第12讲 高电压和大电流的测量

由于电感作用，较远处电容需一段时间才能充上一定的电荷，电压波以某速度沿线路x 传播随着线路电容的充放电，将有电流流过导线的电感，在导线周围建立起磁场。

电流波以同样速度沿x 方向流动682.波动方程及其解⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧∂∂=∂∂−∂∂=∂∂−t u C x i t i L x u 00⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧∂∂=∂∂=∂∂∂∂=∂∂=∂∂22222002222222002211t iv t i C L xi t u v t u C L x u ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧∂∂++∂∂=∂∂++∂∂=dx x i i t u dx C i dx x u u t i dx L u 00Zi u f f =/Zi u b b −=/，反射系数能量角度解释：因为线路末端接地短路，入射波到达末段后，全部能量反射回去成为磁场能量，适用范围：入射波必须沿分布参数线路传播而来，和节点相连的线路必须无穷长23t u n Z)(21−连接在母线上的线路越多，母线作用下的解35401,1,0,02121><>>ααββ1,1,0,02121<><<ααββ1,1,0,02121>>><ααββ1,1,0,02121<<<>ααββ44第五节波在平行多导线系统中的传播⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫+++=+++=+++=n nn n n n n n n n q P q P q P u q P q P q P u q P q P q P u L L L L L L L L L 22112222121212121111 n 根平行导线，其静电方程为静电方程⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫==km km km k kk kk D H P r H P ln 21ln 2100πεπεPQU =电位系数46若线路中同时存在前行波、和反行波、q u q i fu f i ⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫−==+=+=f f q q f q f q Zi u Zi u i i i u u u 根据不同的具体边界条件，应用以上各式就可以求解平行多导线系统的波过程 平行多导线系统的波过程49[例]如图所示输电线路采用两根避雷线，他们通过金属杆塔彼此连接，要求计算雷击塔顶时避雷线1、2对导线3 的耦合系数已知11Z 22Z 12Z 13Z 23Z 2111Z Z =3113Z Z =3223Z Z =解：列出避雷线1、2和导线3的电压方程⎪⎭⎪⎬⎫++=++=++=333232131332322212123132121111i Z i Z i Z u i Z i Z i Z u i Z i Z i Z u ⎩⎨⎧+=+=123133112111)()(i Z Z u i Z Z u 03=i 避雷线1、2对导线3 的耦合系数为122313121123131332,11k k k Z Z Z Z u u k ++=++==−。

2 闭合电路的欧姆定律1．理解闭合电路欧姆定律及其表达式并能熟练地用来解决有关的电路问题； 2．理解路端电压与负载的关系。

1．静电力做功与非静电力做功的区别。

2．电动势的定义及理解。

3．理解闭合电路的欧姆定律。

4．分析闭合电路的动态变化问题。

一、电动势1．闭合电路：由导线、电源和用电器连成的电路。

用电器和导线组成外电路，电源内部是内电路。

2．非静电力：在电源内部把正电荷从负极搬运到正极的力。

3．电源：通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。

4．电动势(1)物理意义：表征电源把其他形式的能转化为电势能的本领。

(2)定义：非静电力所做的功与所移动的电荷量之比。

(3)定义式：E ＝W q。

(4)单位：伏特，符号是V 。

二、闭合电路欧姆定律及其能量分析1．部分电路欧姆定律：I ＝U R。

2．内电阻：电源内电路中的电阻。

3．闭合电路中的能量转化：如图所示，A 为电源正极，B 为电源负极，电路中电流为I ，在时间t 内，非静电力做功等于内外电路中电能转化为其他形式的能的总和，即EIt ＝I 2Rt ＋I 2rt 。

4．闭合电路的欧姆定律(1)内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比。

(2)表达式：I ＝ER ＋r。

(3)常见的变形公式：E ＝U 外＋U 内。

三、路端电压与负载的关系1．负载：外电路中的用电器。

2．路端电压：外电路的电势降落。

3．路端电压与电流的关系 (1)公式：U ＝E －Ir 。

(2)结论：①外电阻R 减小→I 增大→U 减小。

②外电路断路→I ＝0→U ＝E 。

③外电路短路→I ＝E r→U ＝0。

(3)电源的U ­I 图像知识点一 对电动势的理解1．概念理解(1)电源的种类不同，电源提供的非静电力性质不同，一般有化学力、磁场力(洛伦兹力)、涡旋电场力等。

(2)不同电源把其他形式的能转化为电能的本领是不同的。

第12讲内能内能的利用【回归教材】知识清单考点1 分子热运动1.扩散现象(1)定义:物质在时,彼此的现象叫作扩散现象。

扩散现象说明分子在运动,分子间存在。

(2)影响因素:扩散现象的剧烈程度与有关,温度越高,扩散现象越。

2.分子热运动:一切物质的分子都在不停地做的运动。

温度越高,分子运动就越剧烈。

由于分子运动跟温度有关,因此分子的这种无规则运动也叫作分子的热运动。

3.分子间的作用力:分子间不仅存在力,还存在力。

4.分子动理论:物质是由组成的;一切物质的分子都在地做运动;分子间存在相互作用的和。

考点公关例题1 世界上的一切物体,无论是一粒沙、一滴水、还是一朵花……都是由大量分子组成的,下列现象能说明分子在不停地做无规则运动的是( )A.沙尘暴起,飞沙满天B.寒冬,雪花漫天飞舞C.阳春三月,花香袭人D.丰收季节,麦浪起伏【答案】1.(1)不同相互接触进入对方不停地做无规则间隙(2)温度剧烈2.无规则3.吸引排斥4.分子永不停息无规则引力斥力例题1C考点2 内能1.内能:构成物体的所有分子,其热运动的与的总和,叫作物体的内能。

单位:焦耳(J)。

(1)理解:一切物体都具有内能,内能不可能为0。

(2)影响因素:质量、温度、物质种类、体积。

2.物体内能的改变方式改变方式热传递做功联系热传递和做功对物体内能的改变是等效的实质能量的转移能量的转化理解发生条件:存在① 。

热量总是从高温物体传递到低温物体外界对物体做功,物体的内能① ;物体对外界做功,物体的内能①举例哈气取暖、烤火、火炉烧水等搓手取暖、钻木取火、拉锯时锯条发热等3.热量:在热传递过程中,的多少叫作热量。

单位:焦耳(J)。

考点公关例题2 下列实例中,属于做功改变物体内能的是( )A.将热牛奶倒入玻璃杯中,玻璃杯温度升高B.经阳光暴晒后的柏油路面,其温度升高C.反复弯折铁丝,弯折处温度升高D.用热水袋暖手,手的温度升高【答案】1.动能分子势能2.①温度差①增大①减小3.传递能量例题2C考点3 比热容和热值名称比热容热值定义一定① 的某种物质,在温度升高(或降低)时吸收(或放出)的热量与它的质量和升高(或降低)的温度① 之比某种燃料① 放出的热量与其质量之比公式 Q 吸(放)=① Q=①单位J /(kg· ℃)J /kg(气体燃料时是J /m 3)物理意义水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),它表示的物理意义是① kg 的水温度升高(或降低)1 ℃所吸收(或放出)的热量为①J氢的热值为1.4×108 J/kg,它表示的物理意义是① kg 的氢完全燃烧所放出的热量为① J影响因素比热容是物质的一种特性,只与物质的种类和状态有关热值是燃料的一种属性,只与燃料的种类有关,与燃料的形状、体积、质量、是否充分燃烧无关【答案】①质量 ①乘积 ①完全燃烧 ①cm Δt 升高(降低)①qm ①1 ①4.2×103 ①1①1.4×108考点4 热机1.热机:利用 做功的机械叫作热机。

第12讲家庭电路及电功电功率教学目标1．家庭用电常识2．掌握电功、电功率的含义与区别3．掌握电能表的使用4．掌握额定功率与实际功率的区别5．掌握电功、电功率的相关计算【经典例题一】1．关于家庭电路，下列说法中正确的是（）A．我国家庭电路的电压为110VB．家庭电路中，同时工作的用电器越多，总电阻越大C．家庭电路中总电流过大，空气开关跳闸，一定是由于电路中用电器总电功率过大D．用电器使用三线插头,是为了防止漏电引发事故而采取的保护措施【解答】解：A、我国家庭电路的电压为220V，故A错误；B、家庭电路中，同时工作的用电器越多，总电阻越小,故B错误；C、家庭电路中总电流过大，可能是由于电路中用电器的总功率过大或短路引起的，故C错误；D、用电器使用三线插头,将三线插头插入三孔插座中，能使用电器的金属外壳接地，在用电器漏电时，人接触用电器，地线可以把人短路,避免触电事故发生,故D正确。

故选：D。

2．请以笔画线代替导线,将三线插座、开关控制的电灯接入电路。

【解答】解：灯泡接法：开关要接在火线和灯之间，这样在断开开关能切断火线，接触灯泡不会发生触电事故。

三孔插座的接法:上孔接地线；左孔接零线；右孔接火线。

如图所示：【变式练习】1．如图所示是正常连接家庭电路的一部分。

下列说法正确的是（）A．导线B与大地之间的电压为220VB．试电笔插入三孔插座的左插孔，氖管将发光C．电饭煲接入三孔插座后与电冰箱是串联的D．站在地上的人接触a处金属部分会触电【解答】解:如图所示是正常连接家庭电路的一部分,开关接在导线A上，所以导线A是火线,导线B是零线，A、火线和零线间的电压为220V，零线和大地之间的电压为0V，则导线B与大地之间的电压为0V，故A错误;B、插座的左孔接零线，右孔接火线，所以试电笔插入三孔插座的左插孔时氖管不发光，插入插座的右插孔时氖管发光，故B错误；C、由图可知,电饭煲接入三孔插座后与电冰箱是并列连接的，且电饭煲与电冰箱工作时互不影响,所以电饭煲接入三孔插座后与电冰箱是并联的，故C错误;D、站在地上的人接触a处金属部分,相当于直接接触了火线，所以会触电，故D正确。

实验：练习使用多用电表知识点：实验：练习使用多用电表一、认识多用电表1．多用电表可以用来测量直流电流、直流电压、交变电流、交变电压以及电阻．2．构造(1)表的上半部分为表盘，标有电压、电流和电阻的刻度线，用于读取这些电学量的测量值．(2)表中央的指针定位螺丝用于使指针指到零刻度．(3)表下半部分中间的旋钮是选择开关，周围标有测量功能的区域及量程．二、使用多用电表1．测电压(1)选择直流电压挡合适的量程，并将选择开关旋至相应位置．(2)将多用电表并联在待测电路两端，注意红表笔接触点的电势应比黑表笔接触点的电势高．(3)根据表盘上的直流电压刻度读出电压值，读数时注意最小刻度所表示的电压值．2．测电流(1)选择直流电流挡合适的量程，并将选择开关旋至相应位置．(2)将被测电路导线拆开一端，把多用电表串联在电路中．(3)读数时，要认清刻度盘上的最小刻度．注意：电流应从红表笔流入多用电表．3．测电阻(1)将选择开关旋至欧姆挡，此时表内电源接通，红表笔连接表内电源的负极，黑表笔连接表内电源的正极．电流从欧姆表的黑表笔流出，经过被测电阻，从红表笔流入．(2)测量步骤：①选挡：估计待测电阻的大小，旋转选择开关，使其尖端对准欧姆挡的合适挡位．②欧姆调零：将红、黑表笔短接，调整“欧姆调零旋钮”，使指针指向“0 Ω”．③测量、读数：将两表笔分别与待测电阻的两端接触，指针示数乘以倍率即为待测电阻阻值．④实验完毕，应将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡.技巧点拨一、使用多用电表的注意事项1．使用前要机械调零．2．电流都是从红表笔流入，从黑表笔流出．3．电压、电流的读数要看清选择开关所选择的量程，搞清楚每一小格表示多少，及应读到的有效数字位数．4．测电阻时注意：(1)测电阻必须把待测电阻隔离．(2)牢记两个调零过程，切记换挡需进行欧姆调零．(3)合理选择量程，使指针尽可能指在中间刻度附近．(4)读数时应乘以相应的倍率．(5)欧姆表的表盘刻度不均匀，一般不估读．二、用多用电表测二极管的正反向电阻1.认识二极管：如图所示，它由半导体材料制成，左端为正极，右端为负极．特点：电流从正极流入时电阻很小，而从正极流出时电阻很大．2．用多用电表测二极管的正反向电阻(1)测二极管正向电阻：将多用电表的选择开关选至低倍率的欧姆挡，欧姆调零之后将黑表笔接触二极管的正极，红表笔接触二极管的负极．(2)测二极管反向电阻：将多用电表的选择开关选至高倍率的欧姆挡，欧姆调零之后将黑表笔接触二极管的负极，红表笔接触二极管的正极．三、多用电表检查电路故障1．故障种类及特点电路故障一般有两种情况，即短路和断路．(1)短路的特点：电路中有电流，但短路部分电压为零；被短路的用电器不工作，与之串联的用电器工作电流增大．(2)断路的特点：在电源正常的情况下，断路部分电流为零，但断路处有电压，若干路断路则断路处电压等于电源电压．2．分析与检测方法(1)电压表检测法若电路断路，将电压表与电源并联，若有电压说明电源完好，然后将电压表逐段与电路并联，若某一段电压表指针偏转，说明该段电路中有断点．若电路短路，则用电压表逐段与电路并联，某一段电压表示数为零，则该段被短路．(2)欧姆表检测法断开电路，用多用电表的欧姆挡测量待测部分的电阻，若检测部分示数正常，说明两点间电路正常；若检测部分电阻很小(几乎为零)，说明该部分短路；若检测部分指针几乎不动，说明该部分有断路．例题精练1．（秦淮区校级月考）若多用电表的电阻挡有三个倍率，分别是“×1”“×10”“×100”。

3 实验：电池电动势和内阻的测量1.会设计测定电池电动势和内阻的实验电路.2.掌握用电压表和电流表测定电池的电动势和内阻的方法.3.学习用U －I 图像处理实验数据的方法．一、测定电池电动势和内阻的实验方案设计1．伏安法：由E ＝U ＋Ir 知，只要测出U 、I 的两组数据，就可以列出两个关于E 、r 的方程，从而解出E 、r ，用到的器材有电池、开关、滑动变阻器、电压表、电流表，电路图如图1所示．图12.伏阻法：由E ＝U ＋UR r 知，如果能得到U 、R 的两组数据，列出关于E 、r 的两个方程，就能解出E 、r ，用到的器材是电池、开关、电阻箱、电压表，电路图如图2所示．图23.安阻法：由E ＝IR ＋Ir 可知，只要能得到I 、R 的两组数据，列出关于E 、r 的两个方程，就能解出E 、r ，用到的器材有电池、开关、电阻箱、电流表，电路图如图3所示．图3二、实验操作与数据分析 1．实验步骤(以伏安法为例)(1)电流表用0～0.6 A 量程，电压表用0～3 V 量程，按实验原理图连接好电路． (2)把滑动变阻器的滑片移到一端，使其接入电路中的阻值最大．(3)闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显的示数，记录一组数据(I 1、U 1)．用同样的方法测量几组I 、U 值．(4)断开开关，整理好器材．(5)处理数据，用公式法或图像法求出电池的电动势和内阻． 2．数据分析 (1)公式法依次记录的多组数据(一般6组)如表所示：分别将1、4组，2、5组，3、6组联立方程组解出E 1、r 1，E 2、r 2，E 3、r 3，求出它们的平均值作为测量结果．E ＝E 1＋E 2＋E 33，r ＝r 1＋r 2＋r 33.(2)图像法①根据多次测出的U 、I 值，作U －I 图像；①将图线两侧延长，纵轴截距的数值就是电池电动势E ； ①横轴截距(路端电压U ＝0)的数值就是短路电流Er；①图线斜率的绝对值等于电池的内阻r ，即r ＝⎪⎪⎪⎪ΔU ΔI ＝EI 短，如图4所示．图4三、注意事项与误差分析1．为使电池的路端电压有明显变化，应选取内阻较大的旧干电池和内阻较大的电压表．2．实验中不能将电流调得过大，且读数要快，读完后立即切断电源，防止干电池大电流放电时内阻r 的明显变化．3.当干电池的路端电压变化不很明显时，作图像时，纵轴单位可取得小一些，且纵轴起点可不从零开始． 如图5所示，此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势E ，但图线与横轴交点不再是短路电流，内阻要在直线上取较远的两点用r ＝|ΔUΔI|求出．图54．误差分析(1)偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读数以及作U －I 图像时描点不准确．(2)系统误差：主要原因是电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比流过电源的电流偏小一些．U 越大，电流表的读数与总电流的偏差就越大，将测量结果与真实情况在U －I 坐标系中表示出来，如图6所示，可见E 测＜E 真，r 测＜r 真．图6一、选择仪器时注意掌握的原则1．安全性原则，即一定要保证仪器的安全，对电表来讲不超量程，对滑动变阻器来讲不能超其额定电流． 2．精确性原则，即要保证测量时读数精确，对电表来讲在不超量程的前提下，尽量选用小量程的，对欧姆表来讲尽量让指针指在中值刻度附近．3．方便性原则，此原则主要针对滑动变阻器来讲，在滑动变阻器控制电路时，电路的电压、电流的变化范围要尽可能大，以便获取多组测量值． 二、伏阻法测电动势和内阻 1．电路图：如图7所示 2．实验原理：E ＝U ＋U R r3．数据处理(1)计算法：由⎩⎨⎧E ＝U 1＋U 1R 1rE ＝U 2＋U2R2r 解方程组可求得E 和r .(2)图像法：由E ＝U ＋U R r 得：1U ＝1E ＋r E ·1R .故1U －1R 图像的斜率k ＝r E ，纵轴截距为1E，如图8.图7 图8三、安阻法测电动势和内阻 1．电路图：如图9所示．图92．实验原理：E ＝IR ＋Ir . 3．数据处理(1)计算法：由⎩⎪⎨⎪⎧E ＝I 1R 1＋I 1r E ＝I 2R 2＋I 2r解方程组求得E ，r .(2)图像法：由E ＝I (R ＋r )得：1I ＝1E R ＋r E ，可作1I －R 图像(如图10甲)1I －R 图像的斜率k ＝1E ，纵轴截距为rE 又R ＝E ·1I －r ，可作R －1I 图像．(如图乙)R －1I图像的斜率k ＝E ，纵轴截距为－r .图101．用伏安法测一节干电池的电动势和内阻，实验中可供选择的电压表有两个，量程分别为A （0~2V ）、B （0~5V ），滑动变阻器两个，规格分别为C （0~1000Ω）、D （0~20Ω），应选用的电压表和滑动变阻器分别为（ ） A ．A ，CB ．A ，DC ．B ，CD ．B ，D2．关于电动势，下列说法正确的是（ ）A ．电动势与非静电力做的功成正比，与移送的电荷量成反比B ．电动势单位与电势、电势差的单位都是伏特，故三者本质上一样C ．铅蓄电池的电动势为2V ，表示蓄电池在1s 内将2J 的化学能转变为电能D ．铅蓄电池（电动势为2V ）将化学能转化为电能的本领比干电池（电动势为1.5V ）大3．如图所示，用一只电流表和两个定值电阻测电源电动势和内电阻，由于未考虑电流表的内阻，其测量值E 和r 与真实值0E 和0r 相比较，正确的是（ ）A ．0E E =，0r r =B ．0E E >，0r r <C ．0E E =，0r r >D ．0E E >，0r r >4．某同学在做“测定干电池的电动势和内电阻”的实验时，记录的数据如下表所示：发现实验结果与预期的不一致。

第十二讲：电阻的测量——答案解析一、伏安法测电阻 实验原理：IU RAVRR'S二、特殊法测定值电阻阻值姓名：0R U 00U R U x 0-R U U x源xx U U R U -0源ABxR U U -源xAB x U U R U -源)(000x x R R I R I +=00)(I R I I x -)(00x x x R R I R I +=000I I R I x -0R I xI R I 000)(R I I x -xx I R I I 0)(-00R I xI R I 00【基础训练】【例1】. 图甲是用伏安法测未知电阻R 的实验图。

（1）请用笔画线代替导线，将图甲中实物电路连接完整。

（2）闭合开关，将滑片P 向左滑动时，此时电压表示数为2.4V ，电流表示数如图乙所示，其读数为I = A ，则未知电阻R = Ω。

（3）若实验中只有一个电压表和一个已知电阻R 0，小明设计了如图丙所示的电路，同样可以测量未知电阻R x ，请在空格内将实验步骤补充完整。

①闭合S 、断开S 1，用电压表测出待测电阻R x 两端的电压为U 1； ② ，用电压表测出电源的电压U ；③请写出用测量值U 、U 1及R 0来表示R x 的表达式：R x = 。

解：（1）变阻器应串联在电路中，可将导线一端接在变阻器上端，另一端接在电阻R 右端，如图所示。

（2）读图可知，电流表的量程为0～0.6A ，其分度值为0.02A ，则电流表的示数为0.3A 。

由公式R U I =得，Ω===83.04.2AVI U R （3）实验步骤：①闭合开关S 、断开S 1，用电压表测出待测电阻R x 两端的电压为U 1； ②闭合开关S 、S 1，用电压表测出电源的电压U ； ③因串联电路中总电压等于各分电压之和， 所以，R 0两端的电压： U 0=U-U x =U-U 1，因串联电路中各处的电流相等，所以，x x R U R U I ==00，即x R U R U U 101=-， 解得：11U U R U R x -=。