2019高中物理 第4章 探究闭合电路欧姆定律 4.3 典型案例分析学案 沪科版选修3-1.doc

- 1 -4.34.3 典型案例分析典型案例分析学 习 目 标知 识 脉 络1.掌握欧姆表的电路组成和刻度原理，能熟练应用欧姆表测量未知电阻(重点)2加深理解闭合电路欧姆定律(重点)3掌握闭合电路欧姆定律的应用(难点)自 主 预 习·探 新 知知识梳理一、欧姆表的原理1电路构造图 4­3­1欧姆表电路由电池、电流表、调零电阻和红、黑表笔构成2电阻调零将红、黑表笔相接，调节调零电阻RP，使电流表满偏，此时有Ig，故欧姆表的E RgrRP内阻R0RgrRP.E Ig3刻度原理将待测电阻接入红、黑表笔之间，通过表头的电流与待测电阻Rx的对应关系有I，可见电流I与待测电阻Rx单值对应，在刻度盘上直接刻出与电流I对应的电阻E RgrRPRxRx的值，就可以直接读出被测电阻的阻值了二、闭合电路欧姆定律的应用- 2 -1如图 4­3­2 所示电路，当 S1闭合，S2断开时，电路中总电阻RR1r，总电流I，路端电压UEIr.E R1r图 4­3­22当 S1、S2都闭合时，电路中总电阻Rr，路端电压减小(选填“增大”或R1R2 R1R2“减小”)基础自测1思考判断(正确的打“” ，错误的打“×” )(1)使用多用电表欧姆挡测电阻时，指针摆动角度越大，测量越精确(×)(2)当外接电阻为零时，欧姆表电路中电阻为零(×)(3)当被测电阻Rx与欧姆表内阻R0相等时，欧姆表指针指在刻度盘中央位置()(4)电路中的用电器越多，总电阻越大(×)(5)当外电路用电器并联时，支路越多，干路电流越大()(6)闭合电路中干路电流越大，路端电压越大(×)【提示】 (1)× 多用电表欧姆挡指针在中央位置附近最精确(2)× 欧姆表的内部有电阻(4)× 当用电器并联时，越多总电阻越小(6)× 根据U外EIr，干路电流越大，路端电压越小2(多选)关于欧姆表，下列说法正确的是( )【导学号：69682204】A欧姆表是根据闭合电路欧姆定律制成的B由于电流和电阻成反比，所以刻度盘上的刻度是均匀的C使用欧姆表时，选择好一定量程的欧姆挡后首先应该将两表笔短接，进行欧姆调零D当换用不同量程的欧姆挡去测量电阻时，可不必进行欧姆调零ACAC 欧姆表是根据闭合电路欧姆定律制成的，故 A 正确，由Ix知Ix与RxE RrRgRx不成比例关系，刻度不均匀，B 错误使用欧姆表时，每换一次挡都必须重新欧姆调零，C 正确，D 错误3在电源一定的闭合电路中，下列哪个说法正确( )- 3 -A路端电压与外电阻成正比B路端电压随外电阻的增大而增大C外电路短路时，路端电压的值等于电源电动势的值D路端电压一定大于内电路的电压B B 由闭合电路欧姆定律可得：I，EUIr，联立得UE·r，故 A 错误，E RrE RrB 正确；电路短路时R0，路端电压等于 0，故 C，D 错误合 作 探 究·攻 重 难多用电表欧姆挡原理1原理如图 4­3­3 所示甲 乙 丙图 4­3­3欧姆表测量电阻的理论根据是闭合电路欧姆定律，所以通过表头的电流为：I，Rx与电流I一一对应，故可以将表盘上的电流值改为电阻值，就可以从表盘上E RxRRgr直接读出电阻的数值，这样就制成了一个欧姆表其中，R也叫调零电阻，RRgr为欧姆表的内阻2中值电阻：RRgr是多用电表电阻挡的内阻，当被测电阻RxRRgr时，通过表头的电流I，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E RRgrRxIg 2的中央，所以一般电阻挡的内阻称为中值电阻3刻度方法及位置刻度标注方法标注位置“0 ”红、黑表笔相接调节调零电阻使指针满偏被测电阻Rx0满偏电流Ig处“ ”红、黑表笔不接触表头指针不偏转被测电阻Rx电流为零处中值电阻RxrRRg刻度盘正中央- 4 -“Rx”红、黑表笔接RxIxRx与Ix一一对E rRRgRx应与Rx对应电流Ix处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 60 mA 的电流表，电阻箱，导线若干实验时，将多用电表调至×1 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 4­3­4 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”)色图 4­3­4(2)若适当调节电阻箱后，图 4­3­5 中多用电表、电流表与电阻箱的示数分别如图中(a)、(b)、(c)所示，则多用电表的读数为_ ，电流表的读数为_ mA，电阻箱的读数为_ .(a)(b)- 5 -(c)图 4­3­5(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)【解析】 (1)多用电表在使用时必须使电流从红表笔(正接线柱)流进，黑表笔(负接线柱)流出，串联的电流表也必须使电流从正接线柱流进，负接线柱流出，所以可以判断电流是从a表笔流出的为黑表笔(2)多用电表用×1 挡，由图示可知，其示数为 14.0×1 14.0 ；电流表的量程是 60 mA，由图示可知，其分度值为 1 mA，示数为 53.0 mA；电阻箱的读数为：0×100 0×10 4×1 6×0.1 4.6 .(3)当表头短接时电路电流最大为表头的满偏电流Ig，将Rg取为rrgR，为E rRrg多用电表的内阻，当待测电阻等于Rg时，表头半偏，表针指在欧姆表盘的中值上，所以Rg又称为中值电阻当选择×1 挡测量时中值电阻直接在欧姆表盘上读数为 15 ，在(2)中多用电表外的电阻为多用电表的读数 14.0 ，干路电流是 53.0 mA，则电源电动势是EI(R内R外)0.053×(1514) V1.537 V1.54 V.【答案】 (1)黑 (2)14.0 53.0 4.6 (3)1.54巧用电阻箱测定电动势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针对训练1. (多选)如图 4­3­6 所示为多用电表欧姆挡的内部电路，a、b为表笔插孔下列说法中正确的是( )- 6 -图 4­3­6Aa孔插红表笔B表盘刻度是均匀的C用×100 挡测量时，若指针指在 0 附近，则应换用×1 k 挡D测量“220 V 100 W”的灯泡的电阻，会发现测量的电阻比 484 小ADAD 由图示可知，a插孔与内置电源负极相连，则a插孔是“”插孔，a孔应插红表笔，故 A 正确；欧姆表刻度盘不均匀，右侧稀疏左侧密集，故 B 错误；用×100 挡测量时，若指针指在 0 附近，说明所选挡位太大，应换小挡，应换用×10 挡，故 C 错误；测灯泡电阻时应把灯泡从电路中断开，其温度比灯泡正常发光时的温度低，电阻小于灯泡正常发光时的电阻，因此测量“220 V 100 W”的灯泡的电阻，会发现测量的电阻比 484 小，故 D 正确2.如图 4­3­7 所示为一简单欧姆表原理示意图，其中电流表的满偏电流Ig300 A，内阻Rg100 ，可变电阻的最大阻值为 10 k，电池的电动势E1.5 V，内阻r0.5 ，图中与接线柱A相连的表笔颜色应是_色，按正确使用方法测量电阻Rx的阻值时，指针指在刻度盘的正中央，则Rx_ k.若该欧姆表使用一段时间后，电池电动势变小、内阻变大，但此表仍能调零，按正确使用方法再测上述Rx，其测量结果与原结果相比较_(选填“偏大” “偏小”或“不变”)【导学号：69682205】图 4­3­7【解析】 根据电流从红表笔进，从黑表笔出可得图中与接线柱A相连的表笔颜色应是红色，欧姆表的内阻为r内 k5 k，按正确使用方法测量电阻Rx的阻值E Ig1.5 0.3 × 103时，指针指在刻度盘的正中央，即电路电流为，故有，解得Rx5 k，当电池Ig 2Ig 2E r内Rx电动势变小、内阻变大时，欧姆得重新调零，由于满偏电流Ig不变，由公式：r内，欧姆表E Ig- 7 -内阻r内得调小，待测电阻的测量值是通过电流表的示数体现出来的，由I，可知当r内变小时，I变小，指针跟原来的位置相比偏左了，故欧姆表的E r内RxIg1Rx r内示数变大了【答案】 红 5 变大闭合电路欧姆定律的应用1闭合电路欧姆定律的两种形式闭合电路欧姆定律有两种形式I和U外EIr.E Rr(1)I只适用于外电路为纯电阻的闭合电路E Rr(2)由于电源的电动势E和内电阻r不受R变化的影响，由I可知随着R的增大，电E Rr路中电流I减小(3)U外EIr既适用于外电路为纯电阻的闭合电路，也适用于外电路为非纯电阻的闭合电路2应用闭合电路欧姆定律计算的两种方法(1)充分利用题中条件结合闭合电路欧姆定律I列方程求解，求出电流I是解决问题E Rr的关键，I是联系内、外电路的桥梁(2)根据具体问题可以利用图像法，这样解决问题更方便如图 4­3­8 所示，电灯 L 标有“4 V 1 W” 滑动变阻器R的总电阻为 50 .当滑片P滑至某位置时，L 恰好正常发光，此时电流表示数为 0.45 A由于外电路发生故障，电灯L 突然熄灭，此时电流表示数变为 0.5 A，电压表示数为 10 V若导线连接完好，电路中各处接触良好试问：图 4­3­8(1)发生的故障是短路还是断路？发生在何处？(2)发生故障前，滑动变阻器接入电路的阻值为多大？(3)电源的电动势和内电阻为多大？- 8 -思路点拨：电压表示数增大，说明路端电压增大，外电路总电阻增大，进一步说明电路某处断路由故障前和故障后分别列出方程可求解电动势和内阻【解析】 (1)电路发生故障后，电流表读数增大，路端电压UU2I2R2也增大，因此外电路总电阻增大，一定在外电路某处发生断路由于电流表有读数，R2不可能断路，电压表也有读数滑动变阻器R也不可能断路，只可能是电灯 L 发生断路(2)L 断路后，外电路只有R2，因无电流流过R，电压表示数即为路端电压U2U端10 V，R2 20 .L 未断路时恰好正常发光，UL4 V，IL 0.25 A.U2 I210 0.5P UU端U2I2·R20.45×20 V9 V.R 20 .UR IRU端UL IL94 0.25(3)根据闭合电路欧姆定律EUIr知，故障前E9(0.450.25)r，故障后E100.5r.得r5 ，E12.5 V.【答案】 (1)断路 电灯 L 处 (2)20 (3)12.5 V 5 电路故障分析方法(1)断路故障的判断：用电压表与电源并联，如果有电压再逐段缩小与电路并联的范围，当电压表的指针示数等于或接近电动势E且并联的元件唯一时，可判断断点的位置(2)短路故障的判断：用电压表与电源并联，如果有电压再逐段与电路并联如果电压表的指针没有偏转，说明该部分电路被短路；如果电压表的指针有偏转，说明该部分电路不被短路或不完全被短路针对训练3.如图 4­3­9 所示的电路中，电源的电动势为 6 V，当开关 S 接通后，灯泡 L1和 L2都不亮，用电压表测得各部分的电压是Uab6 V，Uad0 V，Ucd6 V，由此可断定( )图 4­3­9AL1和 L2的灯丝都烧断了BL1的灯丝烧断了CL2的灯丝烧断了- 9 -D变阻器R断路C C 由Uab6 V 可知，电源完好，灯泡都不亮，说明电路当中出现断路故障，且在外电路之间由Ucd6 V 可知，灯泡 L1与变阻器R是通的，断路故障出现在c、d之间，故灯 L2断路所以选项 C 正确4如图 4­3­10 所示，将一根粗细均匀的电阻丝弯成一个闭合的圆环，接入电路中，电路与圆环的O点固定，P为与圆环良好接触的滑动头，闭合开关 S，在滑动头P缓慢地由m点经n点移到q点过程中，电容器C所带的电荷量将( ) 【导学号：69682206】图 4­3­10A由少变多 B由多变少C先增多后减少D先减少后增多D D 因圆环的两部分电阻并联，则当两部分电阻相等时阻值最大，则当滑动头P由m点经n点移到q点的过程中，电路总电阻先变大后变小，由闭合电路欧姆定律得知，电路中电流先变小后变大，R的电压先变小后变大，对于电容器，其电压等于R两端的电压，则由QCU，可知电容器的电荷量先减少后增多，故 D 正确当 堂 达 标·固 双 基1(多选)关于多用电表表面上的刻度线，下列说法中正确的是( )A直流电流刻度线和直流电压刻度线都是均匀的，可以共用一个刻度B电阻刻度是不均匀的C电阻刻度上的零刻度与直流电流的最大刻度线相对应D电阻刻度上的零刻度与直流电流的最大刻度线不对应ABCABC 电流表和电压表零刻度线在左侧，最大值在右侧，刻度均匀；欧姆表零刻度线在右侧，最大值在左侧，不均匀，故 A、B、C 正确2如图 4­3­11 所示，当开关 S 断开时，理想电压表示数为 3 V，当开关 S 闭合时，电压表示数为 1.8 V，则外电阻R与电源内阻r之比为( ) 【导学号：69682207】图 4­3­11A53 B35C23D32- 10 -D D S 断开时，电压表的读数等于电源电动势，即E3 V，S闭合时电压表读数为路端电压，即U1.8 V，所以U内EU1.2 V根据串联电路电压分配知Rr32，故答案为 D 项3若某欧姆表表头的满偏电流为 5 mA，内接一节干电池，电动势为 1.5 V，那么该欧姆表的内阻为多少欧？待测电阻接入红、黑表笔之间时，若指针转至满刻度的 处，则待测电阻的阻3 4值为多少欧？【解析】 R内 300 E Ig1.5 5 × 103因为IE R内Rx所以Rx R内 300 100 .E I1.5 3 4× 5 × 103【答案】 300 100