高二物理第二章 第八节 第九节 第十节人教实验版

高二物理高二物理第二章第二章 第八节第八节 第九节第九节 第十节第十节人教实验版人教实验版 同步教育信息同步教育信息 一 本周教学内容 第二章 恒定电流 第八节 多用电表 第九节 测量电池的电动势和内阻 第十节 简单的逻辑电路 二 重点 难点解析 1 欧姆表和多用电表的制作原理 2 掌握实验原理和方法 学会处理实验数据 3 三种门电路的逻辑关系 三 知识内容 1 欧姆表的原理 多用电表测电阻的欧姆挡的设计原理是闭合电路欧姆定律 它是一种用电流的大小间 接表示电阻阻值的测量仪表 它的结构如图所示 设两表笔接被测电 Rx 由 I E Rg R r Rx 知 I 随 Rx而变化 如果在表面刻度盘上直接标上与 I 相对应的 Rx值 就成为欧姆表 由于 I 和 Rx是非线性关系 所以欧姆表刻度不均匀 当红黑表笔短接时 I E Rg R r 可调 R 使 I Ig 所以表头满偏时 表示被测电 阻为零 当两表笔断开时 表头无电流通过 表示被测电阻 Rx为无穷大 欧姆表本身带有电源 当其正常工作时 电流必须从表头正接线柱流入 因而必须使 电源负极和表头正接线柱相接 也就是说 红 黑表笔的正 负插孔 实际上表示表头的 正 负接线柱 而与电源的正 负极正好相反 所以 当使用其内部电源时 电流从黑表 笔流出 2 多用电表 多用电表是一种比较常用的电学仪器 它可以用来测交流电压 直流电压 直流电流 和电阻 使用多用电表时要注意表盘刻度 欧姆表刻度为 反刻度 不均匀 在测量电 阻时 为了减小误差 应使指针指在中间左右的位置 1 3 2 3 测量不同阻值的电阻 时可通过调整相应倍率挡达到要求 欧姆表内的电池用久了 它的内阻会变大 此时的欧姆表虽然也能通过调零电阻进行 欧姆调零 但此时的欧姆表测出的电阻值误差较大 从原理可推出 此时的测量值比真实 值偏大 使用欧姆表测电阻时要注意 1 多用电表内部电池的正极接的是黑表笔 负极接的 是红表笔 2 要区分 机械零点 与 欧姆零点 的位置 3 每变换一次量程 都 要重新进行欧姆调零 4 测量时待测电阻必须跟其它元件和电源断开 5 读数时要 乘以相应的倍率 6 使用完毕后应将选择开关旋到 OFF 或交流电压最高挡 7 电池 用久了 应更换新电池 3 测定电池的电动势和内阻 1 多种实验方法 2 数据处理 电路的 U I 图象 图线的纵坐标是路端电压 U E Ir 它所反映的是电源的性质 所以也叫电源的外特 性曲线 实验中至少得到 5 组以上实验数据 画在图上拟合出一条直线 要求 使多数点 落在直线上 并且分布在直线两侧的数据点的个数要大致相等 这样 可使偶然误差得到 部分抵消 从而提高精确度 合上开关前 应将变阻器滑动端移到阻值最大处 以避免电 源短路 开关合上后 由大到小逐渐改变滑动变阻器阻值 当电流增大到适当数值后再开 始读取电流 电压值 归纳 将图线两侧延长 纵轴截距点意味着断路情况 它的数值就是电源电动势 E 横轴截距点 路端电压 U 0 意味着短路情况 它的数值就是短路电流 r E 说明 说明 两个截距点均是无法用实验实际测到的 是利用得到的图线向两侧合理外推得到的 由于 r 一般很小 得到的图线斜率的绝对值就较小 为了使测量结果准确 纵轴的 电压刻度不必从零开始 应根据实验数据从某一适当值开始 这样画出的 U I 直线和横 轴交点不再是短路电流了 但直线的斜率仍为电源内电阻 计算 r 时选取直线上相距较远 的两点求得 4 逻辑电路 模拟电路 信号连续变化的电路 数字电路 由高 1 低 0 电势组成的信号电路 具有一定逻辑关系的开关电路 门电路有 与 门 或 门 非 门三种 门电 路代表着三种逻辑关系 它们的真值表分别为 自左向右 与 门 图 1 两个条件都成立时结果才成立 或 门 图 2 只要有一个条件成立 结果就成立 非 门 图 3 结果与条件相反 典型例题典型例题 例 1 某人用多用电表按正确步骤测量一电阻的阻值 当选择欧姆挡 1 挡测量时 指 针指示位置如下图所示 则其电阻值是 如果要用这只多用电表测量一个约 200 欧的电阻 为了使测量比较精确 选择开关应选的欧姆挡是 改变挡位调整 倍率后 要特别注意重新 答案 答案 12 10 挡 调整欧姆零点 例 2 如图所示为多用电表欧姆挡的原理示意图 其中 电流表的满偏电流为 300 A 内 阻 rg 100 调零电阻最大值 R 50k 串联的定值电阻 R0 50 电池电动势 E 1 5V 用它测量电阻 Rx 能准确测量的阻值范围是 A 30 80 k B 3 8 k C 300 800 D 30 80 答案 答案 B 解析 解析 用欧姆挡测量电阻时 指针指在表盘中央附近时测量结果比较准确 当电流最 大时 由 内 R E Ig 其中 内 R为欧姆表的内阻 得 5000 10300 5 1 6 g I E R内 用它测量电阻 Rx时 当指针指在表盘中央时 x g RR E I 内 2 1 得 5000 2 内 R I E R g x 故能准确测量的阻值范围是 5k 附近 选项 B 正确 例 3 如图是把量程为 3mA 的电流表改装成欧姆表的结构示意图 其中电源电动势 E 1 5 V 经改装后 若将原电流表 3mA 刻度处的刻度值定为零位置 则 2 mA 刻度处应标 1 mA 刻度处标 答案 答案 250 1000 解析 解析 根据欧姆表原理 对应于不同被测电阻 Rx 通过电流表电流为 Ix E Rg R r Rx E R内 Rx 当 Ix 3mA 时 Rx 0 可求得 R内 500 电流为 2mA 1mA 时 分别代入可以求得电阻为 250 1000 例 4 如图是某同学连接的实验实物图 闭合开关后 A B 两灯都不亮 他采用下列两种 方法对故障原因进行排查 灯泡 A B 的规格均为 2 5V 1W 变阻器为 10 1A 1 应用多用表的直流电压档进行检查 那么选择开关应置于 档 A 2 5V B 10V C 50V D 250V 该同学的测试结果如表 1 所示 则在测试 a b 间直流电压时 红表笔应当接触 填 a 或 b 根据测量结果 可以判断的故障是 A 灯 A 短路 B 灯 B 短路 C c d 段断路 D d f 段断路 2 将开关断开 再选择欧姆挡测试 测量结果如表 2 所示 那么检查出的结果是 A 灯 A 断路 B 灯 B 断路 C 灯 A B 都断路 D d e 间导线断路 答案 答案 1 10V a D 2 D 解析 解析 1 由实物图示可知 电源由 4 节干电池组成 电源电动势 E 6V 用多用表 直流电压档测量时 应选满偏电压为 1V 的较合适 根据电流应从红表笔流入 黑表笔流 出的原则 红表笔应连电源正极 即接 a 可用排除法确定电路故障 接 a b 时有示数 说明从电源 极到 a 处 电极 极至 b 处 无断路 b d 有示数 说明 a 与 d 之间未断路 c d 无示数 说明 e f b 间有断路 a f 有示数 说明 f b 间无断路 故可确定断路在 d f 间 另外不能说明 A 或 B 灯短路 因为一只灯短路 并不影响另一灯发光 2 因 c d e f 的示数 说明灯 A B 均未断路 而 d e 间电阻无穷大 说明 d e 间断路 例 5 在测干电池的电动势和内电阻的实验中 图有甲 乙两个可供选择的电路 应选用 电路进行实验 实验中误差的来源是 读数比实际值偏 根据实验数据画出的 U I 图线如图所示 则求得的电动势是 V 内电阻是 答案 答案 甲 电流表 小 1 5V 0 75 解析 解析 本实验中 电压表应测路端电压 U 电流表应测通过电源的电流 I 根据 U E Ir 来确定电动势 E 和内阻 r 甲 乙两个电路都存在系统误差 对甲电路 电流表 读出的不是通过电源的电流 I 而通过电源电流 I 和电压表上电流 IV V R U 之差 读数偏小 对乙电路 电压表读出的不是路端电压 U 而是路端电压 U 和电流表两端电压 UA IRA之 和 即误差来自电流表的分压 电压表的分流作用影响较小 故采用甲电路 例 6 某同学用电流表和电压表测干电池的电动势和内阻时 所用滑动变阻器的阻值范围 0 20 连接电路的实物图如实验图所示 1 指出该同学接线中错误的和不规范的做法是 A 滑动变阻器 不起变阻作用 B 电流表接线有错 C 电压表量程选用不当 D 电压表接线有错 2 画出这个实验的正确电路图 答案 答案 A B D 解析 解析 要正确连好实物图 首先应确定电流表的内外接法 变阻器的连接方式以及各 电表的量程 其次应注意以下事项 各电表的正 负极性 开关是否在干路上 各导线两端都应接在接线柱上 而不能在导线中间出现分叉 开关闭合前变阻器滑动触 头应处于恰当位置 各条连线均应连成一般曲线 而不能连成折线 不能相交且要尽量 节省导线 先画电路原理图 后连接实物图 可避免出错 在本题中变阻器要起变阻的 作用 必须使接入电路的两根导线一条接在下面的线柱上 另一条接在上面的金属杆的一 端上 故图中变阻器起不到变阻的作用 故选 A 电流表和电压表接入电路时 选择好恰当的量程后 要特别注意 接线柱 是否正确 不然的话 极易损坏电表 图中电流表的 接线柱出现错误 故选 B 干电池的电动势为 1 5V 电压表量程适当 故 C 错 但电压表不能直接并联到电源两 端 因为开关断开后 电压表仍有示数 故选 D 例 7 有两只电压表 A 和 B 量程已知 内阻不知等于多少 另有一节干电池 它的内阻 不能忽略 但不知等于多少 只用这两只电压表 开关和一些连接用导线 通过测量计算 出这个电池的电动势 已知电动势不超过电压表的量程 干电池不允许拆开 1 画出你测量时所用的电路图 2 以测得的量作为已知量 导出计算电动势的式子 解析 解析 本题是实验测量设计论证类型的考题 依题目所创设的物理情景不难认识到两 只电压表不能按通常情况当成理想表处理 实验测量电路的设计 以及与电路相关的物理 方程 只能以部分电路 全电路欧姆定律为依据 1 测量电路如实验图 a b 所示 2 设电池电动势为 E 内电阻为 r 电压表 A B 的电阻设为 BA RR 当电压表 A 接到电池两端时读数为 A U 据欧姆定律得 rR ER U A A A 即r R U UE A A A A B 串联后接到电池两端时 读数分别为 U U BA 根据欧姆定律得 r R U U UE A A BA 联立 把 A R r 看成未知数解得 UU UU E AA BA 例 8 如图是应用某逻辑电路制作的简单车门报警电路图 图中的两个按钮开关 S1 S2分 别装在汽车的两道门上 只要其中任何一个开关处于开路状态 发光二极管 报警灯 就 发光 请你根据报警装置的要求 列表分析开关状态与发光二极管的发光状态 并指出是 何种门电路 在图中画出这种门电路的符号 解析 解析 驾驶员离开汽车时 两个车门均处于关闭状态 跟两个车门对应的开关 S1和 S2均闭合 这时发光二极管不会发光报警 为什么这时发光二极管不发光呢 原来 S1和 S2闭合后 电流不通过发光二极管 当有其他人打开了某一个门时 S1或 S2就处于断开状 态 这时就有电流通过发光二极管 使其发光报警 可见 这一装置实际上是一个 或 门电路 例 9 只有当两个同学都同意 1 时 才撤消 0 他们的原定计划 试用最简单的门电 路的组合来表示这一逻辑关系 并写出真值表 解析 解析 逻辑关系如图所示 逻辑关系真值表如下 逻辑关系信号表示如图所示 说明 说明 Z0是 与 门的输出端 而同时又是 非 门的输入端 因此实际上这个由基 本门组合而成的电路叫做 与非 门电路 电路符号如图所示 模拟试题模拟试题 1 某同学用多用电表测电阻 Rx 所用多用电表的欧姆挡有 1 10 100 1 k 四挡 他粗测时用 100 挡 调零后测量时发现指针偏转角度太小 为了获得较为准确的测量值 他应用哪挡挡位 A 1 B 10 C 1 k D 无法判断 2 如图所示为欧姆表的原理图 表头内阻为 Rg 调零电阻为 R 电池的电动势为 E 内 阻为 r 则下列说法中正确的是 A 它是根据闭合电路欧姆定律制成的 B 接表内电池负极的应是红表笔 C 电阻的 刻度一般在刻度盘的右端 D 调零后刻度盘的中心刻度值是 r Rg R 3 用多用表欧姆挡 100 测试三只二极管 其结果依次如图中 所示 由图 可知 图 中的二极管是好的 该二极管的正极是 端 4 黑箱上有三个接线柱 A B C 如图所示 已知里面装的元件只有两个 可能的元件 是电池 电阻或二极管 并且两个接线柱间最多只接一个元件 现测量结果如下 用直流电压挡测量 A B C 三点间均无电压 用欧姆挡测量 A C 间正 反接阻值不变 用欧姆挡测量 黑表笔接 A 点 红表笔接 B 点 有阻值 反接阻值较大 用欧姆挡测量 黑表笔接 C 点 红表笔接 B 点 有阻值 阻值比第 步测得的大 反接阻值很大 请你画出箱内两个元件的接法 5 用如图所示的电路测定电池的电动势和内阻 根据测得的数据作出了如图所示的 U I 图像 由图可知 A 电池电动势的测量值是 1 40V B 电池内阻的测量值是 3 50 C 外电路发生短路时的电流为 0 40A D 电压表的示数为 1 20V 时 电流表的示数 I 约为 0 20A 6 如图所示为两个电池的路端电压 U 随电流 I 变化的图线 已知图线 a b 则两个电池 的电动势 Ea Eb和内电阻 ra rb的关系是 A Ea Eb ra rb B Ea Eb ra rb C Ea Eb ra rb D Ea Eb ra rb 7 如图所示为测量电源电动势和内电阻的电路 关于误差的说法正确的是 A 由于电流表的分压作用 使内电阻的测量值小于真实值 B 由于电流表的分压作用 使内电阻的测量值大于真实值 C 由于电压表的分流作用 使内电阻的测量值小于真实值 D 由于电压表的分流作用 使内电阻的测量值大于真实值 E 测出的电动势与真实值相同 F 测出的电动势比真实值小 A v 8 我们都有过这样的体验 手电筒里的两节干电池用久了以后 灯泡发红光 这就是我 们常说的 电池没电了 有人为了 节约 在手电筒里装一节新电池和一节旧电池搭 配使用 某同学为了检验此人的做法是否合理 设计了下面实验 1 该同学设计了如图甲所示的电路来分别测量新旧干电池的电动势和内阻 并将测 量结果描绘成乙所示的 U I 图像 由图线可知 新电池电动势 E1 V 内阻 r 1 旧电池电动势 E2 V 内阻 r 2 2 计算新旧电池各一节串联作电源使用时的效率 手电筒的小灯泡上标有 3V 2W 3 计算上小题中旧电池提供的电功率和它本身消耗的电功率分别是多少 4 你认为新旧电池搭配使用的做法是否合理 简述理由 9 联合国安理会每个常任理事国都拥有否决权 假设设计一个表决器 常任理事国投反 对票时输入 0 投赞成票时或弃权时输入 1 提案通过为 1 通不过为 0 则这个表决器应具有哪种逻辑关系 A 与门 B 或门 C 非门 D 与非门 10 如图所示为两个非门和一个或门组成的复合门电路 请在下表中填写该门电路的真 值表 A B Y 1 11 与非门可以改装成一个非门 方法为只用一个输入端如 A 端 而另一个输入端 B 端 输入稳定信号 则为把与非门改装成非门 B 端应始终输入 填 0 或 1 12 如图是自动控制楼梯灯的示意图 试在下表中列出输入相应 A B 的输出 Z 的真值 表 输入输出 ABY 输入输出 ABZ 00 01 10 11 试题答案试题答案 1 C 解析 解析 用 100 挡测量时指针偏转角太小 说明未知电阻的阻值太大 因此正确做法是 把选择开关扳到 1 k 挡位 再把两根表笔短接 调节调零电阻 使指针指在电阻刻度的零 位上 然后把两根表笔分别与 Rx的两端相接 方可读出较准确的示数 2 A B D 解析 解析 欧姆表的表头是一个电流表 当被测电阻接入电路 回路闭合 表头就有示数 由欧姆定律可知 表头示数随被测电阻阻值的改变而改变 电流应从红笔流入欧姆表 从 黑笔流出 多用表作欧姆表使用时 电源在表内 流入的电流至电源负极 故红笔应当接