第四章 电路探秘67节.docx
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第四章电路探秘67节
第六节电压的测量
电压
电源接入电路时,为什么电路中就有电流呢?
原来,电源有一种推动电路中电子运动的作用。
导体内部有大量的自由电子,在电源没有接入电路时,这些电荷不能产生定向移动,不能形成电流。
而将电源接入电路时,导体中的自由电子便在电源的推动作用下定向运动起来。
电流的形成与水流的形成很相似。
图2
图1
水流和电流的形成
电源的作用与抽水机相似。
电源给电路提供能量,抽水机给水流提供能量。
抽水机的工作,使水路存在一个稳定的水压而保证了水流得以持续。
同样,电源的作用,使电路存在一个稳定的电压而使电流得以持续。
电压用字母U表示,它的单位是伏特,简称伏,符号为V;更大的单位有千伏(KV),更小的单位有毫伏(mV)和微伏(μV)。
1千伏(KV)=103伏(V)
1伏(V)=103毫伏(mV)
1毫伏(mV)=103微伏(μV)
电压单位伏特是为了纪念意大利著名物理学家伏打而命名的。
伏打于1800年制成世界上第一个电池,叫做伏打电堆。
伏打电堆是由铜板和锌板中间夹着一层含食盐水的湿布组成。
多层极板相当于多个电池串联而成。
因此叫伏打电堆。
常见的一些电压值/伏
一节普通干电池
1.5
一个电子表的电池
1.5
一只蓄电池
2
对人体的安全电压
《36
家庭照明电路
220
大型发电机
(0.63-1.8)X104
闪电时云层的电压
可达109
电压的测量
测量电压的仪表叫电压表,其符号是:
-
-
一般学校实验室用的电压表有三个接线柱,两个量程。
对不同的量程,最小刻度表示的电压值是不同的。
测量某一部分电路的电压时,必须把电压表与这部分电路并联,并把电压表的“+”接线柱在跟电源正极相连的那端。
与电流表一样,测量时也必须正确选用量程。
活动
连接如图4-41和图4-42所示的电路,并测出电源两端的电压
研究串/并联电路的电压特点
目标
1.初步学会使用电压表测量电压。
2.了解串联电路和并联电路各部分电压的关系。
器材
干电池两节/小灯泡两个/开关一个/电压表一个/导线若干。
过程
1.测量串联电路的电压
(1)按图4-43所示连接好电路
(2)用电压表分别测出灯L1和灯L2两端的电压U1、U2及L1、L2串联后的总电压U。
U1=伏,U=伏
为避免电路中电压过大而损坏电压表,测量时应先选用较大的量程,如果发现指针偏转过小,不易读数,再改用较小的量程。
一般实验中可根据电源的电压估计电压,从而确定电压表打量程。
比较上面实验中的三个电压表,你可得出的结论是——
2.测量并联电路的电压。
(1)按图4-44所示连接好电路。
(2)用电压表分别测出图中两盏电灯两端的电压U1/U2及电源两端的电压U。
(3)U1=伏,U2=伏,U=伏。
比较三个电压值,你可得出的结论是
讨论
右图是电压表,某次实验时的电压为2.2V,请在图4-45上标出指针所指的位置和应接入电路的两个接线柱。
阅读
水中高压线——电鳗
自然界有一些能发电的动物。
生活中南美洲亚马逊河和奎亚那河的电鳗,外形细长,体表光滑无鳞,背部黑色,腹部橙黄色,没有背鳍和腹鳍,臀鳍特别长。
成年电鳗身长2米左右,质量可达20千克。
电鳗是淡水鱼中放电能力最强的,输出电压300~800伏。
常有人因触及电鳗放出的电而被击昏,甚至淹死。
因此电鳗有水中“高压线”之称。
电鳗的发电器官由许多电板组成,分布在身体两侧的肌肉内,尾部为正极,头部为负极,整个身体相当于一个大电池。
电鳗放电主要是为了自身的生存需要,是捕获其他动物的一种手段。
它能够轻而易举地把比它小的动物击死,有时还会击毙比它大的动物。
正在河里涉水的马或游泳的牛也会被电鳗击昏。
电鳗释放电流一段时间后,由于电能耗尽而无法再放点,必须经过休息和补充丰富的营养后才能再放点。
因此,南美洲的土著居民便利用这一特点捕捉它们。
人体电流
人在肌肉运动及神经传导信息至大脑时会产生极微弱的电流。
测谎仪就是利用人体在不同的心理状态时产生不同的电流的原理制成的。
人体内的心脏在每一次周期性跳动中,心脏内某些部位间的电压发生有规律的变化。
这种生物电通过心脏周围的导电组织和体液,反映到身体各部位,使身体各部位间电压随心脏的跳动发生有规律的变化。
心电图就是利用专门的仪器将体表部位的电压变化测试出来,然后根据这种变化来推断心脏心脏内不同部位的电压变化,从而用以诊断心脏疾病。
大脑皮层中神经元的生物电活动表现为大脑皮层具有规律性的电压改变。
脑电图是通过脑电图描记仪将大脑自身微弱的生物电放大记录成为一种曲线图,以诊断脑部是否患有疾病。
静电的电压
冬天脱毛衣时有时会发出火花,并听到噼噼啪啪的声音。
这是因为毛衣与皮肤摩擦产生了电。
因为这种电荷不流动,被称为“静电”。
人体静电的电压最高可达2万伏左右。
在冬天干燥的空气里人体会带电,只要人一走动,空气与衣服之间的摩擦就使人体储存了静电。
因此,当手触及门上的金属把手等导体时就会放电,感觉被麻了一下。
但在空气潮湿时,没有这种感觉,因为摩擦产生的电被“漏”掉了。
人体的静电电压虽然很高,但由于电流非常小,没有危险。
练习
1.在图4-48各电路图的A、B圆圈中填上适当的字母,表示不同的电表,并在图中标明正负接线柱。
2.把图4-49的电路元件连接成电路。
要求两个灯泡是串联的,电压表能测出灯L1的电压,电流表能测出灯L2的电流。
3.通过学习,请你写一篇关于电压及电压测量的说明文。
第七节电流、电压和发明的关系
我们已经知道,电压越大,对电路中电流的推动作用越大;电阻越大,对电路中电流的阻碍作用越大。
思考
1.当电路中电阻一定时,电压增大,电流如何变化?
2.当电路中电压一定时,电阻增大,电流如何变化?
3.要定量研究电流、电压、电阻这三个量之间的关系,应如何设计实验?
电阻不变时,电流与电压的关系
活动
按图4-50所示连接电路。
闭合开关,调节滑动变阻器R,使电阻R上电压改变,并记录每次的电压和电流的值。
讨论
电流表和电压表分别测量什么物理量?
滑动变阻器R起什么作用?
如果不用R,有无另外方法改变电阻的电压呢?
测得定植电阻(R=5欧)上的电压与电流值如下表:
电压/伏
电流/安
1
1
2
2
3
3
4
4
从以上测得的数据中你发现什么规律
我们发现
计算每一组数据中的电压与电流的比值,看看它们是否完全相等。
与同学们交流你的实验结果,看看是否有不同的地方,并讨论所得的实验结果。
电压不变时,电流与电阻的关系
活动
图4-50中,更换定值电阻R,调节滑动变阻器R,使R两端的电压保持不变,记下每次的电流和电阻值。
测得电压为2伏时的电阻与电流值如下表:
电阻/欧
电流/安
1
2
2
4
3
6
4
8
从以上测得的数据中你发现了什么规律?
我们发现
思考
以上实验探究的事实与你的猜想是否符合?
如果不符合,能说明原因吗?
德国物理学家欧姆研究了电流与电压/电阻的关系,在1827年得出了如下结论:
导体中的电流,跟这段导体两端的电压成正比,跟这段导体的电阻成反比。
这个结论叫欧姆定律。
用U表示导体两端的电压,R表示这段导体的电阻,I表示通过导体的电流,则欧姆定律可写成:
式中电压U的单位用伏,电阻R的单位用欧,电流I的单位用安。
欧姆定律的应用
欧姆定律是电学中的一个重要定律,在电路的设计与计算中有十分重要的作用。
例题1:
一只灯泡正常工作时的灯丝电阻式484欧,如果电灯线路的电压是220伏,求灯丝中通过的电流。
解:
已知灯丝电阻R=484欧,灯丝两端的电压U=220伏,
答:
灯丝中通过的电流是0.45安。
例题2:
一个家用的电热水器工作时电热丝的电阻是44欧,通过的电流是5安,求电热水器两端的电压。
解:
已知R=44欧,I=5安,根据欧姆定律I=U/R可得:
U=IR=5安X44欧=220伏
答:
电热水器两端的电压是220伏。
例题3:
一个定值电阻与一个滑动变阻器串联后接在电源上,用电压表测得定值电阻两端的电压是3伏,又用电流表测得通过定值电阻的电流是0.3安,求这个定值电阻的阻值。
解:
已知U=3伏,I=0.3安,根据欧姆定律I=U/R可得:
答:
这个定值电阻的阻值是10欧。
实验
用电压表和电流表测导体的电阻
目标
1了解滑动变阻器的结构,初步学会滑动变阻器的使用方法。
2学会正确使用电压表和电流表。
3练习用电压表和电流表测电阻。
器材
干电池两节,待测电阻一个、开关一个、电流表一个、电压表一个、滑动变阻器一个、导线若干。
过程
1.按图4-51所示连接好电路。
在闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片P移到阻值最大的位置。
2.闭合开关S,读出电路中被测电阻两端的电压和通过电阻的电流,记录在表格中。
3.改变滑动变阻器的电阻,再读数,记入表格中。
如此再重复一次。
4.表中共有三组读数,带入R=U/I,算出电阻值,最后求三个电阻的平均值,作为待测电阻R的测定值。
实验次数
U/伏
I/安
R/欧
R的平均值/欧
1
2
3
讨论
1.滑动变阻器有三个接线柱,接入电器只需两个接线柱,可改变阻值的接法有几种?
用图表示出来。
2.滑动变阻器上标有“2A20Ω”或“1A10Ω”的字样,这表示什么意思?
3.在试验开始时,为什么要将接在电路中的滑动变阻器的阻值调到最大?
4.在一次试验中,电流表用0~0.6安量程,电压表用0~3伏量程,它们的指针如图4-52所示,被测电阻的阻值是多大?
5.变阻器在本实验中的作用是什么?
阅读
欧姆
德国物理学家欧姆出生于一个工人家庭,从小就掌握了许多机械制造方面的技能。
16岁时他进入埃尔兰根大学旁听数学、物理于哲学,由于经济困难,中途辍学,24岁重新回校,到26岁才完成博士学业。
以后一直当中学教师。
他热心于电学研究,曾研究过不同金属的导电能力。
在今天看来,欧姆定律的研究如此简单,但在欧姆那个年代,他的研究非常困难。
原因主要有两个:
一是没有一个电压足够稳定的电源二是没有一个能精确测量电路中电流大小的仪表(电流表)。
欧姆定律的实验结果发表于1826年,次年他又出版了《关于电路的教学研究》,给出欧姆定律的理论推导。
当时他的成果在国内没得到肯定,他的教学著作也受到了非难。
但他的工作在国外越来越受到重视,英国皇家学会于1841年授予他科普利奖,次年接受他为会员。
这时德国才认识到欧姆的价值。
1849年,慕尼黑大学聘任他教授,欧姆终于实现了他在青年时代树立的当一名大学教授的立理想。
现在电阻的单位欧姆是以欧姆的姓氏命名的。
练习
1.某一小灯泡上标有“2.4V0.7A”字样,表示正常工作时电压是2.4伏,电流是0.7安。
求该小灯泡正常工作时灯丝的电阻。
2.当某一电阻两端的电压是6伏时,通过它的电流为0.6安培,此时电阻值是多少欧?
要使通过它的电流为1安,加在它两端的电压应是多少伏?
如果电压增加到12伏,通过电阻的电流是多少安?
U
I
1
0.6
0.15
2
1.0
0.25
3
1.4
0.35
4
1.8
0.45
3.在一次电学测量中,给某个由电阻组成的电路的两端加上不同的电压,分别测出通过该段电路的电流,测得的数据如表。
(1)从表中数据你能发现什么规律?
(2)根据数据提出几个问题,然后求解。
问题数量不限,提出的问题越多越好。
4.根据国际电工委员会的报告:
50赫兹(我国市电的频率)交流电情况下观察到人的感觉如下:
人体通过的电流/毫安
效果
1~6
无害的刺痛
7~24
痛苦,但无生命危险
25~29
生死边界
30以上
心脏跳动变得混乱,2~4分钟内必须人电分离,否则发生脑损伤
根据以上数据和人体电阻的范围,估算人体可接触的安全电压。
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- 第四章 电路探秘67节 第四 电路 探秘 67
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