高二物理实验 多用电表 测电源的电动势和内电阻人教实验版知识精讲 14页

高二物理实验 多用电表 测电源的电动势和内电阻人教实验版 ‎ ‎【本讲教育信息】‎ 一. 教学内容：‎ 实验 多用电表 测电源的电动势和内电阻 二. 知识要点：‎ ‎1. 理解并掌握欧姆表的制作原理，会用多用电表测电流、电压和电阻 ‎2. 理解并掌握测电源的电动势和内电阻的方法，并学会用图像法处理实验数据。‎ ‎［重点、难点解析］‎ 一、多用电表 ‎1. 欧姆表的原理 欧姆表是根据闭合电路欧姆定律制成的测量电阻的仪表，可直接读出电阻值，比用伏安法测电阻要方便得多。‎ 原理如图所示 调零时，‎ 测量时，‎ 只要将对应Rx值的电流刻度 I改为阻值Rx，即为欧姆表。‎ 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，电阻零刻度在电流满偏处。‎ 注意：红表笔接欧姆表内部电源负极，而黑表笔接内部电源的正极。‎ ‎2. 多用电表 ‎（1）性能：多用电表，通常叫万用表，它是实际生活中在电器安装、使用、维修过程中必备的常用仪表，多用表具有用途多、量程广、使用方便等优点，它可以用来测量交流电压、直流电压、直流电流和电阻，而且每一种测量又具有多个量程。虽然使用方便，但是其准确度稍低。‎ ‎（2）原理：多用电表由一只灵敏的直流电表（表头）与若干元件组成测量电路，每进行一种测量时只使用其中的一部分电路，其他部分不起作用。‎ ‎①直流电流挡：‎ 直流电流挡的几个挡位实际是由同一表头改装而成的几个量程不同的电流表。‎ ‎②直流电压挡：‎ 直流电压挡的几个挡位实际是由同一表头改装而成的几个量程不同的电压表。‎ ‎③多用表面板如图所示，直流电流、电压的刻度是均匀的，电压和欧姆挡刻度是不均匀的。‎ ‎④使用步骤及注意事项：<1>用螺丝刀进行机械调零（左侧O）。<2>选挡：测电流、电压时选择合适量程；测电阻时选择合适的倍率，以使指针在中央刻度范围，可用比估计值低1个数量级的倍率，如估计为200就应该选×10的倍率 ‎。<3>用调零旋钮（电阻）进行调零（表笔直接接触，指针指右侧零刻度）。<4>将红黑表笔接被测电阻两端进行测量。<5>将指针示数乘以倍率得测量值。<6>将选择开关扳到“OFF”挡，交流电压最高挡。‎ ‎⑤注意：a. 用欧姆挡测电阻，如果指针偏转角度太小。应增大倍率；如果指针偏转角度太大，应减小倍率。b. 每次换挡后都要重新进行电阻调零。c. 被测电阻要跟电源及其他元件断开。‎ ‎（3）使用：多用表的型号很多，但使用方法基本相同，请同学们注意以下两个问题：‎ ‎①表的盘面上“+”、“一”插孔，表示直流电流挡、直流电压挡的正、负接线柱，因此，不管测什么项目，首先将红表笔插入“+”插孔，将黑表笔插入“一”插孔，那么用直流电流挡、直流电压挡时，电流从红表笔流入，从黑表笔流出。‎ ‎②测量前，应把选择开头旋到相应项目的适当量程上，读数时要注意挡位与刻度盘的对应，直流电流挡、直流电压挡跟电流表和电压表的使用方法一样。‎ ‎（4）二极管 二极管全称晶体二极管，它是用半导体材料制成的电子元件，二极管有二根引线，一根叫正极，一根叫负极，电路元件符号如图所示，当给二极管加上一定的正向电压时，它的电阻值很小，就像一个接通的开关一样，当给二极管加上反向电压时，它的电阻值变得很大，就像断开的开关一样，二极管只允许电流沿一种方向通过，这就是二极管的单向导电性。在图中符号上箭头的指向表示允许电流通过的方向，用多用电表测量它的电阻时，正向电阻很小，反向电阻很大。‎ 例1：欧姆表是由表头、干电池和调零电阻等串联而成的，有关欧姆表的使用和连接，正确的叙述是 A. 测电阻前要使红黑表笔相接，调节调零电阻，使表头的指针指零 B. 红表笔与表内电池正极相接，黑表笔与表内电池负极相连接 C. 红表笔与表内电池负极相接，黑表笔与表内电池正极相连接 D. 测电阻时，表针偏转角度越大，待测电阻值越大 解析：每次测量电阻之前都要进行电阻调零，所以A正确。由欧姆表内部结构可知B错C对。测电阻时，表针偏转角度越大，说明通过表头的电流越大，待测电阻越小，故D错。‎ 答案：AC 小结：了解欧姆表的内部结构和原理，对正确使用和操作欧姆表很有帮助。‎ 例2：用多用电表的欧姆挡测量一未知电阻的阻值，若将选择倍率的旋钮拨至×100的挡时，测量时指针停在刻度盘O附近处，为了提高测量的精确性，有下列可供选择的步骤：‎ A. 将两根表笔短接 B. 将选择开关拨至“×1k”挡 C. 将选择开关拨至“×10”挡 D. 将两根表笔分别接触待测电阻的两端，记下读数 E. 调节调零电阻，使指针停在0刻度线上 F. 将选择开关拨至交流电压最高挡上 将上述中必要的步骤选出来，这些必要步骤的合理的顺序是 （填写步骤的代号）；若操作正确，上述D步骤中，指针偏转情况如图所示，则此未知电阻的阻值 Rx = 。‎ 解析：用多用表的欧姆挡测未知电阻时，指针停在中值（中心位置）附近时测量误差较小，当用“”的挡测量时，指针停在0附近，说明待测电阻的阻值相对该挡比较小，为了提高测量精度，应换低倍率“”‎ 的挡来测量，换挡之后，必须重新调零，之后再接入未知电阻进行测量和读取数据，测后暂不使用此多用表，应将选择开关置于交流电压最高挡上，这是为了安全，保证电表不受意外损坏，如下次再使用这个表测电流、电压等其他量时，一旦忘了选挡，用交流电压最高挡虽然测不出正确结果，但不会把电表烧坏。‎ 答案：C、A、E、D、F、Rx=160‎ 二、测电源的电动势和内电阻 ‎（一）测量原理 方法一：利用 ，注意利用此法测量时，须注意到：‎ ‎① U是指电源两极的电压，I 是指流过电源的电流。‎ ‎② 要注意到测一节干电池的内阻和电动势时，由于电动势大约为1.5V左右，因而伏特表量程选择0-3V，路端电压一般选择控制在1.0V以上，其电源内阻大约在1左右，其放电电流最大不超过0.5A，所以电流表选择0-0.6A。基于上述原因，滑动变阻器的可用阻值大约是10（分析当电流达到最大时电路中的电阻最小， ，电源内阻大约1，所以外电阻最小值大约为2，当电流达到最小，一般为0.2A 左右，所以左右，内阻大约为1，所以滑动变阻器最大约7。注意上述的分析可得到滑动变阻器的选择，根据实验给定的大致数据选择器材。）‎ ‎③原理图：若接成图示1电路，考虑到电压表、安培表的内阻的影响，电压表测量的是路端电压，没有误差；而安培表测得的是支路 的电流而不是流过电源的电流，因而此实验图的误差来源于安培表，安培表读数不是公式要求的；二者相差了通过伏特表的电流，但根据②中的分析，滑动变阻器阻值不大，因而伏特表的分流很小，因此连接成此电路图误差较小。‎ 若连接成2图：此时安培表测量的是流过电源的电流，而电压表测量的并不是电源的路端电压，此时相当于把安培表的内阻记做了电源的内阻，由于电源内阻不大，因而此图误差较大。‎ ‎④步骤：a 确定安培表、电压表的量程，连结成电路。‎ b 把滑片P 滑到使变阻器连入电路的阻值达到最大。‎ c 闭合开关，调节R使电流表有明显示数，记录一组U，I 。可用同样的方法测几组U，I值。‎ d 断开开关，整理器材。‎ e 数据处理，以U为纵坐标，以I为横坐标，做出U—I 图像。作图时应注意到点尽可能均匀分布在直线的两侧。在图像中计算电动势和内阻要注意纵轴是否是从0开始。‎ 练习1：如图示为某同学做的U—I 图像，请求出电源电动势和内阻。‎ 方法二：利用可把上式改为，此时若求E，r 需知道U，R ；U为路端电压，R 为外电路电阻。‎ 如图示：注意①因连立方程求解，选择两组，即可联立求得E，r，多求出几个E，r，再求平均值即可。‎ ‎②要注意此时的变阻器为变阻箱，一可作为定值电阻，二可计算出电流。‎ 方法三：利用可把改写为，此时测出流过电源的电流和外电阻即可通过该式计算得到E，r。、‎ 如图示：要注意此时变阻箱的作用，即作为一个定值电阻又可计算得出电压。‎ 其它变异方法 ‎1. 用伏特表直接测电源的电动势。如图示，电源内阻较小，则伏特表的示数非常接近电源电动势（因为流过电源的电流很小，其内电压几乎为0）。‎ ‎2. 若电源内阻不计，则方法三中可以有，只要测出通过电源的电流和外电阻即可得到E。‎ 注意：‎ ‎1. 方法1，2，3中的器材有何不同？‎ ‎2. 测一节干电池的内阻和电动势时用旧电池比用新电池要好一些（内阻较大，在电流相同的前提下，路端电压比较明显）。‎ ‎3. 对于干电池的放电电流不宜过大，一般不超过0.5安。‎ 例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，所用电流表和电压表的内阻分别为O.1和1k，下面分别为实验原理图及所需的器件图，如图：‎ ‎（1）试在下图中画出连线，将器件按原理图连接成实验电路。‎ ‎（2）一位同学记录的6组数据见表，试根据这些数据在图中画出U-I图线，根据图线读出电池的电动势E= V，根据图线求出电池内阻r= 。‎ 解析：（1）根据试验原理图，可以将电池、变阻器、安培表、电键连接成一个大串联，再将电压表并联上，注意电池、电表的正负。如图所示。‎ ‎（2）作出图线如图所示，作图线时应把个别不合理的数据排除，由直线与纵轴的交点可读出电动势，再读出直线与横轴的交点的坐标（U、I），连同得出的E值代入中，得出。‎ 小结：运用图像处理实验结果有两种情况：一种是根据图像发现规律，这在探索性实验中应用较多；另一种是根据图像的性质求出有关物理量，本题的应用就是后者。在U—I坐标系中，为使坐标纸得到充分利用，使测量误差减小，则纵坐标可以不从O开始，而横坐标必须从O开始。‎ ‎【模拟试题】‎ ‎1. 关于多用电表表盘上的刻度线，下列说法正确的是（ ）‎ A. 直流电流挡和直流电压挡的刻度线是均匀的，共用同一刻度线 B. 电阻挡的刻度线是均匀的 C. 电流和电压挡的零刻度在刻度线的左端 D. 欧姆挡的零刻度在刻度线的右端 ‎2. 在使用多用电表的欧姆挡测电阻时，应 （ ）‎ A. 使用前检查指针是否停在欧姆挡刻度线的“”处 B. 每次测量前或每换一次挡位，都要进行一次电阻调零 C. 在测量电阻时，电流从黑表笔流出，经被测电阻到红表笔，再流入多用电表 D. 测量时若发现表针偏转的角度较小，应该更换倍率较小的挡来测量 ‎3. 用多用表的欧姆挡（R×lk）检查性能良好的晶体二极管，发现多用电表的表针向右偏转的角度很小，这说明（ ）‎ A. 二极管加有正向电压，故测得电阻很小 B. 二极管加有反向电压，故测得电阻很大 C. 此时红表笔接的是二极管的正极 D. 此时红表笔接的是二极管的负极 ‎4. 如图所示是把量程为3mA的电流表改装成欧姆表的结构示意图，其中电池的电动势E=1.5V。改装后，原来电流表3mA刻度处的刻度值定为零位置，则2mA刻度处应标为 ，lmA刻度处应标为 。‎ ‎5. 根据试题要求填空或作图。‎ ‎（1）图为多用电表的示意图，其中S、K、T为三个可调节的部件，现用此电表测量一阻值约为20～30的定值电阻，测量的某些操作步骤如下：‎ ‎①调节可调部件 ，使电表指针停在 位置；②调节可调部件K，使它的尖端指向 位置；③将红、黑表笔分别插入“+”、“一”插孔，笔尖相互接触，调节可调部件 ，使电表指针指向 位置. （2）在用多用表测量另一电阻的阻值时，电表的读数如图所示，该电阻的阻值为 。‎ ‎6. 用多用表欧姆挡（×100）测试三只晶体二极管，其结果依次如图甲、乙、丙所示。‎ 由图可知，图 的二极管是好的，该二极管的正极是 端。‎ ‎7. 下面给出多种用伏安法测电池电动势和内电阻的数据处理方法，其中既能减小偶然误差，又直观、简便的方法是 （ ）‎ A. 测出两组I、U的数据，代入方程组和，求出E和r B. 多测几组I、U的数据，求出几组E、r，最后分别求出其平均值 C. 测出多组I、U的数据，画出U—I图象，再根据图象求E、r D. 多测出几组I、U的数据，分别求出I和U的平均值，用电压表测出断路时的路端电压即为电动势E，再用闭合电路欧姆定律求出内电阻r ‎8. 测定电池的电动势和内电阻时，有下列实验步骤：‎ A. 打开电键，切断电路 B. 恰当选择实验器材，按电路图连好电路 C. 调节滑动变阻器的滑片，减小接入电路的电阻，记录一组电流表和电压表的示数 D. 把滑动变阻器的滑片滑至使接入电路的电阻最大的一端 E. 逐次减小滑动变阻器接入电路的电阻，记录多组电流表和电压表的示数 F. 闭合电键接通电路 把以上步骤的序号按合理顺序填写在横线上：‎ ‎9. 实验台上备有下列实验器材：①电流表（0～‎0.6A）；②电流表（0～‎3A）；③电压表（0～3V）；④电压表（0～15V）；⑤滑动变阻器（10，‎2A）；⑥滑动变阻器（175，0. ‎3A）；⑦电键；⑧导线。为了测量一节干电池的电动势和内电阻时，应选用的器材是（填器材代号） 。‎ ‎10. 图为某次测量电源的电动势和内电阻所作的图象，有关这个图象的说法正确的是 （ ）‎ A. 纵轴截距表示待测电源的电动势，即E＝3V B. 横轴截距表示短路电流，即I短=O.6A C. 根据，计算出待测电源电阻为5‎ D. 根据r=△U／△I，计算出待测电源内电阻为1‎ ‎11. 用图所示电路（R1、R2为标准定值电阻）测定电池的电动势和内电阻时，如果偶然误差可以略去不计，则下列说法中正确的是 （ ）‎ A. 电动势的测量值等于真实值 B. 内电阻的测量值大于真实值 C. 测量误差的产生原因是电流表具有内阻 D. 测量误差的产生原因是测量次数少，不能用图象法求电池的电动势和内电阻 ‎12. 为了测定电池的电动势和内电阻，待测电池、电键、导线配合下列哪组仪器可以达到实验目的 （ ）‎ A. 一只电流表和一只电阻箱 B. 一只电压表和一只电阻箱 C. 一只电流表和一个滑动变阻器 D. 一只电流表和一只电压表 E. 一只电压表和一只滑动变阻器 试题答案 ‎1. ACD 2. BC 3. BC 4. 250，1000‎ ‎5.（1）①S 左端0刻度 ②欧姆挡1 ③T，右端0刻度 （2）‎ ‎6. 乙 a 7. C 8. B、D、F、C、E、A ‎9. ①③⑤⑦⑧ 10. AD 11. BC ‎12. AB