2019-2020学年高中物理 第4章 探究闭合电路欧姆定律 3 典型案例分析课件 沪科版选修3-1

第4章探究闭合电路欧姆定律4.3典型案例分析第4章探究闭合电路欧姆定律1.了解并掌握欧姆表改装和多用电表的制作原理.(重点)2.了解多用电表欧姆挡的测量原理及注意事项.(重点)3.根据闭合电路欧姆定律，学会处理动态电路变化问题.(重点、难点)闭合电路欧姆定律调零电阻一、欧姆表的原理欧姆表是根据___________________制成的，它的原理电路图如图所示，G是电流表(表头)，内阻为Rg，满偏电流为Ig，电池电动势为E，内阻为r，电阻RP是可变电阻，也叫__________.1.当红、黑表笔相接时(如图甲)，相当于被测电阻Rx＝0，调节RP的阻值，通过表头的电流I＝Er＋Rg＋RP＝Ig，则表头的指针指到满刻度，所以刻度盘上指针指在满偏处定为刻度的______，而r＋Rg＋RP是欧姆表的______.零点内阻2.当红、黑表笔不接触时(如图乙)相当于被测电阻Rx＝∞，电流表中没有电流，表头的指针不偏转，此时指针所指的位置是刻度“____”点.∞3.当红、黑表笔间接入被测电阻Rx时(如图丙)，通过表头的电流I＝E/(r＋Rg＋RP＋Rx).改变Rx，电流I随着改变，每个Rx值都对应一个电流值，在刻度盘上直接标出与I值对应的________，就可以从刻度盘上直接读出被测电阻的阻值.Rx值二、多用电表测电阻的步骤1.基本步骤(1)机械调零：使用前，若指针没有停在左端“0”位置，要用螺丝刀转动调零定位螺丝，使指针指零.(2)选挡：估计待测电阻的大小，旋转选择开关，使其尖端对准欧姆挡的合适挡位.(3)欧姆调零：将红、黑表笔短接，调整调零电阻旋钮，使指针指在表盘右端“0”刻度处.(4)测量、读数：将两表笔分别与待测电阻的两端接触，指针示数乘以量程倍率即为待测电阻阻值.(5)测另一电阻时重复步骤(2)(3)(4).(6)实验完毕，应将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡.2.多用电表测电阻的要求对于不同的欧姆挡，其内阻都是不相同的，因此用它测电阻时，每次换挡后都必须将两表笔短接，进行一次__________(注意：电阻挡的零位在刻度的右端)以防止测量时产生误差.若调零时，发现指针总调不到零位，说明电池的电能不足，应换电池，否则会因电池电动势变小，内阻增大，使测量结果不准确.欧姆调零多用电表的原理及使用学案导引1.多用电表是怎样改装的？其原理是什么？2.多用电表测电阻时为什么要在中值刻度附近处？1.多用电表的构造及原理电流表、电压表和欧姆表有一个共同特点是都有一个小量程的电流表作为表头，因此，将它们的构成元件进行组合，就组成一个可以测量电流、电压和粗略测量电阻的多用电表，也称万用表.其结构原理如图所示.开关1、2用于测量电流，且开关1量程较大；开关3、4用于测量电阻；开关5、6用于测量电压，且开关6的量程较大.2.多用电表电阻挡的中值和刻度的非均匀性(1)中值电阻：R＋Rg＋r是多用电表电阻挡的内阻，当被测电阻Rx＝R＋Rg＋r时，通过表头的电流I＝E（R＋Rg＋r）＋Rx＝Ig2，即通过表头的电流为满偏电流的一半，此时指针指在刻度盘的中央，所以一般电阻挡的内阻称为中值电阻.(2)刻度不均匀：由I＝E（R＋Rg＋r）＋Rx可以知道，不同的Rx对应不同的电流I，如果在刻度盘上直接标出与电流I对应的电阻Rx值，可以从刻度盘上直接读出被测量电阻的阻值，但是，由于Rx与I不是线性关系，所以电阻挡的刻度是不均匀的.(3)中值附近读取：电阻挡和电流、电压共用同一表头，测量时应将指针指在13～23刻度为宜，故电阻读数指针应在中值刻度附近.实际用的多用电表内部有较复杂的电路结构，欧姆挡的不同挡位之所以内阻不同是因为在电流计上并联了不同的电阻，从而改变了欧姆表的满偏电流.为确定某电子元件的电气特性，做如下测量.(1)用多用表测量该元件的电阻，选用“×100”倍率的电阻挡测量，发现多用表指针偏转过大，因此需选择__________倍率的电阻挡(选填“×10”或“×1k”)，并__________再进行测量，多用表的示数如图甲所示，测量结果为__________Ω.甲(2)将待测元件(额定电压9V)、蓄电池、滑动变阻器、电流表、多用表、电键及若干导线连接成电路，如图乙所示.添加连线，使电路能测量该元件完整的伏安特性.乙本实验中使用多用表测电压，多用表的选择开关应调到__________挡(选填“直流电压10V”或“直流电压50V”).[解析](1)用多用表测量该元件的电阻，选用“×100”倍率的电阻挡测量，发现多用表指针偏转过大，说明电阻较小，因此需选择×10倍率的电阻挡，并欧姆调零后再进行测量，多用表的示数如题图甲所示，测量结果为70Ω.(2)要测量该元件完整的伏安特性，必须连接成分压电路.本实验中使用多用表测电压，多用表的选择开关应调到直流电压10V挡.[答案](1)×10欧姆调零70(2)电路如图所示直流电压10V多用电表使用的“几项注意”(1)使用前要机械调零.(2)两表笔在使用时，电流总是“红入黑出”.(3)刻度线有三条：上为电阻专用，中间为电流、电压和交流、直流共用，下为交流2.5V专用.(4)测电学黑箱时，一定要先用大量程电压挡判断其内部有无电源，无电源方可用欧姆挡.1.如图所示为多用电表欧姆挡的原理示意图，其中电流表的满偏电流为300μA，内阻Rg＝100Ω，调零电阻最大值R＝50kΩ，串联的固定电阻R0＝50Ω，电池电动势E＝1.5V，用它测量电阻Rx，能准确测量的阻值范围是()A．30～80kΩB．3～8kΩC．300～80kΩD．300～8kΩ解析：选B．欧姆表是利用了闭合电路的欧姆定律构造成的，Ix＝ER0＋R＋Rx＋Rg，可见Ix与Rx是一一对应的关系，先在表头上刻下Ix对应的Rx值，我们就可以用它测电阻了，但是Ix与Rx并不是线性关系，在表盘两端线性关系最差，而中间的线性关系较好，便于估读和测量，所以在中值电阻附近测量是较准确的，而中值电阻为12Ig＝ER0＋R＋Rg＋R中＝E2（R0＋R＋Rg），R中＝R0＋R＋Rg.由于本题当电流表半偏时，即12Ig＝ER＋R0＋Rg＋R中＝E2R中，R中＝EIg＝1.5300×10－6Ω＝5kΩ.闭合电路的分析问题学案导引1.闭合电路由哪几部分组成？2.当外电路电阻或电路结构发生变化时，如何分析电路中的电流、电压变化？解决这类问题的关键是抓住电源的E、r不变，灵活运用串、并联电路的基本特点和闭合电路欧姆定律.具体分析的基本方法：1.首先弄清电路结构、弄清各电表所测是哪段电路的哪个物理量，明确变阻器阻值变化情况.2.注意内外电路的关系，最常见的分析思路是：由部分电路电阻变化推断外电路总电阻的变化，再由闭合电路欧姆定律I＝ER＋r，讨论或计算总电流的变化.3.直观法：即直接应用“部分电路中R、I、U的关系”中的两个结论.(1)任一电阻R阻值增大，必引起该电阻中电流I的减小和该电阻两端电压U的增大.R↑―→I↓U↑(2)任一电阻R阻值增大，必将引起与之并联的支路中电流I并的增大和与之串联的各电阻电压U串的减小.R↑―→I并↑U串↓如图所示的电路中，R1＝3Ω，R2＝9Ω，R3＝6Ω，电源电动势E＝24V，内阻不计.当开关S1、S2均断开和均闭合时，灯泡L都同样正常发光.(1)判断两种情况下流经灯泡的电流方向；(2)求灯泡正常发光时的电阻R和电压U.[思路点拨]解此题的关键有两点：(1)开关S1、S2均断开和均闭合时的电路结构.(2)串、并联电路的特点及闭合电路欧姆定律的应用.[解析]画出S1、S2均断开和闭合时的等效电路图，如下图所示，即可判知电流方向.灯泡L能同样正常发光，表示两种情况中通过灯泡的电流相同.(1)S1、S2均断开时，流经灯泡的电流方向从b→a其等效电路图如图甲所示；S1、S2均闭合时，流经灯泡的电流方向从a→b.其等效电路图如图乙所示.(2)设灯泡的电阻为R，S1、S2均断开时，由闭合电路欧姆定律得流过灯泡的电流强度I1＝ER1＋R2＋RS1、S2均闭合时，由闭合电路欧姆定律和并联分流的关系得流过灯泡的电流强度I2＝ER1RR1＋R＋R3·R1R1＋R两种情况中，灯泡L同样正常发光，表示I1＝I2，解得R＝R1（R1＋R2－R3）R3＝3×（3＋9－6）6Ω＝3Ω.灯泡正常发光时的电压由等效电路图根据串联分压得U＝RR1＋R2＋RE＝33＋9＋3×24V＝4.8V.[答案](1)S1、S2均断开时，电流方向从b→aS1、S2均闭合时，电流方向从a→b(2)3Ω4.8V2.如图所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表(理想电表)的读数分别为1.6V和0.4A，当S断开时，它们的示数变为1.7V和0.3A，则电源的电动势和内阻各为多少？解析：当S闭合时，R1和R2并联接入电路，由闭合电路欧姆定律得U端1＝E－I1r代入数据得：E＝1.6＋0.4r①当S断开时，只有R1接入电路，由闭合电路欧姆定律得U端2＝E－I2r代入数据得E＝1.7＋0.3r②联立①②得E＝2V，r＝1Ω.答案：2V1Ω典型问题——多用电表的使用使用多用电表测量电阻时，多用电表内部的电路可以等效为一个直流电源(一般为电池)、一个电阻和一表头相串联，两个表笔分别位于此串联电路的两端.现需要测量多用电表内电池的电动势，给定的器材有：待测多用电表，量程为60mA的电流表，电阻箱，导线若干.实验时，将多用电表调至×1Ω挡，调好零点；电阻箱置于适当数值.完成下列填空：(1)仪器连线如图甲所示(a和b是多用电表的两个表笔).若两电表均正常工作，则表笔a为__________(填“红”或“黑”)色；(2)若适当调节电阻箱后，图甲中多用电表、电流表与电阻箱的示数分别如图乙中(a)、(b)、(c)所示，则多用电表的读数为__________Ω，电流表的读数为__________mA，电阻箱的读数为__________Ω；(3)计算得到多用电表内电池的电动势为__________V(保留3位有效数字)；(4)欧姆表刻度上中间刻度值为15，若将两表笔短接，流过多用电表的电流为__________mA(保留3位有效数字).[解析](1)根据所用电器“红进黑出”的一般原则，对多用电表有，电流从红表笔进入多用电表，电流从黑表笔流出多用电表，由于设计电路图中a表笔接在电流表的正极，故电流经过多用电表从a表笔流出，故a表笔为多用电表的黑表笔.(2)欧姆表读数为R＝14Ω；电流表读数为I＝53.0mA；电阻箱读数为4×1Ω＋6×0.1Ω＝4.6Ω.(3)欧姆表的内阻r＝R中＝15Ω，由欧姆定律得：E＝I(R＋r)≈1.54V.(4)两表笔短接，则I0＝Er≈103mA．[答案](1)黑(2)1453.04.6(3)1.54(4)103此题创新性地利用电流表和电阻箱测量欧姆表的电源电动势，解题关键就是从表盘中读出欧姆表的内阻，利用闭合电路欧姆定律求解.