最新沪科版选修 31 高中物理第3章从电表电路到集成电路31学习使用多用电表学案1Word格式.docx
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探讨1:
怎样使用多用电表测量直流电压和直流电流?
【提示】 测直流电压时,将选择开关置于直流电压挡合适的量程,用表笔将多用电表和被测电路并联.
测直流电流时,将选择开关置于直流电流挡合适的量程,用表笔将多用电表和被测电路串联.
探讨2:
测新的电阻时一定要重新调整欧姆零点吗?
【提示】 不一定,若仍然用原欧姆挡不用重新调整欧姆零点,若换用其他的欧姆挡需要重新调整欧姆零点.因为换挡后表内的电路连接发生了改变,故需要重新短接两个表笔,重新欧姆调零.
1.直流电压和直流电流的测量
(1)将多用电表选择开关置于直流电压挡,并选择好量程,按如图312
(1)所示电路,测小电珠两端的电压.
(2)将选择开关置于直流电流挡,并选择合适量程,按如图312
(2)所示电路,测量通过小电珠的电流.
(1)
(2)
图312
2.电阻的测量
(1)选挡:
选择欧姆挡量程时,应尽可能使指针指在中央刻度的位置附近.把选择开关旋到欧姆挡上,并根据估测电阻的大小,把选择开关旋到相应的挡位.
(2)调零:
把两根表笔接触,调整欧姆挡的调零旋钮,使指针指在电阻刻度的零刻度上.(注意:
电阻挡的零刻度在刻度盘的右端)
(3)测量(读数):
把两只表笔分别与待测电阻的两端相接,进行测量,表针示数乘以量程倍率数,即为待测电阻的阻值.
1.如图313所示为一已进行机械调零可供使用的多用电表,S为选择开关,Q为电阻挡调零旋钮.现要用它检测两个电阻的阻值(图中未画电阻),已知阻值分别为R1=20Ω,R2=470kΩ,下面提出了在测量过程中一系列可能的操作,请你选出能准确地测定各阻值和符合多用电表安全使用规则的各项操作,并且将它们按合理顺序填写在后面的横线上.
图313
A.旋动S使其尖端对准电阻挡×
1k
B.旋动S使其尖端对准电阻挡×
100
C.旋动S使其尖端对准电阻挡×
10
D.旋动S使其尖端对准电阻挡×
1
E.旋动S使其尖端对准交流电压挡×
500
F.将两表笔分别接到R1的两端,读出R1的阻值,随后立即断开
G.将两表笔分别接到R2的两端,读出R2的阻值,随后立即断开
H.两表笔短接,调节Q使表针对准电阻挡刻度盘上的0,随后立即断开
所选操作及其顺序为(用字母代号填写):
________(操作步骤可以重复选用)
【解析】 用多用电表测量电阻时,量程的选择以指针指中央附近时读数最准确,由表盘中值示数约15可知,测R1=20Ω的电阻时,只能选“×
1”挡;
测R2=470kΩ时,应选择“×
1k”挡,并且在每次选定量程后,都必须将两表笔短接,进行欧姆调零,所以题目中所给操作H需重复选用.在测量过程中对R1与R2测量的先后没有什么限制,但测量完毕后,功能选择开关必须旋离电阻挡,拨到交流电压最高挡或“off”挡,所以合理的操作及顺序为AHGDHFE或DHFAHGE.
【答案】 AHGDHFE(或DHFAHGE)
2.图314为一正在测量中的多用电表表盘.
图314
(1)如果是用×
10Ω挡测量电阻,则读数为______Ω.
(2)如果是用直流10mA挡测量电流,则读数为______mA.
(3)如果是用直流5V挡测量电压,则读数为______V.
【解析】 ①60Ω ②7.6mA ③3.80V
【答案】 见解析
3.某同学使用多用电表粗略测量一定值电阻的阻值,先把选择开关旋到“×
1k”挡位,测量时指针偏转如图315所示.请你简述接下来的测量操作过程:
图315
(1)______________________________________________________________
(2)______________________________________________________________
(3)______________________________________________________________
(4)测量结束后,将选择开关旋到“off”挡.
【解析】 欧姆表读数时,指针在中央位置附近时最准确.开关旋到“×
1k”挡位时,指针偏角太大,所以改换成小挡位“×
100”;
换挡后,应对欧姆表重新进行调零;
所测电阻阻值等于欧姆表表盘示数乘以倍数.
【答案】
(1)断开待测电阻,将选择开关旋到“×
100”挡
(2)将两表笔短接,调整“欧姆调零旋钮”,使指针指向“0Ω”
(3)再接入待测电阻,将指针示数×
100,即为待测电阻阻值
1.测量时指针的偏角指的是偏转到的位置和测量前的位置的夹角,所以偏角大,电阻小,偏角小,电阻大.
2.选挡时若无法估计待测电阻大小,是应将选择开关旋到“×
1”挡,欧姆调零后,将红、黑表笔分别接到电阻两端,若指针偏角太小,则逐渐增大量程,直到指针指到中值电阻附近为止.
用多用电表判断晶体二极管的极性
1.晶体二极管,是用半导体材料制成的电子元件.二极管有两根引线,一根叫正极,一根叫负极.
2.二极管具有单向导电性.当给二极管加上一定的正向电压时,它的电阻值很小;
当给二极管加上反向电压时,它的电阻值变得很大.
3.二极管的符号:
.
1.使用多用电表测量直流电压、电流时,不需要机械调零.(×
2.多用电表电阻挡换挡后要重新调零.(√)
3.晶体二极管当电流从正极流出时电阻很小.(×
多用电表使用前,应调整什么位置,其目的是什么?
【提示】 用螺丝刀调节表盘中央的定位螺丝,使指针指在表盘刻度左端的零位置.
晶体二极管典型的导电特性是什么?
【提示】 “单向导电性”.
怎样确定二极管的正、负极?
【提示】 多用电表测某个物理量时,不论是电流、电压还是电阻,电流的流向总是从“+”流入,“-”流出,用欧姆挡测二极管的电阻,黑表笔接二极管正极时,测得电阻比较小.在确定二极管的正负极时,若测得二极管的电阻较小,此时,黑表笔连接的一端即为二极管的正极,红表笔连接的一端为二极管的负极.
1.二极管的单向导电性:
二极管(如图316所示)是一种半导体元件,它的特点是电流从正极流入时电阻比较小,而从负极流入时电阻比较大.
图316
2.根据二极管的单向导电性,可以用多用电表判断它的正负极.
(1)用多用电表的电阻挡,量程拨到“×
100”或“×
1k”的位置上,将红表笔插入“+”插孔,黑表笔插入“-”插孔,然后两表笔短接进行电阻挡调零后分别接二极管的两极,稳定后读取示数乘上倍率求出电阻R1;
再将两表笔反过来连接二极管的两极,同理结合读数求出电阻R2.
(2)在两次测量电阻差别明显的前提下,据红表笔与电表内部电源负极一端相连,黑表笔与电源正极一端相连知,电流从黑表笔流出,所以对测得电阻较小的那一次,与黑表笔相接的极为二极管的正极,与红表笔相接的极为二极管的负极.
4.用多用电表的欧姆挡检测一个二极管,将多用电表的红表笔与二极管的a端连接,黑表笔与二极管的b端连接,测得二极管的电阻值为5Ω,将多用电表的红表笔接二极管的b端,黑表笔接二极管的a端,测得其电阻值为900Ω,实验说明二极管具有________;
该二极管的正极是________端.
【解析】 用同一个多用表测量同一个二极管,两次电阻测量值差别较大,说明二极管具有单向导电性.在正向导通时,黑表笔所接的端为正极.
【答案】 单向导电性 b
5.某同学利用多用电表测量二极管的反向电阻.完成下列测量步骤:
(1)检查多用电表的机械零点.
(2)将红、黑表笔分别插入正、负表笔插孔,将选择开关拨至电阻测量挡适当的量程处.
(3)将红、黑表笔________,进行欧姆调零.
(4)测反向电阻时,将________表笔接二极管正极,将________表笔接二极管负极,读出电表示数.
(5)为了得到准确的测量结果,应让电表指针尽量指向表盘________(选填“左侧”“右侧”或“中央”);
否则,在可能的条件下,应重新选择量程,并重复步骤(3)、(4).
(6)测量完成后,将选择开关拨向________位置.
【导学号:
29682016】
【解析】 首先要机械调零.在选择倍率后还要进行欧姆调零,而且每一次换量程都要再次欧姆调零.(3)将红黑表笔短接,进行欧姆调零.测量二极管的反向电阻时应将红表笔接二极管的正极,黑表笔接负极.欧姆表盘的刻度线分布不均匀,在中央的刻度线比较均匀,所以尽量让指针指向表盘的中央.测量完成后应将开关打到“off”挡或交流电压最高挡.
【答案】 (3)短接 (4)红 黑 (5)中央(6)“off”挡或交流电压最高挡
6.实验桌上放着晶体二极管、电阻、电容各一只,性能均正常,外形十分相似,现将多用电表选择开关拨到“×
100Ω”挡,分别测它们的正、反向电阻加以鉴别;
测甲元件时,R正=R反=0.5kΩ;
测乙元件时,R正=0.5kΩ,R反=100kΩ;
测丙元件时,指针开始偏转到0.5kΩ.接着读数逐渐增加,最后接近∞,利用所学知识区分二极管、电阻、电容分别是哪一个?
【解析】 要能判断出是何种元件,首先必须掌握各种元件的特点.电阻元件无极性,正、反电阻大小相等,故甲元件为电阻.二极管具有单向导电性,正向电阻阻值很小,反向电阻阻值很大.但两个阻值都是较稳定的,故乙元件为二极管.刚接通电容器时,由于电容器充电,通过表头的电流较大,指针偏角大,对应电阻值比较小,但随着充电电量的增大,电路中的电流逐渐变小,指针偏角逐渐减小,对应电阻值越来越大,即丙元件为电容.
【答案】 甲是电阻,乙是二极管,丙是电容.
3.2 研究电流、电压和电阻
1.知道电流的定义及形成电流的微观机理,掌握定义式I=
和决定式I=nqvS.(重点)
2.理解电压就是沿电流方向的电势降落.(难点)
3.知道电阻形成原理及电阻与温度的关系.
电流 电压 电阻
1.电流
(1)定义:
物理学中把流过导体某一横截面的电荷量Q跟所用时间t的比值I叫做电流.
(2)定义式:
I=
(3)单位:
安培.
常用单位还有毫安和微安;
换算关系:
1A=103mA=106μA.
(4)电流的方向:
电流的方向规定为正电荷定向移动的方向.
(5)物理意义:
反映电流强弱的物理量.
2.电流的形成
(1)电源在导体中产生电场,导体中的自由电子在电场力的作用下,发生定向移动,形成电流.
(2)导体电流的微观表达式I=nqvS.
3.电压
(1)沿电流方向上的任意两点间都有电势差,这就是电路中的电压.
(2)电路中沿电流方向的电势是逐渐降低的.
4.电阻
(1)金属导体中的自由电子,在电场力作用下做定向运动的过程中,自由电子与晶体点阵上的原子实碰撞形成对电子定向运动的阻碍作用,是“电阻”产生的原因.
(2)纯金属电阻的阻值与温度间的关系:
R=R0(1+αt),式中R表示金属在t℃时的电阻,R0表示金属在0℃时的电阻值,α叫做电阻的温度系数.
1.在电路中沿着电流的方向电势逐渐升高.(×
2.电流越大,单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多.(√)
3.自由电子与原子实的碰撞是产生电阻的根本原因.(√)
(1)假设电源两极的电压为1.5V,若选择电源的正极为零电势点,那么它的负极电势是多少?
【提示】 -1.5V.
(2)电阻元件在通电时发热的原因是什么?
【提示】 电阻元件通电时,自由电子不断地与晶体点阵上的原子实碰撞,将它的一部分动能传递给原子实,使原子实的热振动加剧,导体的温度就升高了.
如图321所示,把电源用导线连接在插入食盐水中的两个金属电极上,电路中形成电流.
图321
盐水中的电流和金属导线中的电流形成机制有什么不同?
【提示】 盐水中的电流是Cl-离子和Na+离子同时反向定向移动形成的,金属导线中的电流是自由电子定向移动形成的.
盐水中的电流沿什么方向?
【提示】 左.
探讨3:
假设ts内有N个Cl-和N个Na+通过图中虚面,则电路中的电流多大?
【提示】 I=
1.理解电流概念需注意的几个要点
(1)公式I=
中,q是通过导体横截面的电荷量,而不是通过导体单位横截面积的电荷量.
(2)当导体中有正、负电荷同时向相反方向定向移动形成电流时,公式中的q应为通过导体横截面的正、负两种电荷电荷量的绝对值之和.
(3)横截面的选取是任意的,电流的大小与横截面无关.
(4)电流的方向规定为正电荷定向移动的方向,它与负电荷定向移动的方向相反.在电源外部的电路中,电流的方向是从电源的正极流向负极;
在电源的内部,电流是从电源的负极流向正极.电流虽然有大小和方向,但电流是标量,而不是矢量.因此电流的合成不遵循平行四边形定则.
2.电流的微观表达式I=nqSv
(1)建立模型
图322
如图322所示,AB表示粗细均匀的一段导体,两端加一定的电压,导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v.设导体的长度为L,横截面积为S,导体单位体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为q.
(2)理论推导
导体AB中的自由电荷总数N=nLS
总电荷量Q=Nq=nLSq
所有这些电荷都通过导体横截面所需要的时间
t=
根据公式I=
知,导体AB中的电流I=
=
=nqSv.
(3)结论
由此可见,从微观上看,电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、自由电荷的电荷量、自由电荷定向移动的速率以及导体的横截面积.
3.三种速率的区别
电子定向移动的速率
电子热运动的速率
电流传导的速率
物理
意义
电流是由电荷的定向移动形成的,电流I=neSv,其中v就是电子定向移动的速率,一般为10-5m/s的数量级
构成导体的电子在不停地做无规则热运动,由于热运动向各个方向运动的机会相等,故不能形成电流,常温下电子热运动的速率数量级为105m/s
等于光速,闭合开关的瞬间,电路中各处以光速c建立恒定电场,在恒定电场的作用下,电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动,整个电路也几乎同时形成了电流
大小
10-5m/s
105m/s
3×
108m/s
1.(多选)半径为R的橡胶圆环均匀带正电,总电荷量为Q,现使圆环绕中心轴线以角速度ω匀速转动,则由环产生的等效电流应有( )
A.若ω不变而使电荷量Q变为原来的2倍,则电流也将变为原来的2倍
B.若电荷量不变而使ω变为原来的2倍,则电流也将变为原来的2倍
C.若使ω、Q不变,则橡胶环拉伸,使环半径增大,电流将变大
D.若使ω、Q不变,将橡胶环拉伸,使环半径增大,电流将变小
【解析】 正电荷Q均匀分布在橡胶环上,当环转动时,在环上任取一截面,则一个周期T内穿过此截面的电荷量为Q,由电流的定义式I=
及T=
得,环中等效电流为I=
,故选A、B.
【答案】 AB
2.示波管中,2s内有6×
1013个电子通过横截面大小不知的电子枪,则示波管中电流大小为( )
A.4.8×
10-6A B.3×
10-13A
C.9.6×
10-6AD.无法确定
【解析】 由电流的定义得
A=4.8×
10-6A,A正确,B、C、D错误.
【答案】 A
3.导体中电流I的表达式I=nqSv,其中S为导体的横截面积,n为导体每单位体积内的自由电荷数,q为每个自由电荷所带的电荷量,v是( )
A.导体运动的速率
B.导体传导的速率
C.电子热运动的速率
D.自由电荷定向移动的速率
【解析】 从微观上看,电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定向移动速率,还与导体的横截面积有关,故选D.公式I=nqSv中的v就是自由电荷定向移动的速率.
【答案】 D
4.如图323所示,一根截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷,每米电荷量为q,当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时,由于橡胶棒运动而形成的等效电流大小为( )
29682017】
图323
A.vq B.
C.qvSD.
【解析】 设在t时间内通过截面的电荷量为Q,则Q=vt·
q,所以I=
=vq,应选A.
5.如图324所示的电解槽中,如果在4s内各有8C的正、负电荷通过面积为0.8m2的横截面AB,那么:
图324
(1)正、负离子定向移动的方向如何?
(2)电解槽中的电流方向如何?
(3)4s内通过横截面AB的电量为多少?
(4)电解槽中的电流为多大?
【解析】
(1)电源与电解槽中的两极相连后,左侧电极电势高于右侧电极,电极之间电场方向由左指向右,故正离子向右移动,负离子向左移动.
(2)电解槽中的电流方向向右.
(3)8C的正电荷向右通过横截面AB,而8C的负电荷向左通过该横截面,相当于又有8C正电荷向右通过横截面,故4s内通过横截面AB的电量为16C.
(4)电流强度大小I=
A=4A.
【答案】
(1)正离子向右移动 负离子向左移动
(2)向右 (3)16C (4)4A
计算电流大小的三种方法
1.金属导体中电流的计算
金属导体中的自由电荷只有自由电子,运用I=
计算时,q是某一时间内通过金属导体横截面的电子的电荷量.
2.电解液中电流的计算
电解液中的自由电荷是正、负离子,运用I=
计算时,q应是同一时间内正、负两种离子通过横截面的电荷量的绝对值之和.
3.环形电流的计算
环形电流的计算采用等效的观点分析.所谓等效电流,就是把电子周期性地通过圆周上各处形成的电流看成持续不断地通过圆周上各处时所形成的电流.对周期性运动的电荷,常取一个周期来计算等效电流.利用I=
求等效电流.
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