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    实际使用中,电流表的阻值虽然很小但并不为零,因此串联在电路中有分压作用;电压表的阻值虽然很大但不是无穷大,因此并联在电路中有分流作用.当我们用伏安法测电阻的阻值时可以有两种连接方法,如图(甲)、(乙)所示.请分析说明为了提高测量的精确度,待测电阻的阻值在什么情况下用(甲)图所示的电路,什么情况下用(乙)图所示的电路?说说为什么?
    魔方格

    本题信息:2004年天津物理问答题难度较难 来源:未知
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本试题 “实际使用中,电流表的阻值虽然很小但并不为零,因此串联在电路中有分压作用;电压表的阻值虽然很大但不是无穷大,因此并联在电路中有分流作用.当我们用伏安...” 主要考查您对

欧姆定律及其应用

电流的测量,电流表的使用及读数方法

电压的测量,电压表的使用

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  • 欧姆定律及其应用
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内容:
通过导体的电流与导体两端的电压成正比,与导体的电阻成反比;

公式:

I=U/R,U表示导体两端的电压,单位是V;R表示导体的电阻,单位是Ω;I表示通过导体的电流,单位是A。

单位使用:
使用欧姆定律时各物理量的单位必须统一,I的单位是A,U的单位是V,R的单位是Ω。


解析“欧姆定律”:
     欧姆定律是电学中的基本定律和核心内容,是贯穿整个电学的主线,下面我们从以下几个方面进行深入分析.
1.要理解欧姆定律的内容
(1)欧姆定律中的关于成正比、成反比的结论是有条件的。如果说导体中的电流与导体两端的电压成正比,条件就是对于同一个电阻,也就是说在电阻不变的情况下;如果说导体中的电流与导体的电阻成反比,条件就是导体两端的电压不变。
(2)注意顺序,不能反过来说,电阻一定时,电压跟电流成正比。这里存在一个逻辑关系,电压是原因,电流是结果。是因为导体两端加了电压,导体中才有电流,不是因为导体中通了电流才有了电压,因果关系不能颠倒。
    同样也不能说导体的电阻与通过它的电流成反比。我们知道,电阻是导体本身的一种性质,即使导体中不通电流,它的电阻也不会改变,更不会因为导体中电流的增大或减小而使它的电阻发生改变。

2.要知道欧姆定律的公式和单位 欧姆定律的表达式,可变形为U=IR和R=,但这三个式子是有区别的。
(1),是欧姆定律的表达式,它反映了通过导体的电流的大小跟导体两端所加的电压这个外部原因和导体本身的电阻这个内部原因之间的因果关系。
(2)U=IR,当电流一定时,导体两端的电压跟它的电阻成正比。不能说成导体的电阻一定时导体两端的电压与通过的电流成正比,因为电压是形成电流的原因。电压的大小由电源决定,跟I、R无关,此式在计算比值时成立,不存在任何物理意义。
(3),此公式也是一个量变式,不存在任何物理意义。不能误认为导体的电阻跟导体两端的电压成正比,跟导体中的电流成反比。公式中的I、U、R都要用国际单位,即电流的单位为安培,符号A;电压的单位为伏特,符号V;电阻的单位为欧姆,符号Ω,且有

3.要明白定律的适用范围
(1)定律只适用于金属导电和液体导电,对于气体、半导体导电一般不适用。
(2)定律只适用于纯电阻电路。如:电路中只接有电阻器、电热器、白炽灯等用电器的电路。对于非纯电阻电路,如:电动机电路、日光灯电路等,则不能直接应用。

4.要理解欧姆定律的注意事项
(1)物理量的同一性。叙述欧姆定律时,在两个 “跟”字后面都强调了“这段导体”四个字,它是指对电路中同一导体或同一电路而言。所以在运用欧姆定律等进行计算时,必须注意同一性,即I、R、U必须是 同一导体或同一段电路中的物理量。在表示I、U、R 时,注意脚标的一一对应。
(2)物理量的同时性。由于电路的连接方式发生改变,开关的断开或闭合,或滑动变阻器滑片的左右移动都可能使电路中总电阻发生变化,从而可能引起电路中电流和各部分电阻两端的电压发生变化。因此,必须注意在同一时刻、同一过程中的电压、电阻与电流的相互对应,不可将前后过程的I、R、U随意混用。


利用欧姆定律进行计算:
   根据串、并联电路的特点和欧姆定律的公式可进行有关计算。
解题的方法是:(1)根据题意画出电路图,看清电路的组成(串联还是并联);
(2)明确题目给出的已知条件与未知条件,并在电路图上标明;
(3)针对电路特点依据欧姆定律进行分析;
(4)列式解答。
例1如图所示的电路中,电阻尺。的阻值为10Ω。闭合开关S,电流表A1的示数为2A,电流表A2的示数为0.8A,则电阻R2的阻值为____Ω。

解析:闭合开关s,R1与R2并联,电流表A1测 R1与R2中的电流之和,即;电流表A2测R2中的电流I2,则,电源电压,则=15Ω

答案:15

如何判断电压表、电流表的示数变化:
1.明确电路的连接方式和各元件的作用
例如:开关在电路中并不仅仅是起控制电路通断的作用,有时开关的断开和闭合会引起短路,或改变整个电路的连接方式,进而引起电路中电表示数发生变化。
2.认清滑动变阻器的连入阻值例如:如果在与变阻器的滑片P相连的导线上接有电压表,如图所示,则此变阻器的连人阻值就是它的最大阻值,并不随滑片P的滑动而改变。
3.弄清电路图中电表测量的物理量在分析电路前,必须通过观察弄清各电表分别测量哪部分电路的电流或电压,若发现电压表接在电源两极上,则该电压表的示数是不变的。
4.分析电路的总电阻怎样变化和总电流的变化情况。
5.最后综合得出电路中电表示数的变化情况。

例1如图所示的电路中,电源两端电压保持不变,当开关S闭合时,灯L正常发光。如果将滑动变阻器的滑片P向右滑动,下列说法中正确的是(   )

A.电压表的示数变大,灯L变亮
B.电压表的示数变小,灯L变暗
C.电压表的示数变大,灯L变暗
D.电压表的示数变小,灯L变亮

解析:题中L、R1、R2三元件是串联关系,R2的滑片P向右滑动时,电路中总电阻变大,电流变小,灯L 变暗,其两端电压变小,电压表测除灯L以外的用电器的电压,电源总电压不变,所以电压表示数变大。所以选C项。

答案:C

滑动变阻器滑片移动时,电表的示数变化范围问题:
     解决此类问题的关键是把变化问题变成不变问题,把问题简单化。根据开关的断开与闭合情况或滑动变阻器滑片的移动情况,画出等效电路图,然后应用欧姆定律,结合串、并联电路的特点进行有关计算。

例1如图甲所示电路中,电源电压为3V且保持不变,R=10Ω,滑动变阻器的最大阻值R’=20Ω,当开关s闭合后,在滑动变阻器的滑片由A端移动到B 端的过程中,电流表示数的变化范围是______。

解析:把滑片在A点和B点时的电路图分别画出来,如图乙、丙所示,应用欧姆定律要注意I、U、R的同一性和同时性。滑片在A端时, 0.3A;滑片在B端时 =0.1A。

答案:0.3~0.1A


欧姆定律知识梳理:

用欧姆定律分析短路现象:

     导线不通过用电器而直接连到电源两极上,称为短路,要是电源被短路,会把电源烧坏。还有一种短路,那就是用电器被短路。如图所示的电路中,显然电源未被短路。灯泡L1的两端由一根导线直接连接。导线是由电阻率极小的材料制成的,在这个电路中,相对于用电器的电阻来说,导线上的电阻极小,可以忽略不计。图中与L1并联的这段导线通过灯泡L2接在电源上,这段导线中就有一定的电流,我们对这段导线应用欧姆定律,导线两端的电压U=IR,由于R→0,说明加在它两端的电压U→0,那么与之并联的灯泡L1两端的电压U1=U→0,在L1上应用欧姆定律知,通过L1 的电流,可见,电流几乎全部通过这段导线,而没有电流通过L1,因此L1不会亮,这种情况我们称为灯泡L1被短路。
     如果我们在与L1并联的导线中串联一只电流表,由于电流表的电阻也是很小的,情形与上述相同,那么电流表中虽然有电流,电流表有读数,但不是L1中的电流,电路变成了电流表与L2串联,电流表的读数表示通过L2的电流,L1被短路了。

例:在家庭电路中,连接电灯电线的绝缘皮被磨破后可能发生短路,如果发生短路,则会造成(   )
A.电灯两端电压增大
B.通过电灯的电流减小
C.电路中保险丝熔断
D.电灯被烧坏

解析由于发生短路时,电路中电阻非常小,由 欧姆定律知,电路中的电流将非常大,所以保险儿丝将熔断。

答案:C

注意防雷:
1.雷电现象及破坏作用
     雷电是大气中一种剧烈的放电现象。云层之间、云层和大地之间的电压可达几百万伏至几亿伏。根据,云与大地之间的电压非常高,放电时会产生很大的电流,雷电通过人体、树木、建筑物时,巨大的热量和空气的振动都会使它们受到严重的破坏。因此,我们应注意防雷。避雷针就可以起到防雷的作用。

2.  避雷针
     避雷针是金属做的,放在建筑物的高处,当电荷传至避雷针尖上时极易沿着金属线流入大地。这一电流通道可使云层和建筑物间的正、负电荷中和,使云层放出的电荷完全通过避雷针流人大地而不会损坏建筑物。


电流表及其使用方法,读数方法:(如下表)

 项目

 电流表

实物图
 符号  
 接线柱  有三个接线柱,分别是“-”、“0.6”和“3”,“-”表示负接线柱,“0.6”和“3”是两个正接线柱
 量程及分度值 0~0.6A量程,分度值为0.02A;0~3A量程,分度值是0.1A 
 使用方法 ①电流表必须与被测用电器串联
②要让电流从电流表的正接线柱流入,从负接线柱流出
③所测电流不能超过电流表的量程,若不能估测被测电流的大小,可用试触法来试一下
④绝对不允许不经过用电器直接把电流表接在电源的两极上,这样会烧坏电流表和电源
 读数方法 ① 根据导线连接的接线柱判定电流表使用的是哪个量程
② 根据量程确定所对应的分度值
③ 根据指针位置正确读取电流表的示数,若指针不指在整刻度要适当估读
④ 记录数值时不要忘记写上单位

电流表的分类及特点:
1.分类:电流表是用来测量电流大小的仪表,常用的电流表是磁电式电流表(亦称磁电式表头),由于测量的需要不同,电流表可分为安培表、毫安表和微安表,

2.特点:电流表的内阻很小,可视为零,接人电路不会影响电路中电流的大小。所以在使用时,不允许把电流表直接接到电源的两极上,这样会造成电流过大,烧坏电流表。

用“试触法”选择电流表的量程:
   在连接电流表之前,为选择合适的量程都要进行试触。试触时主要看指针的偏转情况。
(1)不偏转。一方面可能电流表所在的电路是断路,另一方面也可能是电流表已经损坏。

(2)反偏。即指针向反方向偏转,说明“+”“-” 接线柱接反了,造成通过表中电流的方向相反。这样不但无法读数,还会损坏电流表。

(3)满偏。即指针大幅度地向满刻度偏转,造成满偏的原因:一是待测电路可能发生了短路,电流过大;二是可能所选量程太小。短路和量程太小都会损坏电流表。

(4)偏转太小。偏转太小是由于电流表所选量程太大。一个电流表有0~3A和0~0.6A两个量程,用 0~3A量程时每小格表示0.1A,用0~0.6A量程时,每小格表示0.02A,我们说0~0.6A量程的准确度高些。如果通过电流表的电流是0.04A,用0~3A量程去测就读不准确,而用0—0.6A量程去测就可以读准确。可见换用小量程是为了提高测量的准确度。所以用大量程测而偏角很小时,应该换用小量程。

电压表的使用方法,读数方法:(下表)

 项目

 电压表

实物图

 符号

 

 接线柱

 有三个接线柱,分别是“-”、“3”和“15”,“-”表示负接线柱,“3”和“15”是两个正接线柱

 量程及分度值

 0~3量程,分度值为0.1V;0~15V量程,分度值是0.5V

 使用方法

①电压表必须与被测用电器并联
②要让电流从电压表的正接线柱流入,从负接线柱流出
③所测电压不能超过电压表的量程,若不能估测被测电压的大小,可用试触法来试一下
④绝对不允许不经过用电器直接把电流表接在电源的两极上,这样会烧坏电流表和电源

 读数方法

① 根据导线连接的接线柱判定电压表使用的是哪个量程
② 根据量程确定所对应的分度值
③ 根据指针位置正确读取电压表的示数,若指针不指在整刻度要适当估读
④ 记录数值时不要忘记写上单位


电压表的特点:
   电压表内阻很大,接入电路后相当于开路。由于这个特点,电压表可以直接接到电源两端测量电源电压。如果电压表在使用过程中与用电器串联,电路就相当于开路了。

例在做“练习使用电压表”实验时,小华把电压表接在了如图所示的电路中,小灯泡的规格为“1.2v 1.5w”,电池的电压为1.5V。闭合开关S后,小灯泡__(填“发光”或“不发光”),电压表的示数为__V。


解析:从图中可以看出,电压表与灯泡串联了,由于电压表的电阻很大,所以通过灯泡的电流很小,可以认为是零,所以灯泡不会亮,根据串联电路的分压规律,电源电压基本上都分在了电压表两端,所以电压表的示数为电源电压。

答案:不发光、1.5

去源法判断电压表测哪部分电路的电压:
    去源法是指在分析电路中电压表测的是哪个部分电路两端的电压时,可先将电源去掉,然后进行分析的方法使用“去源法”时应注意,在去掉电源(即电源处断开)后,电压表与哪个部分电路组成回路,则电压表测的就是那部分电路两端的电压。

例1:存图所示的电路中,闭合开关S,电压表是测量L1两端电压的正确电路是(   )

解析:去掉电源后,会发现A、B、C中电压表均与L2构成回路;D中电压表与L1、L2均构成回路。
答案:D
点拨:所谓“构成回路”是指电压表与其他用电器之间有导线(包括开关)相连,没有断开之处。


电压表的试触:
     在预先不能确定电压表应选择的量程时,应该采用“试触”的方法,即在合上开关时仅轻轻接触一下就断开,而不是一下子将开关合到底且长时间不断开。试触时,先选用较大的量程。
   “试触”的方法在电学实验中很重要,要掌握这种方法。在试触时还町以根据电压表指针的方向变化,判断哪端是电池的正极,哪端是电池的负极。将电压表与失去电极标识的电源两极相连,然后迅速试触。如果电压表指针正向偏转,说明与“+”接线柱相连的电极为正极,与“-”接线柱相连的电极为负极。如果电压表指针反向偏转,说明与电压表的“+”接线柱相连的电极为负极,与电压表的“-”接线柱相连的电极为正极。

判断未知电表的方法:
    对电路中未知电表的判定是个难点,下面介绍几种常用的方法。
1.短路法
    电流表和电压表是测量仪表,将它们接入电路中对电路结构不产生影响。电流表内阻很小,相当于一根导线;电压表内阻很大,相当于开路。因此可将要填电表的地方换成一根导线,若电路出现短路,则所要填的表应是电压表;若电路并未出现短路,则所要填的表应是电流表。
2.去表法
    假设把电表从电路中去除,分析电路是否因此而受到影响。若其他元件不能正常工作,则电表一定是串联在电路中,应是电流表;若其他元件不受影响,则电表一定是并联在电路中,应是电压表。
3.分析法
    对于连接方式已确定的电路,可以先观察电路的连接情况,再考虑电表的连接法则,即电流表应串联在电路中,电压表应并联在电路中,最后进行综合判断。
例1如图所示电路中,a、b、c是电压表或电流表,其中(   )

A.a、b为电流表,c为电压表
B.a为电压表,b、c为电流表
C.a为电流表,b、c为电压表
D.c为电流表,a、b为电压表
解析:在a、b、c三处分别换上一根导线,则在a处灯泡L1发生短路,所以a应为电压表,b、c处电路未出现短路,所以b、c处为电流表。
答案:B
由电压表示数判断电路故障:
电路出现故障,一般有两种情况:
(1)发生短路
(2)发生断路。
两种情况,电压表的示数都有可能是零或接近电源电压
故障 电压表示数 出现故障的位置 出现故障的原因 用电器工作情况 电路图
短路 与电压表并联的用电器发生短路 导线两端电压为零 部分用电器工作
短路 电压表的示数
接近电源电压
与电压表并联的用电器以外的用电器发生短路 电源电压全部加在与电压表并联的用电器两端 部分用电器工作
断路 与电压表并联的用电器以外的用电器发生断路 电压表的接线柱 (至少有一个)没有与电源接通 用电器不工作
断路 电压表的示数
接近电源电压
与电压表并联的用电器发生断路 电压表、用电器与电源直接构成了一个通路 用电器不工作

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