选修3-1第二章恒定电流第8-10节多用电表的使用,测定电池的电动势和内阻

PAGE教育学科教师辅导讲义课题实验:练习使用多用电表、测电源的电动势和内阻教学目的了解多用电表的构造和原理,掌握多用电表的使用方法.会使用多用电表测电压、电阻和电流会用电压表和电流表测电池的电动势和内阻教学内容课前检测1.一学生使用多用电表测电阻，他在实验中有违反使用规定之处，他的主要实验步骤如下： A．把选择开关置于“×1” B．把表笔插入插孔中，先把两表笔相接触，旋转调零旋钮，使指针指在电阻刻度的零位置上； C．把两表笔分别与某一待测电阻的两端相连，发现这时指针偏转角度较小； D．换用“×100”挡，发现这时指针偏转适中，随即记下电阻值；E．把表笔从插孔中拔出后，就把多用电表放回桌上原处，实验完毕．这个学生已经注意到在测量时待测电阻与其他元件和电源断开，不用手碰表笔的金属杆．这个学生在实验中哪一个或哪些步骤违反了使用规定？2.某同学测量一只未知阻值的电阻． (1)他先用多用电表进行测量，按照正确的步骤操作后，测量的结果如图7－7－14所示．请你读出其阻值大小为________．为了使多用电表测量的结果更准确，该同学接着应该进行哪些操作？ ①________________________________________________________________________. ②________________________________________________________________________. ③________________________________________________________________________. ④________________________________________________________________________. (2)若该同学再用“伏安法”测量该电阻，所用器材如图7－7－15所示，其中电压表内阻约为5kΩ，电流表内阻约为5Ω，变阻器阻值为50Ω.图中部分连线已经连接好，为了尽可能准确地测量电阻，请你完成其余的连线． (3)该同学按照“伏安法”测量电阻的要求连接好图7－7－15电路后，按照正确的连接方式测得的电阻值将________(填“大于”“小于”或“等于”)被测电阻的实际阻值。3.在“用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻”的实验中，提供的器材有： A．干电池一节 B．电流表(量程0.6A) C．电压表(量程3V) D．开关S和若干导线E．滑动变阻器R1(最大阻值20Ω，允许最大电流1A)F．滑动变阻器R2(最大阻值300Ω，允许最大电流0.5A)G．滑动变阻器R3(最大阻值1000Ω，允许最大电流0.1A)(1)①按如图7－6－4所示电路测量干电池的电动势和内阻，滑动变阻器应选________(填写代号)．②为使测量尽可能精确，用笔画线代替导线将如图7－6－5所示的实物图连接成实验电路(已连接了部分线)，要求变阻器的滑动触头滑至最右端时，其使用电阻值最大．(2)实验步骤：①按实验要求连接好电路．闭合开关前把变阻器的滑动触头滑至一端，使接入电路的阻值最大；②闭合开关，调节滑动变阻器，使________的指针有明显偏转，读取________和________的示数．用同样方法测量多组数据；③断开开关，整理好器材；④数据处理．(3)将实验测得的数据标在如图7－6－6所示的坐标图中，请作出U—I图线，由此求得待测电池的电动势E＝______V，内电阻r＝________Ω.(结果保留三位有效数字)答案：1.D、E两个步骤中存在错误2.(1)1.0kΩ或1000Ω ①将选择开关打到“×100”②将两表笔短接，调节调零旋钮，进行欧姆挡调零； ③再将被测电阻接到两表笔之间测量其阻值并读出读数； ④测量完毕将选择开关打到“OFF”挡． (2)如右图 (3)大于3.(1)①E(或R1)②如右面左图(2)②电流表电流表电压表(3)如右面右图1.501.88(E：1.47～1.50V，r：1.80～1.88Ω均算对)知识点梳理多用电表的使用方法实验目的利用多用电表测电阻实验原理1．表盘： 多用电表可以用来测量电流、电压、电阻等，并且每一种测量都有几个量程．外形见图7－7－1，上半部为表头，表盘上有电流、电压、电阻等多种量程的刻度；下半部为选择开关，它的四周刻有各种测量项目和量程．另外，还有欧姆表的调零旋钮，机械调零旋钮和测试笔的插孔．2.欧姆表测电阻的原理是闭合电路欧姆定律，欧姆表内部电路结构如图7－7－2所示．R为调零电阻，红黑表笔短接，进行欧姆调零时，指针满偏．根据闭合电路欧姆定律有Ig＝当红黑表笔之间接有未知电阻Rx时，有I＝故每一个未知电阻都对应一个电流值I.我们在刻度盘上直接算出I对应的Rx的值，所测电阻Rx即可从表盘上直接读出．由于I与R的非线性关系，表盘上电流刻度是均匀的，其对应的电阻刻度却是不均匀的，电阻的零刻度在电流满偏处．当Rx＝Rg＋R＋r时，I＝指针半偏，所以欧姆表的内阻等于中值电阻．3．内部结构：多用电表是由一个小量程的电流表与若干元件组成的，每进行一种测量时，只使用其中一部分电路，其他部分不起作用．将多用电表的选择开关旋转到电流挡，多用电表内的电流表电路就被接通；选择开关旋转到电压挡或电阻挡，表内的电压表电路或欧姆表电路就被接通．说明:(1)电阻零刻度在刻度盘的最右端，即与电流的最大刻度重合；电阻无限大，刻度与最左端的电流零刻度重合．(2)欧姆表的刻度不均匀(3)欧姆挡选倍率在不知道待测电阻的估计值时，应先从小倍率开始，熟记“小倍率小角度偏，大倍率大角度偏”(因为欧姆挡的刻度盘上越靠左读数越大，且测量前指针指在左侧“∞”处)．(4)欧姆表的读数待测电阻的阻值应为表盘读数乘以倍率．为了减小读数误差，指针应指表盘到的部分，即中央刻度附近．实验器材:多用电表、电学黑箱、直流电源、开关、导线若干、小电珠、二极管、定值电阻(大、中、小)三个．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7－7－3(1)所示连好电路，将多用电表选择开关置于直流电压挡，测小电珠两端的电压．5．如图7－7－3(2)所示连好电路，将选择开关置于直流电流挡，测量通过小电珠的电流．6．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．★注意事项:使用多用电表“十一忌”(1)忌不调零就使用多用电表．(2)忌搞错连接方式，测电压需并联，测电流需串联．(3)忌搞反直流电流方向，直流电要从正测试笔插孔流入，从负测试笔插孔流出．(4)忌用手接触测试笔的金属杆，特别在测电阻时，更应注意不要用手接触测试笔的金属杆．(5)忌用直流电挡位测交流电．(6)忌不进行欧姆调零，就用多用电表测电阻值．(8)忌把电阻同其他电路连在一起进行测量．(9)忌只看读数不乘倍率．(10)忌把电池装在多用电表内长期不用．(11)多用电表不用时，忌选择开关置于欧姆挡．误差分析:1.测电阻时，刻度线不均匀造成读数误差.2.电池用旧后由于电动势下降，会使电阻测量值偏大.3.用多用电表测电流、电压时，误差主要来自电表内阻影响，使所测电流、电压值均小于真实值.4.传感器中的误差主要来自于温度计的读数.测定电池的电动势和内阻实验目的1．用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻．2．进一步加深对闭合电路欧姆定律的理解．3．进一步熟练掌握，电压表和电流表的使用方法．实验原理本实验的依据是闭合电路的欧姆定律，实验电路如图7－6－1所示．改变变阻器的阻值，从电流表、电压表中读出几组U、I值，由U＝E－Ir可得E=、r＝以上方法误差较大，为减小误差，实验中至少测出6组U、I值，且变化范围要大些，然后在U—I图中描点作图，所得直线跟纵轴的交点即为电动势值，图线斜率的绝对值即为内阻r的值．如图7－6－2所示．实验器材电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸．实验步骤一、连接电路1．电流表用0.6A量程，电压表用3V量程，按图7－6－1连接好电路．二、测量与记录2．把变阻器的滑片移动到使用阻值最大的一端．3．闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据(I1、U1)．用同样方法测量几组I、U值．三、数据处理、整理器材4．断开开关，拆除电路整理好器材．5．取坐标纸，以电流I为横轴，路端电压U为纵轴，描绘出所记录的各组I、U值的对应点，连成U－I图线．延长U－I图线，它与坐标轴有两个交点，读取E、I短，进一步可以算出r＝如图7－6－2所示．★注意事项1．为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻应选大些(选用已使用过一段时间的干电池)；2．在实验中不要将I调得过大，每次读完U和I的数据后应立即断开电源，以免干电池在大电流放电时老化现象严重，使得E和r明显变化．3．测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大些，用方程组求解时，类似于逐差法，要将测出的I、U数据中，第1和第4组为一组，第2和第5组为一组，第3和第6组为一组，分别解出E、r值再求平均．4．干电池内阻较小时，U的变化较小，此时，坐标图中数据点将呈现如图7－6－3(甲)所示的状况，使下部大面积空间得不到利用．为此，可使纵坐标不从零开始而是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标I必须从零开始)，如图7－6－3(乙)所示，并且把纵坐标的比例放大，可使结果的误差减小．此时图线与横轴交点不表示短路电流而图线与纵轴的截距仍为电动势．要在直线上任取两个相距较远的点，用r＝计算出电池的内阻r.重难点突破1.多用电表表头的示意图如图7－7－4所示．在正确操作的情况下：(1)若选择开关的位置如灰箭头所示，则测量的物理量是________，测量结果为________．(2)若选择开关的位置如白箭头所示，则测量的物理量是________，测量结果为________．(3)若选择开关的位置如黑箭头所示，则测量的物理量是________，测量结果为________．(4)若选择开关的位置如黑箭头所示，正确操作后发现指针的偏转角很小，那么接下来的正确操作步骤应该依次为：______________，______________，______________.(5)全部测量结束后，应该选择开关拨到________或者________．(6)无论用多用电表进行何种测量(限于直流)，电流都应该从________色表笔经________插孔流入电表．答案：(1)直流电压1.24V(2)直流电流49mA(3)电阻1.7kΩ(4)改用×1kΩ倍率，重新欧姆调零，测量、读数(5)OFF挡交流电压最高挡(6)红正2.(2009·全国Ⅰ)如图7－7－17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．为了检测小灯泡以及3根导线，在连接点1、2已接好的情况下，应当选用多用电表的________挡．在连接点1、2同时断开的情况下，应当选用多用电表的________挡．(2)在开关闭合情况下，若测得5、6两点间的电压接近电源的电动势，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．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．如电阻为无穷大，表明小灯泡有故障．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．3.某同学要测量一节旧电池的电动势和内阻，实验器材仅有一个电流表、一个电阻箱、一个开关和导线若干，该同学按如图7－6－7所示电路进行实验，测得的数据如下表所示．(1)若利用图象确定电池的电动势和内阻，则应作________(选填“R－I”或“R－1/I”)图象；(2)利用测得的数据在坐标纸7－6－8上画出适当的图象；(3)由图象可知，该电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω；(4)利用该实验电路测出的电动势E测和内阻r测与真实值E真和r真相比，理论上E测________E真，r测________r真(选填“＞”、“＜”或“＝”)．答案：(1)R－1/I(2)见解析图(3)6.0(5.8～6.2都正确)2.0(1.8～2.2都正确)(4)＝＞解析：根据闭合电路欧姆定律有E＝I(R＋r)，得R＝－r，若作出R—I图象，图线为曲线，无法根据图线的截距和斜率求出电源电动势E和电源内阻r.若作出R—1/I图象，则图线为直线，图线斜率等于电源的电动势，与R轴截距的绝对值为r.若考虑电流表内阻，则E＝I(R＋RA＋r)，所以E测＝E真，r测＞r真．4.硅光电池是一种可将光能转换为电能的器件．某同学用图7－6－9所示电路探究硅光电池的路端电压U与总电流I的关系．图中R0为已知定值电阻，电压表视为理想电压表．请根据图7－6－9所示，用笔画线代替导线将图7－6－10中的实验器材连接成实验电路．若电压表V2的读数为U0，则I＝________.③实验一：用一定强度的光照射硅光电池，调节滑动变阻器，通过测量得到该电池的U－I曲线a，如图7－6－11所示．由此可知电池内阻________(填“是”或“不是”)常数，短路电流为________mA，电动势为________V.实验二：减小实验一中光的强度，重复实验，测得U－I曲线b，如图7－6－11所示．当滑动变阻器的电阻为某值时，若实验一中的路端电压为1.5V，则实验二中外电路消耗的电功率为________mW(计算结果保留两位有效数字)．答案：①如图所示不是0.295(0.293～0.297)2.67(2.64～2.68)0.065(0.060～0.070)解析:①连实物图注意：先把表、表放一边，将主回路连起来即从电源正极出发，到电键S，再到R、R0，回到电源负极，再将表并联到R0两端，表并联在R＋R0两端，如答案图所示．②由部分电路欧姆定律得：I＝ ③U－I图线斜率的绝对值表示电池内阻，由图知：图象斜率在变，故知电池内阻不是常数；图线的横轴截距表示短路电流，故短路电流为0.295mA；图线的纵轴截距表示电池的电动势，由图知：E＝2.67V.④若实验一中路端电压为1.5V时，由图线a可知，I＝2.15×10－4A，即图中的A点，取坐标原点为O，用直线连结OA，如图所示，则OA的斜率代表该电路外电阻R外＝R0＋R，为一定值．直线OA交图线b于B点，B点坐标为(0.68V,96×10－6A)，则实验二中外电路消耗的电功率为P＝UI课堂练习1.(1)某多用电表的欧姆挡中间刻度值是“15”，一位同学在用它来测量电阻时，先将选择开关旋至“×10”挡处，然后进行调零，再将两支表笔分别与电阻的两个引线接触，结果指针指在刻度值为“100”至 (2)图7－7－21中电源电动势为E，内阻可忽略不计；电流表具有一定的内阻，电压表的内阻不是无限大，S为单刀双掷开关，R为待测电阻．当S向电压表一侧闭合时，电压表读数为U1，电流表读数为I1；当S向R一侧闭合时，电流表读数为I2. ①根据已知条件与测量数据，可以得出待测电阻R＝____________. ②根据图7－7－21所给出的电路，在图7－7－22的各器件实物图之间补画出连接的导线．2.(1)用20分度的游标卡尺测物体的长度，如图7－7－7所示，读数为________m．用螺旋测微器测物体的厚度，如图7－7－8所示，读数为________m.(2)某同学为了测定一只电阻的阻值，采用了如下方法：①用多用电表粗测：多用电表电阻挡有4个倍率：分别为×1k、×100、×10、×1，该同学选择×100倍率，用正确的操作步骤测量时，发现指针偏转角度太大(指针位置如图7－7－9中虚线所示)．为了较准确地进行测量，请你补充完整下列依次应该进行的主要操作步骤：a．____________________________________________________.b．两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指在0Ω处．c．重新测量并读数，若这时刻度盘上的指针位置如图中实线所示，测量结果是________．②该同学用伏安法继续测定这只电阻的阻值，除被测电阻外，还有如下实验仪器A．直流电源(电压3V，内阻不计)B．电压表V1(量程0～3V，内阻约为5kΩ)C．电压表V2(量程0～15V，内阻约为25kΩ)D．电流表A1(量程0～25mA，内阻约为1Ω)E．电流表A2(量程0～250mA，内阻约为0.1Ω)F．滑动变阻器一只，阻值0～20ΩG．电键一只，导线若干在上述仪器中，电压表应选择（填“V1”或“V2”），电流表应选择（填“V1”或“V2”）请在方框内画出电路原理图3．为了测定电源电动势E的大小、内电阻r和定值电阻R0的阻值，某同学利用DIS设计了如图7－6－13所示的电路．闭合电键S1，调节滑动变阻器的滑动触头P向某一方向移动时，用电压传感器1、电压传感器2和电流传感器测得数据，并根据测量数据计算机分别描绘了如图7－6－14所示的M、N两条U－I直线．请回答下列问题： (1)根据图7－6－14中的M、N两条直线可知() A．直线M是根据电压传感器1和电流传感器的数据画得的 B．直线M是根据电压传感器2和电流传感器的数据画得的 C．直线N是根据电压传感器1和电流传感器的数据画得的 D．直线N是根据电压传感器2和电流传感器的数据画得的 (2)图象中两直线交点处电路中的工作状态是() A．滑动变阻器的滑动头P滑到了最左端B．电源的输出功率最大 C．定值电阻R0上消耗的功率为0.5WD．电源的效率达到最大值 (3)根据图7－6－14可以求得定值电阻R0＝________Ω，电源电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω. 4.(2010·宜昌调研)现有一特殊的电池，其电动势E约为9V，内阻r在35Ω～55Ω范围，最大允许电流为50mA.为测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图7－6－15甲所示的电路进行实验．图中电压表的内电阻很大，对电路的影响可以不计，R为电阻箱，阻值范围为0～9999Ω，R0是定值电阻． (1)实验室备有的保护电阻R0有以下几种规格，本实验应选用() A．10Ω，2.5WB．50Ω，1.0WC．150Ω，1.0WD．1500Ω，5.0W (2)该同学接入符合要求的R0后，闭合开关S，调整电阻箱的阻值读出电压表的示数U再改变电阻箱阻值，取得多组数据，作出了如图7－6－15乙所示的图线．则根据该同学所作的图线可知图象的横坐标与纵坐标的比值表示________． (3)根据乙图所作出的图象求得该电池的电动势E为________V，内电阻r为________Ω. 答案：1.(1)×100重新调零 (2)①R＝eq\f(E,I2)－eq\f(E－U1,I1) ②连线如图2.(1)3.145×10－26．101×10－3～6.103×10－3(2)①a.换用倍率×10的挡c．120Ω②V1A1原理图如右图所示3.(1)BC(2)AC(3)2.01.501.04.(1)C(2)回路中的电流(3)1050课后作业1.（09年上海物理）15．（8分）（1）用多用表的欧姆档测量阻值约为几十k的电阻Rx，以下给出的是可能的操作步骤，其中S为选择开关，P为欧姆档调零旋钮，把你认为正确的步骤前的字母按合理的顺序填写在下面的横线上__________________。a．将两表笔短接，调节P使指针对准刻度盘上欧姆档的零刻度，断开两表笔b．将两表笔分别连接到被测电阻的两端，读出Rx的阻值后，断开两表笔c．旋转S使其尖端对准欧姆档1kd．旋转S使其尖端对准欧姆档100e．旋转S使其尖端对准交流500V档，并拔出两表笔根据右图所示指针位置，此被测电阻的阻值约为___________。（2）（多选题）下述关于用多用表欧姆档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拨至倍率较小的档位，重新调零后测量B．测量电阻时，如果红、黑表笔分别插在负、正插孔，则会影响测量结果C．测量电路中的某个电阻，应该把该电阻与电路断开D．测量阻值不同的电阻时都必须重新调零2.在如图7－7－5所示的电路中，闭合开关时，小电珠不亮，已经确定是小电珠断路或短路引起的，在不能拆开电路的情况下(开关可闭合，可断开)，现用一个多用电表的直流电压挡、直流电流挡和欧姆挡分别对故障电路作了如下检查并作出判断(如表所示)：以上操作和判断正确的是()A．1 B．2 C．3 D．43．某课题研究小组，选用下列器材测定某型号手机所用锂电池的电动势E和内阻r.(电动势约为4V，内阻在几欧到几十欧之间) A．电压表V(量程6V，内阻约为6.0kΩ)B．电流表A(量程2mA，内阻约为50Ω) C．电阻箱R(0～999.9Ω)D．开关S一只、导线若干 (1)某同学从上述器材中选取了电流表和电阻箱测锂电池的电动势和内阻，你认为可行吗？请说明理由：___________________________________________________________. (2)今用上述器材中的电压表和电阻箱测锂电池的电动势和内阻，请画出实验电路图．