高考物理一轮复习实验课课件12用多用电表测量电学中的物理量含描绘小灯泡的伏安特性曲线(含解析)

这是一份高考物理一轮复习实验课课件12用多用电表测量电学中的物理量含描绘小灯泡的伏安特性曲线(含解析)，共46页。PPT课件主要包含了-2-，-3-，-4-，-5-，-6-，-7-，-8-，-9-，-10-，-11-等内容，欢迎下载使用。

一、实验目的1.了解多用电表的构造和原理,掌握多用电表的使用方法。2.会使用多用电表测电压、电流及电阻。3.会用多用电表探索黑箱中的电学元件。
二、实验原理1.电流表与电压表的改装(1)改装方案
(2)校正①电压表的校正电路如图甲所示,电流表的校正电路如图乙所示。
②校正的过程:先将滑动变阻器的滑片移到最左端,然后闭合开关,移动滑片,使改装后的电压表(电流表)示数从零逐渐增大到量程值,每移动一次记下改装的电压表(电流表)和标准电压表(标准电流表)的示数,并计算满刻度时的百分误差,然后加以校正。
2.欧姆表原理(多用电表测电阻原理)(1)构造:如图所示,欧姆表由电流表G、电池、调零电阻R和红、黑表笔组成。 欧姆表内部:电流表、电池、调零电阻串联。外部:接被测电阻Rx。全电路电阻R总=Rg+R+r+Rx。
(2)工作原理:闭合电路欧姆定律, 。(3)刻度的标定:红、黑表笔短接(被测电阻Rx=0)时,调节调零电阻R,使I=Ig,电流表的指针达到满偏,这一过程叫欧姆调零。①当I=Ig时,Rx=0,在满偏电流Ig处标为“0”。(图甲所示)②当I=0时,Rx→∞,在I=0处标为“∞”。(图乙所示)③当 时,Rx=Rg+R+r,此电阻值等于欧姆表的内阻值,Rx叫中值电阻。
3.多用电表(1)多用电表可以用来测量电流、电压、电阻等,并且每一种测量都有几个量程。(2)外形如图所示,上半部分为表盘,表盘上有电流、电压、电阻等多种量程的刻度;下半部分为选择开关,它的四周刻有各种测量项目和量程。
(3)多用电表面板上还有欧姆表的欧姆调零旋钮(使电表指针指在右端零欧姆处)、指针定位螺丝(使电表指针指在左端的“0”位置)、表笔的正、负插孔(红表笔插入“+”插孔,黑表笔插入“-”插孔)。
4.测电流、电压的原理测电流和电压的原理与电流表和电压表改装原理相同。(1)直流电流挡:直流电流挡的几个挡位实际是由同一表头并联不同电阻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串联不同电阻改装而成的几个量程不同的电压表。
5.二极管的单向导电性(1)晶体二极管是由半导体材料制成的,它有两个极,即正极和负极,它的符号如图甲所示。 (2)晶体二极管具有单向导电性(符号上的箭头表示允许电流通过的方向)。当给二极管加正向电压时,它的电阻很小,电路导通,如图乙所示;当给二极管加反向电压时,它的电阻很大,电路截止,如图丙所示。(3)将多用电表的选择开关拨到欧姆挡,红、黑表笔接到二极管的两极上,当黑表笔接“正”极,红表笔接“负”极时,电阻示数较小,反之电阻示数很大,由此可判断出二极管的正、负极。
三、实验器材多用电表、电学黑箱、直流电源、开关、导线若干、小灯泡、二极管、定值电阻(大、中、小)三个。四、实验步骤1.观察多用电表的外形,认识选择开关对应的测量项目及量程。2.检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的零刻度位置。若不指零,则可用小螺丝刀进行机械调零。3.将红、黑表笔分别插入“+”“-”插孔。
4.测小灯泡的电压和电流。(1)按如图甲所示连好电路,将多用电表选择开关置于直流电压挡,测小灯泡两端的电压。 (2)按如图乙所示连好电路,将选择开关置于直流电流挡,测量通过小灯泡的电流。
5.用多用电表测电阻的步骤。(1)调整定位螺丝,使指针指向电流的零刻度。(2)选择开关置于“Ω”挡的“×1”,短接红、黑表笔,调节欧姆调零旋钮,使指针指向电阻的零刻度,然后断开表笔,再使指针指向“∞”刻度处。(3)将两表笔分别接触阻值为几十欧的定值电阻两端,读出指示的电阻值,然后断开表笔,再与标定值进行比较。(4)选择开关改置“×100”挡,重新进行欧姆调零。(5)再将两表笔分别接触标定值为几千欧的电阻两端,读出指示的电阻值,然后断开表笔,与标定值进行比较。(6)测量完毕,将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡。
6.探索黑箱内的电学元件。
五、误差分析1.偶然误差(1)欧姆表的表盘刻度不均匀,估读时易带来误差。(2)由于欧姆表刻度的非线性,表头指针偏转过大或过小都会使误差增大,因此要选用恰当倍率挡位,使指针在中值附近。(3)读数时的观察易造成偶然误差,要垂直表盘正对指针读数。2.系统误差(1)电池用旧后,电动势会减小,内阻会变大,致使电阻测量值偏大,要及时换电池。(2)测电流、电压时,由于电表内阻的影响,测得的电流、电压值均小于真实值。
六、注意事项1.欧姆表刻度盘不同于电压、电流表刻度盘(1)左“∞”右“0”:电阻无限大与电流、电压零刻度重合,电阻零刻度与电流、电压最大刻度重合。(2)刻度不均匀:左密右疏。(3)欧姆挡是倍率挡,即读出的示数再乘以挡上的倍率。电流、电压挡是量程范围挡。在不知道待测电阻的估计值时,应先从中等倍率开始试测,指针偏角太小,换大倍率挡;指针偏角太大,换小倍率挡。(4)欧姆表的读数:待测电阻的阻值应为表盘读数乘以倍率。为了减小读数误差,指针应指表盘 部分,即中央刻度附近。
2.多用电表使用的“八项注意”(1)使用前要机械调零。(2)两表笔在使用时,电流总是“红进”“黑出”。(3)选择开关的功能区域,要分清是测电压、电流、电阻,还要分清是交流还是直流。(4)电压、电流挡为量程范围挡,欧姆挡为倍率挡。(5)刻度线有三条:上为电阻专用,中间为电流、电压直流、交流共用,下为电压交流2.5 V专用。(6)测电阻时①待测电阻与电路、电源一定要断开。②两手一定不要接触两表笔金属杆。③指针指中值附近较准,否则换挡。④每换一挡必须重新欧姆调零。⑤读出示数要乘以倍率才为电阻阻值。
(7)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。(8)使用完毕,选择开关要置于“OFF”挡或交流电压最高挡,长期不用应取出电池。
实验原理与操作例1某学生实验小组利用图甲所示电路,测量多用电表内电池的电动势和内阻及“×1 k”挡内部电路的总电阻。使用的器材有多用电表、电压表(量程5 V,内阻十几千欧)、滑动变阻器(最大阻值5 kΩ)、导线若干。甲回答下列问题:
(1)将多用电表挡位调到电阻“×1 k”挡,再将红表笔和黑表笔　　　　　,调零点。 (2)将图甲中多用电表的红表笔和　　　　(选填“1”或“2”)端相连,黑表笔连接另一端。 
(3)将滑动变阻器的滑片调到适当位置,使多用电表的示数如图乙所示,这时电压表的示数如图丙所示。多用电表和电压表的读数分别为　　　　 kΩ和　　　　 V。 
(4)调节滑动变阻器的滑片,使其接入电路的阻值为零,此时多用电表和电压表的读数分别为12.0 kΩ和4.00 V。从测量数据可知,电压表的内阻为　　　　 kΩ。 (5)多用电表电阻挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、一个理想电流表和一个电阻串联而成的电路,如图丁所示。根据前面的实验数据计算可得,此多用电表内电池的电动势为　　　　　 V,电阻“×1 k”挡内部电路的总电阻为　　　 kΩ。  丁
解析 (1)多用电表欧姆挡调零的方法是先把红、黑表笔短接,再调节欧姆调零旋钮,使指针满偏。(2)多用电表内部电池的正极与黑表笔相连,要保证电流从电压表的“+”接线柱流入、“-”接线柱流出,故红表笔和“1”端相连。(3)多用电表指针指向“15”,挡位“×1 k”,故多用电表的读数为15.0 kΩ;电压表读数时要估读,读数为3.60 V。(4)滑动变阻器接入电路的阻值为零,故多用电表的读数即为电压表内阻。(5)由题图丁知,此时多用电表指针指向中值,故此时内、外电阻均为15 kΩ,此时的电压表示数为3.60 V。则
解得E=9.00 V。答案 (1)短接　(2)1　(3)15.0　3.60　(4)12.0　(5)9.00　15.0
多用电表的使用例2(2017·全国Ⅲ卷)图甲为某同学组装完成的简易多用电表的电路图。图中E是电池;R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻,R6是可变电阻;表头G的满偏电流为250 μA,内阻为480 Ω。虚线方框内为换挡开关,A端和B端分别与两表笔相连。该多用电表有5个挡位,5个挡位为:直流电压1 V挡和5 V挡,直流电流1 mA挡和2.5 mA挡,欧姆×100 Ω挡。
(1)图甲中的A端与　　　(填“红”或“黑”)色表笔相连接。 (2)关于R6的使用,下列说法正确的是　　　　(填正确答案标号)。A.在使用多用电表之前,调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置B.使用欧姆挡时,先将两表笔短接,调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置C.使用电流挡时,调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置(3)根据题给条件可得R1+R2=　　　　 Ω,R4=　　　　 Ω。 (4)某次测量时该多用电表指针位置如图乙所示。若此时B端是与“1”相连的,则多用电表读数为　　　　;若此时B端是与“3”相连的,则读数为　　　　;若此时B端是与“5”相连的,则读数为　　　。 (结果均保留3位有效数字) 
解析 (1)根据电流从红表笔进入多用电表,结合欧姆挡知,A与黑表笔相连。(2)在使用多用电表之前,调节机械定位螺丝使电表指针指在表盘左端电流“0”位置,A选项错;使用欧姆挡时,将两表笔短接,调整R0进行欧姆调零,B选项正确;电流挡中电路与R6无关,C选项错。(3)当B端接“2”时,电流表的量程为1 mA,此时,R1、R2串联后与表头并联,R1+R2承担的电流为I-Ig=0.75 mA,由IgRg=(I-Ig)(R1+R2),可得R1+R2=160 Ω;当B端接“4”时,电压表量程为1 V,表头与R4串联,表头部分承担的电压Ug=IgRg=250×10-6×480 V=0.12 V,故R4承担的电压为0.88 V,所以R4= =880 Ω。
(4)B端与“1”连接时,电流表最大量程为2.5 mA,表盘上每1小格表示0.05 mA,指针约在第29.6格,则电流表读数为1.48 mA;B端与“3”连接时,多用电表为欧姆表,示数为R=11×100 Ω=1 100 Ω;B端与“5”连接时,多用电表为量程5 V的电压表,每1小格表示0.1 V,则读数为2.96 V。答案 (1)黑　(2)B　(3)160　880　(4)1.47 mA或1.48 mA 1 100 Ω　2.95 V或2.96 V
例3如图甲所示,数字多用电表是近来发展起来的高科技电子产品,它具有测量精度高、读数方便等许多独特的优点。以某型号普通数字多用电表为例,其电压挡所有量程内阻高达10 MΩ以上,而机械指针式电压表内阻一般为几千欧到几十千欧。
现有一块数字多用电表,用它来测量一只电池的电动势和内阻。提供的其他测量器材还有一只滑动变阻器R(0~30 Ω),两只开关,导线若干。实验要求:利用这些器材,尽量采用最简单的测量方法,分两步进行。首先测量电动势,待电动势测定之后再测量其内阻。现按图乙连接好测量电路。
操作步骤:(1)将数字多用电表选择开关置于　　　　挡,选择合适的量程,断开开关　　　　,闭合开关　　　　,记录表的示数,然后反复测量多次,取平均值并记为a。 (2)将数字多用电表选择开关置于　　　　挡,选择合适的量程,断开开关　　　　,闭合开关　　　　,记录表的示数,记为b,紧接着进行以下的操作:将选择开关置于　　　　挡,选择合适的量程,然后同时闭合开关S1和S2,记录表的示数并记作c,把b和对应的c作为一组数据记录下来,然后反复测量多次,得到多组数据。 (3)　　　(选填“a”“b”或“c”)即为干电池的电动势。 (4)干电池的内阻的表达式r=　　　　(用a、b、c表示),将步骤(2)测得的数据代入公式,求出r的平均值,即为干电池的内阻。 
解析 (1)为了测电源的电动势,需将选择开关置于电压挡,断开开关S1,闭合开关S2,此时电表示数为电源的电动势E,即E=a。(2)测量外电阻需要将电路断开测量,故断开S2,选择开关应置于欧姆挡,闭合S1,此时电表示数为变阻器接入电路的阻值R,即R=b;为测电源的路端电压,选择开关应置于电压挡,此时电表示数即为电源的路端电压U,U=c。(3)由(1)知a即为干电池的电动势。
答案 (1)电压　S1　S2　(2)欧姆　S2　S1　电压　(3)a　
实验探究拓展描绘小灯泡的伏安特性曲线(一)实验目的1.描绘小灯泡的伏安特性曲线。2.分析伏安特性曲线的变化规律。(二)实验原理1.用电流表测出流过小灯泡的电流,用电压表测出小灯泡两端的电压,测出多组(U,I)值,在U-I坐标系中描出各对应点,用一条平滑的曲线将这些点连起来。2.电流表外接:因为小灯泡的电阻很小,如果电流表内接,误差明显较大;滑动变阻器采用分压式,使电压能从零开始连续变化。
(三)实验器材小灯泡(3.8 V,0.3 A)或(2.5 V,0.6 A)一个、电压表(0~3 V~15 V)与电流表(0~0.6 A~3 A)各一个、滑动变阻器(最大阻值20 Ω)一个、学生低压直流电源(或电池组)、开关一个、导线若干、坐标纸、铅笔。
(四)实验步骤1.确定电流表、电压表的量程,采用电流表外接法,滑动变阻器采用分压式接法,按如图所示的原理图连接好实验电路。2.把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端,接线经检查无误后,闭合开关S。
3.移动滑动变阻器滑片位置,测出多组不同的电压值U和电流值I,并将测量数据填入表格中,断开开关S。
4.拆除电路,整理仪器。
(五)数据处理与分析数据处理(画出伏安特性曲线)1.在坐标纸上以U为横轴,I为纵轴,建立坐标系。2.在坐标纸上描出各组数据所对应的点。(坐标系纵轴和横轴的标度要适中,以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜)3.将描出的点用平滑的曲线连接起来,就得到小灯泡的伏安特性曲线。
实验器材选取1.原则:①安全;②精确;③操作方便。2.具体要求(1)电源允许的最大电流不小于电路中的实际最大电流。干电池中电流一般不允许超过0.6 A。(2)该用电器的实际最大电流不能大于用电器的额定电流。(3)电压表或电流表的量程不能小于被测电压或电流的最大值。(4)滑动变阻器,分压式接法要选用小阻值滑动变阻器。
六、误差分析1.由于电压表、电流表不是理想电表,电表内阻对电路的影响会带来误差。2.电流表、电压表的读数带来误差。3.在坐标纸上描点、作图带来操作误差。
七、注意事项1.本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小,因此测量电路必须采用电流表外接法。2.本实验要作出U-I图线,要求测出一组包括零在内的电流、电压值,故控制电路必须采用分压接法。3.为保护元件不被烧毁,开关闭合前滑动变阻器的滑片应位于电路图中的a端。4.I-U图像在U0=1.0 V左右将发生明显弯曲,故在U=1.0 V左右绘点要密,以防出现较大误差。5.电流表选择0.6 A量程,电压表量程选择视小灯泡的额定电压而定。(1)若使用“3.8 V　0.3 A”的小灯泡,选用电压表的15 V量程。(2)若使用“2.5 V　0.6 A”的小灯泡,则选用电压表的3 V量程。
6.当小灯泡电压快接近额定电压值时,要缓慢地增加到额定电压值,记录I后马上断开开关。7.误差较大的点要舍去,I-U图像应是平滑曲线而非折线。8.建立坐标系时,纵轴表示电流,横轴表示电压,两坐标轴选取的标度要合理,使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸。
例4(2017·全国Ⅰ卷)某同学研究小灯泡的伏安特性,所使用的器材有:小灯泡L(额定电压3.8 V,额定电流0.32 A);电压表V(量程3 V,内阻3 kΩ);电流表A(量程0.5 A,内阻0.5 Ω);固定电阻R0(阻值1 000 Ω);滑动变阻器R(阻值0~9.0 Ω);电源E(电动势5 V,内阻不计);开关S;导线若干。(1)实验要求能够实现在0~3.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量,画出实验电路原理图。
(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图甲所示。
由实验曲线可知,随着电流的增加小灯泡的电阻　　　　(选填“增大”“不变”或“减小”),灯丝的电阻率　　　　(选填“增大”“不变”或“减小”)。 
(3)用另一电源E0(电动势4 V,内阻1.00 Ω)和题给器材连接成图乙所示的电路,调节滑动变阻器R的阻值,可以改变小灯泡的实际功率。闭合开关S,在R的变化范围内,小灯泡的最小功率为　　　　 W,最大功率为　　　　 W。(结果均保留2位小数) 
(3)当R=9 Ω时灯泡功率最小,将电阻R与电源视为整体。U=E-I(R+r),故U=4 V-10 Ω·I,作图法找到灯泡功率Pmin=UI≈1.75 V×0.225 A≈0.39 W当R=0时,灯泡功率最大,电源的路端电压与电流的关系U=E-Ir,故U=4 V-1 Ω·I,作图法找到灯泡功率Pmax=UI=3.65 V×0.32 A≈1.17 W。