.293～0.297)2.67(2.64～2.68)0.065(0.060～0.070)解析:①連實物圖注意：先把表、表放一邊，將主回路連起來即從電源正極出發(fā)，到電鍵S，再到R、R0，回到電源負極，再將表并聯到R0兩端，表并聯在R＋R0兩端，如答案圖所示．②由部分電路歐姆定律得：I＝ ③U－I圖線斜率的絕對值表示電池內阻，由圖知：圖象斜率在變，故知電池內阻不是常數；圖線的橫軸截距表示短路電流，故短路電流為0.295mA；圖線的縱軸截距表示電池的電動勢，由圖知：E＝2.67V.④若實驗一中路端電壓為1.5V時，由圖線a可知，I＝2.15×10－4A，即圖中的A點，取坐標原點為O，用直線連結OA，如圖所示，則OA的斜率代表該電路外電阻R外＝R0＋R，為一定值．直線OA交圖線b于B點，B點坐標為(0.68V,96×10－6A)，則實驗二中外電路消耗的電功率為P＝UI課堂練習1.(1)某多用電表的歐姆擋中間刻度值是“15”，一位同學在用它來測量電阻時，先將選擇開關旋至“×10”擋處，然后進行調零，再將兩支表筆分別與電阻的兩個引線接觸，結果指針指在刻度值為“100”至 (2)圖7－7－21中電源電動勢為E，內阻可忽略不計；電流表具有一定的內阻，電壓表的內阻不是無限大，S為單刀雙擲開關，R為待測電阻．當S向電壓表一側閉合時，電壓表讀數為U1，電流表讀數為I1；當S向R一側閉合時，電流表讀數為I2. ①根據已知條件與測量數據，可以得出待測電阻R＝____________. ②根據圖7－7－21所給出的電路，在圖7－7－22的各器件實物圖之間補畫出連接的導線．2.(1)用20分度的游標卡尺測物體的長度，如圖7－7－7所示，讀數為________m．用螺旋測微器測物體的厚度，如圖7－7－8所示，讀數為________m.(2)某同學為了測定一只電阻的阻值，采用了如下方法：①用多用電表粗測：多用電表電阻擋有4個倍率：分別為×1k、×100、×10、×1，該同學選擇×100倍率，用正確的操作步驟測量時，發(fā)現指針偏轉角度太大(指針位置如圖7－7－9中虛線所示)．為了較準確地進行測量，請你補充完整下列依次應該進行的主要操作步驟：a．____________________________________________________.b．兩表筆短接，調節(jié)歐姆調零旋鈕，使指針指在0Ω處．c．重新測量并讀數，若這時刻度盤上的指針位置如圖中實線所示，測量結果是________．②該同學用伏安法繼續(xù)測定這只電阻的阻值，除被測電阻外，還有如下實驗儀器A．直流電源(電壓3V，內阻不計)B．電壓表V1(量程0～3V，內阻約為5kΩ)C．電壓表V2(量程0～15V，內阻約為25kΩ)D．電流表A1(量程0～25mA，內阻約為1Ω)E．電流表A2(量程0～250mA，內阻約為0.1Ω)F．滑動變阻器一只，阻值0～20ΩG．電鍵一只，導線若干在上述儀器中，電壓表應選擇（填“V1”或“V2”），電流表應選擇（填“V1”或“V2”）請在方框內畫出電路原理圖3．為了測定電源電動勢E的大小、內電阻r和定值電阻R0的阻值，某同學利用DIS設計了如圖7－6－13所示的電路．閉合電鍵S1，調節(jié)滑動變阻器的滑動觸頭P向某一方向移動時，用電壓傳感器1、電壓傳感器2和電流傳感器測得數據，并根據測量數據計算機分別描繪了如圖7－6－14所示的M、N兩條U－I直線．請回答下列問題： (1)根據圖7－6－14中的M、N兩條直線可知() A．直線M是根據電壓傳感器1和電流傳感器的數據畫得的 B．直線M是根據電壓傳感器2和電流傳感器的數據畫得的 C．直線N是根據電壓傳感器1和電流傳感器的數據畫得的 D．直線N是根據電壓傳感器2和電流傳感器的數據畫得的 (2)圖象中兩直線交點處電路中的工作狀態(tài)是() A．滑動變阻器的滑動頭P滑到了最左端B．電源的輸出功率最大 C．定值電阻R0上消耗的功率為0.5WD．電源的效率達到最大值 (3)根據圖7－6－14可以求得定值電阻R0＝________Ω，電源電動勢E＝________V，內電阻r＝________Ω. 4.(2010·宜昌調研)現有一特殊的電池，其電動勢E約為9V，內阻r在35Ω～55Ω范圍，最大允許電流為50mA.為測定這個電池的電動勢和內阻，某同學利用如圖7－6－15甲所示的電路進行實驗．圖中電壓表的內電阻很大，對電路的影響可以不計，R為電阻箱，阻值范圍為0～9999Ω，R0是定值電阻． (1)實驗室備有的保護電阻R0有以下幾種規(guī)格，本實驗應選用() A．10Ω，2.5WB．50Ω，1.0WC．150Ω，1.0WD．1500Ω，5.0W (2)該同學接入符合要求的R0后，閉合開關S，調整電阻箱的阻值讀出電壓表的示數U再改變電阻箱阻值，取得多組數據，作出了如圖7－6－15乙所示的圖線．則根據該同學所作的圖線可知圖象的橫坐標與縱坐標的比值表示________． (3)根據乙圖所作出的圖象求得該電池的電動勢E為________V，內電阻r為________Ω. 答案：1.(1)×100重新調零 (2)①R＝eq\f(E,I2)－eq\f(E－U1,I1) ②連線如圖2.(1)3.145×10－26．101×10－3～6.103×10－3(2)①a.換用倍率×10的擋c．120Ω②V1A1原理圖如右圖所示3.(1)BC(2)AC(3)2.01.501.04.(1)C(2)回路中的電流(3)1050課后作業(yè)1.（09年上海物理）15．（8分）（1）用多用表的歐姆檔測量阻值約為幾十k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，P為歐姆檔調零旋鈕，把你認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，調節(jié)P使指針對準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電阻的兩端，讀出Rx的阻值后，斷開兩表筆c．旋轉S使其尖端對準歐姆檔1kd．旋轉S使其尖端對準歐姆檔100e．旋轉S使其尖端對準交流500V檔，并拔出兩表筆根據右圖所示指針位置，此被測電阻的阻值約為___________。（2）（多選題）下述關于用多用表歐姆檔測電阻的說法中正確的是A．測量電阻時如果指針偏轉過大，應將選擇開關S撥至倍率較小的檔位，重新調零后測量B．測量電阻時，如果紅、黑表筆分別插在負、正插孔，則會影響測量結果C．測量電路中的某個電阻，應該把該電阻與電路斷開D．測量阻值不同的電阻時都必須重新調零2.在如圖7－7－5所示的電路中，閉合開關時，小電珠不亮，已經確定是小電珠斷路或短路引起的，在不能拆開電路的情況下(開關可閉合，可斷開)，現用一個多用電表的直流電壓擋、直流電流擋和歐姆擋分別對故障電路作了如下檢查并作出判斷(如表所示)：以上操作和判斷正確的是()A．1 B．2 C．3 D．43．某課題研究小組，選用下列器材測定某型號手機所用鋰電池的電動勢E和內阻r.(電動勢約為4V，內阻在幾歐到幾十歐之間) A．電壓表V(量程6V，內阻約為6.0kΩ)B．電流表A(量程2mA，內阻約為50Ω) C．電阻箱R(0～999.9Ω)D．開關S一只、導線若干 (1)某同學從上述器材中選取了電流表和電阻箱測鋰電池的電動勢和內阻，你認為可行嗎？請說明理由：___________________________________________________________. (2)今用上述器材中的電壓表和電阻箱測鋰電池的電動勢和內阻，請畫出實驗電路圖．