第12讲 电压的测量（解析版）

第12讲电压的测量[知识目录]模块一：电压 1模块二：电压表 4模块三：如何判断电压表测量对象 7模块四：电压规律 8【巩固训练】 13[知识掌握]模块一：电压1．电压：（1）作用：电压使电路中形成电流；（2）获得：电源是提供电压的装置；（3）符号：U；（4）单位：国际单位：伏特，简称伏，符号V；更大的单位：千伏（kV），更小的单位：毫伏（mV）、微伏（μV）；（5）换算关系：1kV＝1000V；1V＝1000mV；1mV＝1000μV。2．常见的电压值：一节干电池的电压1.5V，家庭电路的电压220V，一般情况下，对人体的安全电压不高于36V。（多选）估计是学习科学的基本能力，下列说法恰当的是（）A．一个成年人在死海里漂浮着看报纸时大约受到600N的浮力 B．家用压力锅内水的沸点约为240℃ C．一个正常人的体温大约为37℃ D．一节普通干电池电压约为1.5V【解答】解：A、一个成年人在死海里漂浮着看报纸时，受到的浮力等于自身的重力，人的重力大约为600N，所以浮力约为600N，故A恰当；B、压力锅内的气压高于一个大气压，在使用过程中，锅内水的沸点约为110℃～120℃，故B不恰当；C、一个正常人的体温大约为37℃，故C恰当；D、一节普通干电池的电压为1.5V，故D恰当。故选：ACD。中国5G技术全球领先，5G智能手机在使用时的电池两端的电压接近于（）A．4V B．110V C．220V D．20V【解答】解：5G智能手机使用的电池电压低于5V，在3.7V左右，最接近于4V，故A正确、BCD错误。故选：A。工作和生活中，手机已成为人们常用的工具。华为智能手机的电池电压最接近（）A．4V B．110V C．220V D．380V【解答】解：华为智能手机的电池电压在3.7V左右，根据各个选项可知，4V是最接近的，故A正确。故选：A。如图是一个电池的示意图，该装置可产生气体和电流。老师告诉同学只要用两种不同的导体做电极，用水果代替实验中的稀硫酸也可以组成一个电池，产生电流的原理是一样的。同学们很感兴趣，在课外实验中，同学们进行了水果电池的制作，记录了以下的实验数据：不同电极时单个西红柿水果电池的电流和电压。注：除电极材料不一样外，其它实验条件相同，请回答以下问题：电极碳棒﹣铜片碳棒﹣铁片碳棒﹣锌片电流强度（mA）1.434.264.63电压（V）0.61.21.3（1）上述装置中能量的转变是化学能转化为电能。该实验经过一段时间后溶液pH的变化是增大（增大、减小、不变）。（2）假如仅改用镁片和碳棒做电极，其它实验条件不变，根据上表的实验数据，你猜想产生的电压应比表中三种电池产生的电压都大（选填“都大”、“都小”、“处在它们之间”或“无法判断”）。（3）将三个用碳棒和锌片做电极的单个水果电池串联起来，将铭牌为“2.5V0.3A”的一个小灯泡串联接入该电路，开关闭合后，小灯泡并不正常发光，原因是由于水果电池的内阻太大，与小灯泡串联后，灯分得的电压太小，实际功率太小，无法使灯泡正常发光。【解答】解：（1）上述装置中，发生了Zn和稀硫酸的反应，将化学能转变为电能。由于稀硫酸参与了化学反应，所以稀硫酸中的氢离子的逐渐减少，PH值逐渐增大；（2）根据表中给的信息Cu﹣0.6V、Fe﹣1.2V、Zn﹣1.3V，可以推测，随着金属活动性越强，产生的电压越大；由于镁的活动性更强，镁产生的电压越大，所以改用镁片和碳棒做电极，其它实验条件不变，产生的电压比表中三种电池产生的电压都大；（3）将三个用碳棒和锌片做电极的单个水果电池串联起来，电压可以达到1.3V×3＝3.9V；但由于水果电池的内阻太大，与小灯泡串联后，灯分得的电压太小，实际功率太小，无法使灯泡正常发光。故答案为：（1）化学能转化为电能；增大；（2）都大；（3）由于水果电池的内阻太大，与小灯泡串联后，灯分得的电压太小，实际功率太小，无法使灯泡正常发光。模块二：电压表符号为，一般有三个接线柱，两个量程，量程分别为0～3V和0～15V。电压表使用方法：正确选择量程：被测电压不能超过电压表的量程，否则将损坏电压表，通常用试触法选择量程，先迅速试触电压表最大量程，指针偏转太小再换用较小量程；电压表必须并联接在被测电路中；把电压表的“＋”接线柱接在与电源正极相连的那端，“－”接线柱接在与电源负极相连的那端。如图所示，某兴趣小组用电压表来测量自制水果电池两端的电压。下列说法正确的是（）A．铁片是水果电池的正极 B．该水果电池的电压是3V C．两个水果电池串联后可提供更高电压 D．水果电池中正电荷从铜片向铁片移动【解答】解：A、图中电压表的指针正向偏转，说明电流从电压表的正接线柱流入、负接线柱流出，即电压表的正接线柱与电源的正极相连，其负接线柱与电源的负极相连，因此铜片为水果电池的正极，铁片为水果电池的负极，故A错误；B、由图知电压表的量程为0～3V，分度值为0.1V，则水果电池的电压为0.6V，故B错误；C、两节电池串联时，总电压等于各个电池电压之和，所以两个相同水果电池串联后可提供更高电压，故C正确；D、水果电池中负电荷是从正极流向负极，即从铜片向铁片移动，正电荷是从负极流向正极，即从铁片向铜片移动，故D错误。故选：C。如图所示的电路图中，能用电压表正确测出灯L1两端电压的是（）A． B． C． D．【解答】解：A、由图可知，电压表接到了L1的两端，但正负接线柱接反了，故A错误。B、由图可知，电压表接到了L2的两端，测的是L2的两端电压，故B错误。C、由图可知，电压表与L1并联，正负接线柱正确，故C正确。D、由图可知，电压表测的是两灯串联的总电压，或电源电压，故D错误。故选：C。如图为实验室常用的电压表内部结构示意图，线圈通过导线与接线柱相连。（1）当线圈中有电流通过时，指针发生偏转，其原理是通电导体在磁场中会受力的作用。（2）该电压表有两个量程，若使用小量程，则应把导线接在图中A、B两个接线柱上。（填字母）【解答】解：（1）当线圈中有电流通过时，指针因受磁场的力的作用而发生偏转，所以其原理是：通电导体在磁场中会受力的作用；（2）电压表有两个量程，指针指在电压表同一位置时，所以测得电压不同，但指针偏转角度相同，即该线圈受到磁场力的作用相等，而磁场没有发生改变，说明通过的电流相同，由I=U故答案为：（1）通电导体在磁场中会受力的作用；（2）A、B。模块三：如何判断电压表测量对象电压表电阻太大相当于开路（断路）。电压表跟谁“并联”，就测谁。串联在电路中的电压表相当于测电源电压。节点法：观察电压表两接线柱，纯导线的左右两节点连在谁两端测谁的电压（里面有多个电阻就是测多个电阻的加起来的总电压）在如图所示的电路中，当开关S闭合时，电压表测（）A．测R1的电压 B．测R2的电压 C．测R1和R2两端的总电压 D．测电源的电压【解答】解：从电路图中可以看出，电压表并联在R1两端，因此电压表测量R1两端的电压。故选：A。如图，电压表测量的是（）两端的电压。A．电源 B．电阻R C．开关S D．滑动变阻器R′【解答】解：分析上图可以看出，电压表此时并联在电源的两端，故是测量的电源电压。故选：A。模块四：电压规律1.串联电路中电压特点是总电压等于各部分电路两端电压之和。2.并联电路中电压特点是各支路两端的电压相等。如图甲所示电路，当闭合开关S后，两个电压表指针偏转均为图乙所示，则电阻R1和R2两端的电压分别为（）A．8V2V B．10V2V C．2V8V D．2V10V【解答】解：由电路图可知，两电阻串联，电压表V1测电源的电压，电压表V2测R2两端的电压，因串联电路中总电压等于各分电压之和，且两电压表指针位置相同确定量程，所以，电压表V1的量程为0～15V，分度值为0.5V，则电源的电压U＝10V，电压表V2的量程为0～3V，分度值为0.1V，则R2两端的电压U2＝2V，则R1两端的电压：U1＝U﹣U2＝10V﹣2V＝8V。故选：A。在做了探究串联电路中电压规律的实验后，小科很想探究并联电路中的电压规律。请你和他一起完成下面的探究实验。提出问题：并联电路中总电压与各支路电压有什么关系？设计实验：如图为两个小灯泡L1、L2的并联电路，要用电压表分别测量L1、L2及电源两端的电压。进行实验：按电路图连接电路，进行测量，记录实验数据。实验结论：并联电路各支路两端电压相等实验评估：上述实验中只进行了一次测量，得出的结论可能具有偶然性。为使实验结论具有普遍性，应该怎做？换不同规格的灯泡进行实验，换不同的用电器进行多次实验。实验问题：如果电源电压为4.5V，根据实验结论，灯L1两端的电压为4.5V。【解答】解：（1）实验结论：并联电路各支路两端电压相等。（2）小实验评估：只进行了一次测量，得出的结论偶然性的机会很大。为了使实验结论具有普遍性，要换不同规格的灯泡进行实验，换不同的用电器进行多次实验。（3）实验问题：如果电源电压为4.5V，根据实验结论，灯L1两端的电压为4.5V。故答案为：并联电路各支路两端电压相等；换不同规格的灯泡进行实验，换不同的用电器进行多次实验；4.5V。小欣同学在做“探究串联电路中电压的规律”实验时，连接了如图所示的电路，闭合开关后，发现两灯均不亮，经检查，电路连接正确。小欣同学用电压表检查该电路的故障，测量结果如表格所示。位置ABBCCDACAD电压U/V03V03V若电路中仅有一处发生故障，根据表中数据可知，发生故障的电路元件为L2（选填“L1”、“L2”或“S”），该故障为断路（选填“短路”或“断路”）。粗心的小欣同学忘了记录当电压表接在AC两点时的数据，你认为电压表接AC两点时的测量结果为3V。【解答】解：电路中仅有一处发生故障，如果灯泡L1短路，则灯泡L2发光，不符合题意，同理L2短路也不符合题意；如果灯泡L1正常，灯泡L2断路，电压表测量的电压有UAB＝0，UBC＝3V，UCD＝0，UAC＝3V，UAD＝3V；如果灯泡L2正常，灯泡L1断路，电压表测量的电压有UAB＝3V，UBC＝0，UCD＝0，UAC＝3V，UAD＝3V；故答案为：L2；断路；3。在研究并联电路的电流和电压特点时，小明同学分别做了如下两组实验。实验一：通过如图1所示的电路图研究并联电路的电流特点，闭合开关后，两电流表指针偏转情况（如图2所示）。（1）请根据电路图在实物图中添加一根导线，完成电路连接。（2）小明发现电流表A1和A2的指针在相同位置，如图2，请你写出电流表A1和A2的示数分别为0.5A；2.5A。实验二：通过如图1所示的电路，继续探究并联电路的电压特点。（3）实验中，小明选用两个灯泡的规格应该不同（相同、不同）。（4）小明用电压表分别测出L1和L2两端的电压，发现电压相等，马上得出结论：并联电路各支路两端的电压是相等的。他的结论是否可靠，为什么？不可靠，根据一次测量的数据就得出结论，结论有偶然性。【解答】解：（1）两灯并联，电流表A1与L1串联，测这个灯L1的电流，电流表A2测总电流，根据电路图连接实物图，如下图所示：（2）小明发现电流表A1和A2的指针在相同位置，因A2测干路电流，根据并联电路电流的规律，干路电流大于支路电流，故A2选用大量程，分度值为0.1A，电流为2.5A；A1测L1的电流，故A1选用小量程，分度值为0.02A，电流为0.5A，所以，电流表A1和A2的示数分别为0.5A和2.5A。（3）为得出普遍性的规律，实验中，小明选用两个灯泡的规格应该不同。（4）为得出普遍性的规律，要多次测量，故小明根据一次测量的数据就得出结论，结论有偶然性，他的结论不可靠。故答案为：（1）如上所示；（2）0.5；2.5；（3）不同；（4）不可靠，根据一次测量的数据就得出结论，结论有偶然性。串联电路的特点的研究是初中科学实验中的经典实验，小妍同学在进行“探究串联电路电压规律”的实验，其实验过程如下：（1）她开始按图2连接电路，用开关试触时发现电压表的指针偏转到图1的位置，则电压表产生此现象的原因是电压表的正负接线柱接反了。实验次数UABUBCUAC第一次0.82.23第二次1.02.03第三次1.21.83（2）改正错误后，她用电压表测量L1两端的电压UAB、L2两端的电压UBC和L1L2两端的电压UAC，更换不同灯泡，再做两次实验，将三次测出的电压填入上表，请你根据她的实验过程和有关数据回答下列问题：①上面设计的表格存在的不足之处是物理量没有单位。②分析表格的数据，得出的结论是串联电路两端的总电压等于各串联电阻两端的电压之和。【解答】解：（1）根据题意可知，电压表的指针发生了反向偏转，说明电压表的正负接线柱接反了；（3）①分析表格内容可知，表中测量的物理量没有单位，因此该表格的不足之处：物理量没有单位；②AB两点间的电压为L1两端的电压，BC两点间的电压为L2两端的电压，AC两点间的电压为电路两端的总电压。由表中的数据可以看出：第一次实验：UAC＝3V，UAB+UBC＝0.8V+2.2V＝3V；第二次实验：UAC＝3V，UAB+UBC＝1.0V+2.0V＝3V；第三次实验：UAC＝3V，UAB+UBC＝1.2V+1.8V＝3V；因此可以得出：串联电路两端的总电压等于各串联电阻两端的电压之和，即UAC＝UAB+UBC；故答案为：（1）电压表的正负接线柱接反了；（2）①物理量没有单位；②串联电路两端的总电压等于各串联电阻两端的电压之和【巩固训练】一．选择题（共9小题）1．某学生在做伏安法测小灯泡电阻的实验时，把电流表与电压表的位置交换连接了，闭合开关后会造成（）A．电流表烧坏 B．电压表烧坏 C．小电灯烧坏 D．小电灯不亮【解答】解：电流表和电压表位置互换后，电压表就串联接入电路，由于电压表电阻很大，因此干路电流就很小，几乎没有电流流过灯泡，故小灯泡不亮，D正确。故选：D。2．下列数据符合事实的是（）A．对人体的安全电压是36V B．让人感觉舒适的温度是50℃ C．1节新干电池的电压为1.5V D．手机充电时的充电电流约为100A【解答】解：A、对人体的安全电压为不高于36V，故A错误；B、让人感觉舒适的温度是23℃，故B错误；C、1节新干电池的电压为1.5V，故C正确；D、手机充电时的充电电流约为1A，故D错误。故选：C。3．如图所示电路中，在甲、乙两处分别接入电表，当开关闭合后，两灯均能发光。以下判断正确的是（）A．甲、乙都是电流表 B．甲是电压表，乙是电流表 C．甲、乙都是电压表 D．甲是电流表，乙是电压表【解答】解：电流表在电路中相当于导线，电压表在电路中相当于开路，由图知，假设乙为电流表，则右边灯泡会被短路，不能满足两灯均能发光的要求，所以乙只能为电压表；而如果甲为电压表，则会造成右边灯泡开路，不能满足两灯均能发光的要求，所以甲应是电流表；因此甲为电流表，乙为电压表，此时两灯并联。故选：D。4．如图所示的电路中，甲、乙分别接入电流表或电压表。当S闭合后，为使两灯均能发光，且互不影响则（）A．甲、乙均接入电压表 B．甲、乙均接入电流表 C．甲接入电流表，乙接入电压表 D．甲接入电压表、乙接入电流表【解答】解：由图可知，当S闭合后，为使两灯均能发光，则通过两盏灯都有电流，假设甲为电流表，可见右边灯泡被短路，不能正常发光，故甲应为电压表；假设乙为电流表，两个灯泡并联，都发光，故乙应为电流表。故选：D。5．小明在做电学实验时，不小心将电压表和电流表的位置互换了，如图所示，如果此时将开关S闭合，则（）A．灯泡L正常发光 B．电流表有示数 C．电流表、电压表被烧毁 D．电压表示数接近电源电压【解答】解：电流表和电压表位置互换后，电压表串联接入电路，电压表由于自身电阻较大，简化电路时按断路处理，因此灯泡不会发光，电流表也没有示数，此时电压表相当于接在电源两极上，电压表测量电源电压，电压表示数接近电源电压，实验时电源电压较小，电压表不会被烧坏，故D正确、ABC错误。故选：D。6．如图所示的四个电路，闭合开关后，根据电压表的读数，能测出灯L2两端电压的电路图有（）A．只有（1） B．（1）和（3） C．（1）、（3）和（4） D．（1）、（2）、（3）和（4）【解答】解：（1）L1与L2并联，电压表与L1、L2、电源并联，测三者两端的电压，可以测出L2两端电压；（2）L1与L2串联，电压表与电源并联，测的是L1和L2两端的总电压，故不能测灯L2两端的电压；（3）L1与L2串联，电压表与L2并联，能测出L2两端的电压；（4）L1与L2串联，电压表V1与L1并联，测的是L1两端的电压，电压表V2测L1和L2两端的总电压，根据串联电路的电压特点可知：电压表V2、V1示数之差即为L2两端电压，故能测出灯L2两端的电压；所以由此分析可知能测灯L2两端的电压是：（1）（3）和（4）。故选：C。7．关于电压、电流和电阻，下列说法正确的是（）A．电压的作用是电路中产生自由电荷 B．电荷移动就能形成电流 C．电路中有电流时它两端一定有电压 D．导电的物体叫导体，不能导电的物体叫绝缘体【解答】解：A．电压的作用使电荷发生定向移动，从而形成电流，故A错误；B．电荷的定向移动形成电流，电荷的自由移动不能形成电流，故B错误；C．电路中有电流，则电路两端一定有电压，因为电压是使电路形成电流的原因，故C正确；D．容易导电的物体叫导体，不容易导电的物体叫绝缘体，故D错误。故选：C。8．如图所示，下列说法正确的是（）A．电流表测量的是通过L2的电流 B．电压表能够测量出电源电压 C．电压表的正、负接线柱接反了 D．三盏灯既不是并联也不是串联【解答】解：A、由电路图可知，开关S闭合，电源外部电流流向为正极→L1→电流表→开关→负极，则电流表测量通过L1的电流，故A错误；BC、开关S闭合时，电压表正负接线柱接法正确，可以测量出电源电压，故B正确，C错误；D、由电路图可知，开关S闭合，L1、L2与L3首首相连、尾尾相连，则三灯是并联的，故D错误。故选：B。9．如图所示的电路中，电源电压为3V，当开关S1、S2都闭合时，则（）A．电流表将被烧坏 B．电压表被烧坏 C．两只灯泡都将被烧坏 D．灯L1亮，灯L2不亮【解答】解：由电路图可知，当开关S1、S2都闭合时，两灯泡和电压表被短路，电流从正极出发，经电流表后，直接回到电源的负极，因为电源短路时，不能工作，所以两灯泡不亮且不会被烧坏，电压表无示数；因为电源短路时，电流过大，会烧坏电源和电流表，所以电流表将被烧坏，故A正确，BCD错误。故选：A。二．作图题（共3小题）10．如图所示，在虚线框内分别填入电压表和电流表的元件符号，使开关S闭合后两灯都能发光。【解答】解：由电路图分析可知，要想使两只灯泡均发光，应使它们串联，则右边的位置应该是电流表，中间的位置应该是电压表。如图所示：。11．在如图电路中，填入适当电流表或电压表的符号，使闭合开关S后灯L1和L2均能发光。【解答】解：读图可知，若闭合开关S后灯L1和L2均能发光，则乙必须为电流表，甲为电压表，否则会造成灯L2被短路而不能发光，故如图所示。12．在如图所示电路的“〇”里填上适当的电表符号，要求：闭合开关S，两灯均能发光。【解答】解：根据电路图可知，上面的电表串联在干路中，因此为电流表；下面的电表与灯泡L1并联，因此为电压表。如下图所示：三．实验探究题（共1小题）13．如图1所示为一辆“盐水动力”玩具车，车身上方固定了一个小塑料杯，塑料杯壁内侧有一片镁片和一片碳片。当往杯中倒入温度较高的盐水，使镁片和碳片都浸入盐水中时，小车就能缓缓向前运动。（1）上述插入镁片和碳片的盐水杯相当于电路中的电源