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  4. 电路的连接滑动变阻器电流的测量,电流表的使用及读数方法测量电功率的实验

如图小王同学在做“测定小灯泡额定功率”的实验时,电源电压为3V,小灯泡的额定电压为2.5V,如图为小王同学已连接的部分电路.(1)在所连电路中,有两根导线还未连好,请你帮他

一、题文

如图小王同学在做“测定小灯泡额定功率”的实验时,电源电压为3V,小灯泡的额定电压为2.5V,如图为小王同学已连接的部分电路.



(1)在所连电路中,有两根导线还未连好,请你帮他完成电路的连接(其他导线不得变动).
(2)小王同学在检查电路连接正确后,闭合开关;发现灯泡不亮,电压表的示数为3V,电流表的示数为0,产生这个故障的原因可能是______.
(3)实验中小王依次测出了三组数据,并记录在下表中,若第1次实验时电流表的示数如图,请将此示数读出并填入表中,入表中的数据______A.
实验次序123
U/v2.02.53.0
I/A 0.400.42
亮度逐渐变亮
(4)小灯泡的额定功率是______W.
(5)实验中小王是向______(填“左”或“右”)移动滑动变阻器的滑片.
(6)小灯泡的亮度与电压的关系是______.

考点提示:电路的连接,滑动变阻器,电流的测量,电流表的使用及读数方法,测量电功率的实验

二、答案

(1)小灯泡的额定电压为2.5V,所以电压表量程选0~3V,且电压表与灯泡并联,电流从正接线柱流入负接线柱流出;滑动变阻器按上边任意接线柱与开关连接,如下图所示:



(2)电压表有示数且为3V,电流表示数为0,说明问题出在电压表两接线柱之间的电路:小灯泡处开路;
(3)电流表的量程为0~0.6A,分度值为0.02A,示数为0.36A;
(4)由U=2.5V时,I=0.4A,灯的额定功率P=UI=2.5V×0.4A=1W;
(5)实验过程中,不断增加灯两端的电压,就要减小滑动变阻器两端的电压,减小连入的电阻值,所以要向左移动滑片;
(6)从表中数据可以看出,小灯泡的亮度随电压的升高而增大.
故答案为:(1)如上图所示;
(2)小灯泡处开路;
(3)0.36;
(4)1;
(5)左;
(6)小灯泡的亮度随电压的升高而增大.

三、考点梳理

知名教师分析,《如图小王同学在做“测定小灯泡额定功率”的实验时,电源电压为3V,小灯泡的额定电压为2.5V,如图为小王同学已连接的部分电路.(1)在所连电路中,有两根导线还未连好,请你帮他》这道题主要考你对 电路的连接滑动变阻器电流的测量,电流表的使用及读数方法测量电功率的实验 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:电路的连接,滑动变阻器,电流的测量,电流表的使用及读数方法,测量电功率的实验

考点名称:电路的连接
  • 电路连接的类型:
    ①按电路图连接实物图;
    ②根据要求设计电路一般步骤是:从电源的一极开始,顺着或逆着电流方向连接实物元件,最后连在电源的另一极。,连接实物图时要注意导线不能交叉,导线的端点要接在各元件的接线柱上。
  •  四种连接类型的作图说明:
    (一)看实物画电路图,关键是在看图,图看不明白,就无法作好图,中考有个内部规定,混联作图是不要求的,那么你心里应该明白实物图实际上只有两种电路,一种串联,另一种是并联,串联电路非常容易识别,先找电源正极,用铅笔尖沿电流方向顺序前进直到电源负极为止。明确每个元件的位置,然后作图。顺序是:先画电池组,按元件排列顺序规范作图,横平竖直,转弯处不得有元件若有电压表要准确判断它测的是哪能一段电路的电压,在检查电路无误的情况下,将电压表并在被测电路两端。对并联电路,判断方法如下,从电源正极出发,沿电流方向找到分叉点,并标出中文“分”字,(遇到电压表不理它,当断开没有处理)用两支铅笔从分点开始沿电流方向前进,直至两支笔尖汇合,这个点就是汇合点。并标出中文“合”字。首先要清楚有几条支路,每条支路中有几个元件,分别是什么。特别要注意分点到电源正极之间为干路,分点到电源负极之间也是干路,看一看干路中分别有哪些元件,在都明确的基础上开始作电路图,具体步骤如下:先画电池组,分别画出两段干路,干路中有什么画什么。在分点和合点之间分别画支路,有几条画几条(多数情况下只有两条支路),并准确将每条支路中的元件按顺序画规范,作图要求横平竖直,铅笔作图检查无误后,将电压表画到被测电路的两端。

    (二)看电路图连元件作图方法:先看图识电路:混联不让考,只有串,并联两种,串联容易识别重点是并联。若是并联电路,在电路较长上找出分点和合点并标出。并明确每个元件所处位置。(首先弄清楚干路中有无开并和电流表)连实物图,先连好电池组,找出电源正极,从正极出发,连干路元件,找到分点后,分支路连线,千万不能乱画,顺序作图。直到合点,然后再画另一条支路[注意导线不得交叉,导线必须画到接线柱上(开关,电流表,电压表等)接电流表,电压表的要注意正负接线柱]遇到滑动变阻器,必须一上,一下作图,检查电路无误后,最后将电压表接在被测电路两端。

    (三)设计电路方法如下:首先读题、审题、明电路,(混联不要求)一般只有两种电路,串联和并联,串联比较容易,关键在并联要注意干路中的开关和电流表管全部电路,支路中的电流表和开关只管本支路的用电器,明确后分支路作图,最后电压表并在被测用电器两端。完毕检查电路,电路作图必须用铅笔,横平竖直,转弯处不得画元件,作图应规范。

    (四)识别错误电路一般错误发生有下列几种情况:
    1、是否产生电源短路,也就是电流不经过用电器直接回到电源负极;
    2、是否产生局部短接,被局部短路的用电器不能工作;
    3、是否电压表、电流表和正负接线柱错接了,或者量程选的不合适(过大或过小了);
    4、滑动变阻器错接了(全上或全下了)。

    并联电路中电流表的连接问题:
        如图,要保证L1和L2并联,只要线头M接在从灯 L2的左接线柱到电流负极的任一接线柱上都可以。但当M接在灯泡L1的左接线柱上或电流表的右接线柱上时,电流表被留在干路中;当M接在电源负极或电流表的左接线柱上时,电流表被留在了L2的支路上。所以两种接法电流表所处的位置不同,所测的电流也不同。

    例如:图甲是小亮同学测量并联电路中的总电流时连接的电路。
    (1)请你在a、b导线中撤掉一根多余的导线,使电路符合实验要求。你选择撤掉的是_____导线。
    (2)撤掉多余的导线后,闭合开关,电流表的读数如图乙所示,其读数为_____A。

    解析从图示可以看出导线6是多余的,去掉b 后,两灯泡并联,电流表测干路的电流,从电流表的量程和指针偏转可以看出,此时的示数为0.34A。

    答案(1)b(2)0.34

考点名称:滑动变阻器
  • 定义:
        滑动变阻器是电路中的一个重要元件,它可以通过移动滑片的位置来改变自身的电阻,从而起到控制电路的作用。在电路分析中,滑动变阻器既可以作为一个定值电阻,也可以作为一个变值电阻。


    构造:
    滑动变阻器的构成一般包括接线柱、滑片、电阻丝、金属杆和瓷筒等五部分。

    符号:常用Rx表示,元件符号位
    结构示意图:
  • 工作原理:通过改变接入电路中电阻丝的长度,可以逐渐改变电阻。

    作用:改变电流、调节电压和保护用电器。

    使用方法:滑动变阻器一般串联在电路中。连接时应“一上一下”的把接线柱接人电路中。连接电路时应把滑动变阻器的滑片滑至阻值最大处。

    铭牌:观察滑动变阻器的铭牌,能够了解它的最大阻值和允许通过的最大电流。例如铭牌上标有 “20Ω  1.5A”的字样,说明该滑动变阻器的最大阻值是20Ω,允许通过的最大电流是1.5A。

    优缺点:
    优点:能连续地改变接人电路的电阻值;缺点:不能直接读出电阻值的大小。

  • 用滑动变阻器改变电流的方法
    1.根据实际需要对滑动变阻器进行选择。每个滑动变阻器都有规定的最大电阻值和允许通过的最大电流值,通过它的电流不能超过最大电流值。
    例如:滑动变阻器铭牌上的“20 Ω2A”是指滑动变阻器连入电路的最大阻值为20Ω,通过滑动变阻器的电流不能超过2A。
    2.滑动变阻器一般与被控制部分串联。
    3.为了保护电路,在闭合开关前要使滑片处于滑动变阻器阻值最大的位置。
    4.滑动变阻器在接入电路时必须采用两个接线柱 “一上一下”的连接方法。
    5.要使灯泡的亮度变亮,即需要使电路中的电流变大,则应该让滑动变阻器连入电路中的阻值变小。

    例:李明想用如图所示的器材,设计一个可以调节小灯泡亮度的电路。请你用笔画线代替导线,帮李明把图中的器材连接起来。要求:

    (1)滑动变阻器的滑片向右滑动时,灯泡的亮度变暗;
    (2)电流表测通过灯泡的电流(灯泡的电阻约为 10Ω),电压表测灯泡两端的电压。李明检查电路连接无误后,闭合开关,电流表和电压表示数如图甲、乙所示,则通过灯泡的电流是____ A,灯泡两端的电压是__V。

    解析:本题考查滑动变阻器、电压表、电流表的使用。由于电源为两节干电池,所以电压表的量程选择0~3V,灯泡的电阻约为10Ω,故电流表的量程选择0~0.6A。

    答案:电路图如下图0.26   2.4

    判断滑动变阻器阻值变化的方法:
        判断电路中滑动变阻器的阻值变化时,一要弄清滑动变阻器的哪部分被连入电路;二是要看清滑动变阻器滑片的移动方向。

    例1如图所示的是一种自动测定油箱内油面高度的装置,R是转动式变阻器,它的金属滑片P是杠杆的一端,下列说法正确的是(   )

    A.油量表是由电流表改装而成的
    B.R、R0在电路中是并联的
    C.油位越高,流过R的电流越大
    D.油位越高,R两端的电压越大

    解析:观察电路可知油量表显然不能是电流表,因为电流表是不能被并联在电路中的,这个油量表应该是电压表。两个电阻是串联在电路中的,油位越高,油量表的示数应该越大,通过电路冈可以看出油量表测的电压是转动式变阻器两端的电压,因此可以判断,油位越高电压越高。

    答案:D

  • 滑动变阻器的接法:
    限流式
    以下情况可选用限流式接法:
    ①待测用电器电阻接近滑动变阻器电阻(也可选用分压式接法)。
    ②简化电路,节约能源。


    分压式
    以下情况必须使用分压式接法:①待测用电器电阻远大于或远小于滑动变阻器电阻。②实验要求待测用电器电流及其两端电压可以由0开始连续变化(例如测小灯泡的伏安特性曲线)。③实验要求待测用电器电流及其两端电压可变范围较大。④采用限流式接法时,无论如何调节变阻器,电流、电压都大于对应电表的量程。
    串分压公式:U1/U2=R1/R2
    并分流公式:I1/I2=R2/R1

    实验室接法
    连接的方法有6种,分别为AC、AD、BD、BC、CD、AB。

    其中只有AC,AD,BD,BC这四种方法,也就是所谓的“一上一下”,可以改变阻值。剩下的两种不能改变阻值。
    具体情况如下:
    1.当导线接AD和AC时,滑片P向左移动时电阻变小,电流变大。当滑片P向右移动时,电阻变大,电流变小。
    2.当导线接BC和BD时,滑片P向左移动时电阻变大,电流变小。当滑片P向右移动时,电阻变小,电流变大。
    3.当划片接CD时,这时的电阻几乎为0.电流十分大。同时电阻的阻值不可以通过移动滑片P来改变,所以这时就相当于一个定值电阻。另外,如果这样直接接到电源上,就会发生短路。
    4.当划片接AB时。这时的电阻是最大的,那么通过的电流也很小。同时电阻的阻值也不可以通过移动滑片P来改变,也相当于一个定值电阻。
考点名称:电流的测量,电流表的使用及读数方法
  • 电流表及其使用方法,读数方法:(如下表)

     项目

     电流表

    实物图
     符号 
     接线柱 有三个接线柱,分别是“-”、“0.6”和“3”,“-”表示负接线柱,“0.6”和“3”是两个正接线柱
     量程及分度值0~0.6A量程,分度值为0.02A;0~3A量程,分度值是0.1A 
     使用方法①电流表必须与被测用电器串联
    ②要让电流从电流表的正接线柱流入,从负接线柱流出
    ③所测电流不能超过电流表的量程,若不能估测被测电流的大小,可用试触法来试一下
    ④绝对不允许不经过用电器直接把电流表接在电源的两极上,这样会烧坏电流表和电源
     读数方法① 根据导线连接的接线柱判定电流表使用的是哪个量程
    ② 根据量程确定所对应的分度值
    ③ 根据指针位置正确读取电流表的示数,若指针不指在整刻度要适当估读
    ④ 记录数值时不要忘记写上单位
  • 电流表的分类及特点:
    1.分类:电流表是用来测量电流大小的仪表,常用的电流表是磁电式电流表(亦称磁电式表头),由于测量的需要不同,电流表可分为安培表、毫安表和微安表,

    2.特点:电流表的内阻很小,可视为零,接人电路不会影响电路中电流的大小。所以在使用时,不允许把电流表直接接到电源的两极上,这样会造成电流过大,烧坏电流表。

    用“试触法”选择电流表的量程:
       在连接电流表之前,为选择合适的量程都要进行试触。试触时主要看指针的偏转情况。
    (1)不偏转。一方面可能电流表所在的电路是断路,另一方面也可能是电流表已经损坏。

    (2)反偏。即指针向反方向偏转,说明“+”“-” 接线柱接反了,造成通过表中电流的方向相反。这样不但无法读数,还会损坏电流表。

    (3)满偏。即指针大幅度地向满刻度偏转,造成满偏的原因:一是待测电路可能发生了短路,电流过大;二是可能所选量程太小。短路和量程太小都会损坏电流表。

    (4)偏转太小。偏转太小是由于电流表所选量程太大。一个电流表有0~3A和0~0.6A两个量程,用 0~3A量程时每小格表示0.1A,用0~0.6A量程时,每小格表示0.02A,我们说0~0.6A量程的准确度高些。如果通过电流表的电流是0.04A,用0~3A量程去测就读不准确,而用0—0.6A量程去测就可以读准确。可见换用小量程是为了提高测量的准确度。所以用大量程测而偏角很小时,应该换用小量程。
考点名称:测量电功率的实验
  • 测量电功率实验的目的和原理:
    1. 实验目的:
    1)测定小灯泡额定电压下的电功率;
    2)测定小灯泡略高于额定电压下的电功率;
    3)测定小灯泡略低于额定电压下的电功率。

    2. 实验原理:P=UI
    应测量的物理量:小灯泡两端的电压U,和通过的电流I。

    3. 实验方法:伏安法
  • 伏安法测小灯泡的电功率:
    实验电路图
    实验器材电源、滑动变阻器、电压表、电流表、小灯泡、灯座、开关、导线若干
    实验步骤(1)按设计的电路图连接实物,并设计实验记录表格
    (2)检查电路无误后,闭合开关s,移动滑动变阻器的滑片P,观察电压表的示数。当电压表的示数等于小灯泡的额定电压时,停止滑动,并记下电流表的示数
    (3)调节滑动变阻器,使小灯泡两端的电压为额定电压的1.2倍,观察小灯泡的发光情况,并记下电压表和电流表的示数
    (4)调节滑动变阻器,使小灯泡两端的电压低于额定电压的1/5,观察小灯泡的发光情况,并记下电压表和电流表的示数
    (5)整理实验器材
    实验表格
    次数电压U(V)电流I(A)电功率P(W)灯泡亮度
    实验结论U=U,P=P,正常发光;
    U>U,P>P,比正常发光更亮;
    U<U,P<P,比正常发光更暗。
    注意事项(1)选择的器材规格要合适,例如滑动变阻器允许通过的最大电流要大于灯泡的额定电流;
    (2)连接电路时开关断开,滑动变阻器滑到阻值最大处;
    (3)使小灯泡的电压高于额定电压时,要注意观察电压表示数的变化,以免电压过高,烧坏小灯泡
  • 伏安法测电阻与测功率的异同点:
    测小灯泡的电功率测电阻
    相同点所测物理量灯泡两端的电压(U)和通过灯泡的电流(I)
    电路图
    连入电路时

    开关断开,滑动变阻器位于阻值最大处

    不同点原理P=UI
    计算公式P=UI
    滑动变阻器作用保护电路,控制灯泡两端电压保护电路,改变电路中的电流
    补充:
    (1)伏安法测功率。滑动变阻器的作用是保护电路和控制灯泡两端电压。多次测量的目的是为了测量不同电压下小灯泡的实际功率,不是为了多次测量求平均值。所以设计的表格中没有“平均功率” 这一栏。
    (2)伏安法测定值电阻时,滑动变阻器的作用是保护电路和改变电路中的电流和电阻两端电压,因电阻阻值不变,这是为了多测几组对应的电压、电流值,多测几次电阻值,用多次测量求平均值来减小误差。
    (3)伏安法测小灯泡电阻时,由于灯丝电阻大小与温度有关。在不同的工作状态下,小灯泡温度不同。灯丝电阻也不同。因此测灯丝电阻时滑动变阻器的作用是为了保护电路和改变电路中的电流,不是为了多次测量求平均值。
  • “伏安法测功率”中常见故障及排除:
    “伏安法测功率”是电学中的重要实验。同学们在实验过程中,容易出现一些实验故障,对出现的实验故障又束手无策,因此,能够找出实验故障是做好实验的 “法宝”。下面就同学们在实验中易出现的故障从以下几方面进行分析。
    1.器材选择不当导致故障
    故障一:电流表、电压表指针偏转的角度小。
    [分析原因]①电压表、电流表量程选择过大;②电源电压不高。
    [排除方法]选择小量程,如果故障还存在,只有调高电源电压。实验中若电表指针偏转的角度太小,估读电流或电压时由于视觉造成的误差将增大。为了减小实验误差,选择量程时既不能使电表指针超过最大刻度,又要考虑到每次测量时应该使电表指针偏过刻度盘的中线。

    2.器材连接过程中存在故障
    故障二:电压表、电流表指针反向偏转。
    [分析原因]两表的“+”“-”接线柱接反了,当电流从“一”接线柱流入时,指针反向偏转,甚至出现指针打弯、损坏电表的情况。
    [排除方法]将两电表的“+”“-”接线柱对调。

    故障三:滑动变阻器的滑片滑动时,电表示数及灯泡亮度无变化。
    [分析原因]滑动变阻器连接有误,没有遵循“一上一下”的接线原则,把滑动变阻器接成了定值电阻。
    [排除方法]遵循“一上一下”原则正确连接滑动变阻器。

    故障四:滑动变阻器的滑片滑动时,电表示数都不变,灯泡极亮且亮度无变化。
    [分析原因]滑动变阻器的连接有误,没有遵循“一上一下”的接线原则,且滑动变阻器在电路中的阻值为零。
    [排除方法]遵循“一上一下”的原则正确连接滑动变阻器。

    故障五:刚接好最后一根导线,灯泡立即亮了。
    [分析原因]连接电路的过程中,开关没有断开。
    [排除方法]连接时注意断开开关,保护电路。

    3.元件损坏导致故障
    故障六:闭合开关后,灯不亮,电流表、电压表都没有示数。
    [分析原因]电路中存在开路:①接线柱接触不良; ②电路中电源、电流表、开关或变阻器可能损坏;③连接导线可能断开。
    [排除方法]可先把各接线柱拧紧,若还不行,用一根导线让各元件依次短路,找出故障位置。

    故障七:闭合开关,灯不亮,电流表几乎没有示数,电压表指针明显偏转。
    [分析原因]可能是灯泡灯丝断了或灯座与灯泡接触不良。
    [排除方法]更换灯泡或使灯座与灯泡接触良好。
  • 利用电能表和停表测家用电器的功率:
    1.  实验原理:

    2.实验设计思路:
        在家庭电路中,家用电器消耗的电能可以由电能表进行测量。每只电能表上标有该电能表上的转盘每千瓦的转数。例如,一只电能表标着3000r/(kW·h),这表示每消耗1kW·h的电能,电能表的转盘转3000 转。利用盘面上的这个参数可以测定家用电器的功率。

    3.实验步骤要测量某家用电器的功率,可只让它在电路中工作,将其他用电器关掉。观察电能表的转盘转过的转数N,同时用停表测出所用的时间t(s),若以上述电能表为例,则该电器的功率大小为=
        还有一种电子式电能表,其表盘上“n imp/(kW· h)”的含义是每消耗1kW·h的电能,指示灯闪烁n 次。若测得某用电器工作时间t内指示灯闪烁了N 次,则该用电器的功率为

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