5 专题 闭合电路动态分析及欧姆表原理-2022-2023学年高一物理同步备课讲义 (人教版2019必修第三册)

5 专题 电池电动势和内阻的测量及欧姆表原理 [学习目标] 1. 进一步掌握伏安法、“伏阻法”“安阻法”测量电池电动势和内阻的原理 2. 进一步掌握欧姆表的原理及电表改装 知识点一、测定电源电动势和内阻问题 1． 伏安法 方案 电流表内接 电流表外接 电路图 误差来源 电压表的分流 电流表的分压 真实值和测量值的关系 I真＝I测＋ U真＝U测＋IRA 图象 误差分析 E测<E真，r测<r真(r测＝) E测＝E真，r测>r真 (r测＝r＋RA) 2． 伏阻法和安阻法 方案 伏阻法 安阻法 原理 E＝U＋ r E＝IR＋Ir 电路图 关系式 ＝·＋ ＝·R＋ 图象 误差分析 电压表的分流 E测＜E真；r测＜r真(r测＝) 电流表的分压 E测＝E真；r测＞r真(r测＝r＋RA) 知识点二、欧姆表原理 电表改装　多用电表原理和使用问题 1． 欧姆表内部构造和原理 2． 欧姆表测电阻的原理是闭合电路欧姆定律，欧姆表内部电路结构如图所示．电流方向为“红进黑出”．黑表笔与欧姆表内部电源正极相连，红表笔与负极相连． 3． 欧姆表测量电阻原理： 1　 红、黑表笔短接，进行欧姆调零时，指针满偏，在最大值Ig处，有Ig＝＝，得RΩ＝（RΩ即为欧姆表内阻）； 2　 当红、黑表笔之间接有未知电阻Rx时，有I＝，故每一个未知电阻都对应一个电流值I.我们在刻度盘上直接标出与I对应的Rx的值，所测电阻Rx即可从表盘上直接读出． 3　 改变被测电阻Rx的阻值，电流I随着改变，每个Rx值都对应一个电流值，在刻度盘上直接标出与I值对应的Rx值，就可以从刻度盘上直接读出被测电阻的阻值． 4　 由于I与R是非线性关系，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，电阻的零刻度在电流满偏处．当Rx＝Rg＋R＋r时，I＝，指针半偏，所以欧姆表的内阻等于中值电阻． 5　 倍率选择：使用欧姆挡测电阻时，应使指针位于表盘中间附近，若指针偏角过大，则说明所测电阻偏小，应换用小倍率． 6　 使用欧姆表测电阻时，换挡后需重新进行欧姆调零，读数之后要乘以倍率． 知识点一：测量电源电动势与内阻 【探究重点】 1． 三种常用实验方法和原理：伏安法E＝U＋Ir、伏阻法E＝U(1＋r/R)、安阻法E＝I(R＋r)． 2． 两种数据处理方法：联立方程求解法和图象处理法，对伏安法利用电源的U­I图象求电动势和内阻；对伏阻法和安阻法需对闭合电路欧姆定律方程E＝U(1＋r/R)和E＝I(R＋r)适当变形作线性处理，并利用直线方程的截距和斜率求电动势或内阻等物理量． 3． 任何一种实验方法，一定要紧扣闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir，其中最关键的是看电路中如何测量出路端电压U和电路中的总电流I。 4． “化曲为直”思想的应用。利用图象得出电动势和内阻是常见的方法，当图线不为直线时，往往要变换坐标轴表示的物理量，使图线为直线。以安阻法为例，可作­R图象；以伏阻法为例，可作­图象，也可作U­图象等，目的是使图象是直线。故这类问题重点关注图象的斜率、截距的物理意义。 【例题精讲】 1. (2022届安徽师范大学附属中学第五次综合测试)将两个锌、铜等金属电极插入任何一个水果中就可以做成一个水果电池，但日常生活中我们很少用“水果电池”，这是为什么呢？某学习小组的同学准备就此问题进行探究。 某学习小组通过查阅资料得知，将锌、铜两电极插入水果中，电动势大约有1伏左右，他们找来了一个苹果做实验，用伏特表测其两极时读数为0.75V。则该苹果电池的电动势E应__________0.75V(填“大于”、“等于”或“小于”)。但当他们将四个这样的苹果电池串起来给标称值为“3V，0.5A”的小灯泡供电时，灯泡并不发光，经小组检查，电源串联没有问题，灯泡、线路也均没有故障，则出现这种现象的原因估计是____________________(不要求写分析、推导过程)。 为验证上述猜想，该学习小组想尽可能准确测量出“苹果电池”的电动势和内阻，他们进入实验室，发现有以下器材： A．一个“苹果电池” B．电流表A1(量程为0～0.6A，内阻为1Ω) C．电流表A2(量程为0～200μA，内阻为900Ω) D．电流表A3(量程为0～300μA，内阻约为1000Ω) E．滑动变阻器R1(最大阻值约2kΩ) F．定值电阻R0(阻值为100Ω) G．电阻箱R(0～9999Ω) H．导线和开关。 (1)经分析，实验电路中最大电流约1~2mA，则需选择电流表__________(选填“A1”、“A2”或“A3”)并用定值电阻R0对其量程进行扩充，扩充后的量程为__________。 (2)在方框中画出设计的电路图_______； (3)用(2)中实验电路