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第6節(jié) 電壓的測量
聯(lián)想情景導(dǎo)入
我們知道，水從自來水廠流淌到用戶家中，是因?yàn)樽詠硭畯S為水提供了一定的壓力，我們稱為“水壓”。接通電路，電荷在電路中定向移動(dòng)形成電流，用電器就可以工作。那么，是什么促使電荷作定向移動(dòng)的呢？電荷的定向移動(dòng)是否也需要一定的設(shè)備呢？把一支完好的手電筒里的電池取出，無論怎樣按動(dòng)開關(guān)，手電筒里的小電珠也不會(huì)發(fā)光。可見，手電筒里的電池為電荷的定向移動(dòng)提供了動(dòng)力，也就是我們本節(jié)課要學(xué)的電壓。
同樣一只小電珠，分別用導(dǎo)線與一節(jié)電池連接和兩節(jié)電池連接，小電珠的明亮程度是不同的，這又是什么原因呢？原來，不同的電源可以為電路提供的電壓是不同的，學(xué)習(xí)了本節(jié)知識(shí)后，我們可以利用電壓表來測量電路中的電壓的高低。
重點(diǎn)知識(shí)詳解
一、電壓
1．水流和電流的形成的對(duì)比。
左圖中水流的形成是由于抽水機(jī)給水流提供能量，抽水機(jī)的工作使水，路存在一個(gè)穩(wěn)定的水壓，從而保證水流得以持續(xù)。右圖中電源作用與左圖中的抽水機(jī)作用類似，電源的作用，是給電路中的電流提供能量，使電路存在一個(gè)穩(wěn)定的電壓，從而保證電流得以持續(xù)。電源兩端有電壓是金屬導(dǎo)體中存在電流的必要條件。
2．電壓：電壓是形成電流的原因。電源是提供電壓的裝置。電壓符號(hào)：U
3．電壓的單位：伏特，簡稱伏(V)。常用單位：千伏(kV)、毫伏(mV)、微伏(V)等。
1千伏= 1000伏 1伏= l000毫伏 l毫伏= 1000微伏
二、電壓的測量
1．測量工具：電壓表(如下圖所示)。符號(hào)
2．電壓表的作用方法：
(1)必須把電壓表并聯(lián)在被測電路的兩端；
(2)把電壓表的正接線柱接在跟電源正極相連的那端；
(3)被測電壓不能超過電壓表的量程；
(4)允許電壓表直接連入電源兩極上測電源電壓。
三、用電壓表測電壓
實(shí)驗(yàn)器材：干電池兩節(jié)、小燈泡兩個(gè)、開關(guān)一個(gè)、電壓表一個(gè)、導(dǎo)線若干。
實(shí)驗(yàn)過程：
1．測量串聯(lián)電路的電壓。
(1)按下圖所示連接好電路。
(2)用電壓表分別測出燈L1和燈L2兩端的電壓U1、U2及L1、L2串聯(lián)后的總電壓U。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：總電壓等于各燈兩端電壓之和。
2．測量并聯(lián)電路中的電壓。
(1)按下圖所示連接好電路。
(2)用電壓表分別測出圖中兩盞電燈兩端的電壓U1、U2及電源兩端的電壓U。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：總電壓與各支路的電壓相等。
精典例題解析
[例1] 下列說法中正確的是 ( )
A．導(dǎo)體內(nèi)有大量的自由電荷，只要使導(dǎo)體構(gòu)成通路，導(dǎo)體中就有電流通過
B．電路中只要有電壓，就會(huì)有電流
C．電壓是產(chǎn)生電流的必要條件
D．電路呈開路時(shí)，電流為零，則電路兩端電壓也為零
[解析] 若導(dǎo)體中只有自由電荷而沒有電源，或者電路兩端雖有電壓，而電路沒有形成閉合回路，都不能使電路中有電流，而電路呈開路狀態(tài)時(shí)，電流為零，也不能肯定電路兩端的電壓為零，所以上述A、B、D說法是錯(cuò)誤的。
[答案] C
[例2] 如圖所示，用電壓表測燈泡兩端的電壓的電路圖，正確的是 ( )
[解析] 電壓表應(yīng)與被測電路并聯(lián)，且電流從“+”接線柱流進(jìn)電表(即正接線柱靠近電源正極)，從“-”接線柱流出電表。
[答案] D
[例3] 如下圖所示的電路中，電壓表V1、V2和V3分別測量的是______、______和______的電壓；如果電壓表V1、V2的示數(shù)分別為6V和4V，那么電壓表V3的示數(shù)為 ______V。
[解析] 要判斷電壓表測量哪段電路兩端的電壓，只要看電壓表與哪段電路并聯(lián)的。從圖上可看出，電壓表V1與電源兩端相連，而V2和V3分別與L1和L2兩端相連，因此電壓表V1測量總電壓，電壓表V2和V3分別測量的是L1和L2兩端的電壓。由于電路中L1與L2是串聯(lián)的，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)，可得電壓表V3的示數(shù)為6V-4V=2V。
[答案] 電路兩端總電壓 L1兩端 L2 兩端 2
[例4] 科學(xué)課后，小南和小雄將一塊銅片和一塊鋅片插入西紅柿，做成了一個(gè) “西紅柿電池”。小南和小雄想探究“西紅柿電池的電壓大小與哪些因素有關(guān)”，小雄說：“可能與兩金屬片之間的距離有關(guān)”。小南想了想說：“也可能與兩金屬片插入西紅柿的深度有關(guān)”。”為了驗(yàn)證猜想是否正確，他們找來了電壓表，連成了如圖所示的電路。
(1)請你選擇其中一個(gè)猜想，并提出驗(yàn)證的方法：
(2)目前人們亂扔廢舊電池的現(xiàn)象非常普遍，請你針對(duì)這種現(xiàn)象，給有關(guān)部門提出一條合理建議：______________________________________________________________________。
[解析] 當(dāng)一個(gè)物理量與其余幾個(gè)物理量有關(guān)系時(shí)，為了使研究簡化和方便，一般采用控制變量法。本題中要研究西紅柿電池的電壓與兩金屬片之間的距離有關(guān)時(shí)，就要控制插入的深度不變；同樣要研究西紅柿電池的電壓與兩金屬片插入的深度有關(guān)時(shí)，就要控制距離不變。第二問意在培養(yǎng)學(xué)生環(huán)保意識(shí)及可持續(xù)發(fā)展意識(shí)。
[答案] (1)答案一：探究電壓與兩金屬片插入深度的關(guān)系當(dāng)兩金屬片插入西紅柿某一深度時(shí)，觀察并記錄電壓表示數(shù)。在同一位置，改變兩金屬片插入的深度，再觀察并記錄電壓表示數(shù)，比較兩次電壓表示數(shù)的大小與深度的關(guān)系。答案二：探究電壓與兩金屬片之間的距離的關(guān)系兩塊金屬片相距一定的距離插入西紅柿，記下插入的深度，觀察并記錄電壓表示數(shù)。改變兩金屬片間的距離，仍插入相同的深度，再觀察并記錄電壓表示數(shù)。比較兩次電壓表示數(shù)的大小與距離的關(guān)系。 (2)分類回收等。
實(shí)踐創(chuàng)新應(yīng)用
1．學(xué)生在學(xué)習(xí)電學(xué)知識(shí)時(shí)，在老師的引導(dǎo)下，聯(lián)想到如圖所示的力學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)行比較并找出相類似的規(guī)律，其中不準(zhǔn)確的是 ( )
A．水壓使水管中形成水流；類似地，電壓使電路中形成電流
B．抽水機(jī)是提供水壓的裝置；類似地，電源是提供電壓的裝置
C．抽水機(jī)工作時(shí)消耗水能；類似地，電燈發(fā)光時(shí)消耗電能
D．抽水機(jī)給水流提供能量；類似地，電源給電路提供能量
2．同學(xué)們在學(xué)習(xí)了電壓的知識(shí)后，對(duì)電壓有各自不同的認(rèn)識(shí)。下列說法中不正確的是
( )
A．電源是提供電壓的裝置 B．電路中有電流就一定有電壓
C．電路中有電壓就一定有電流 D．電壓是電路中形成電流的原因
3．圖中電表a、b接法都正確，由圖可知 ( )
A．電表a和b都是電流表
B．電表a和b都是電壓表
C．電表a是電壓表，b是電流表
D．電表a是電流表，b是電壓表
4．下列關(guān)于電壓的單位換算關(guān)系式中，錯(cuò)誤的是 ( )
A．1000伏=l千伏 B．1毫伏=10- 伏
C．1伏=106 微伏 D．1千伏=109毫伏
5．比較電流表和電壓表的使用規(guī)則，下列說法中不正確的是 ( )
A．使用前都要檢驗(yàn)指針是否對(duì)準(zhǔn)零刻度線
B．測量前都要估計(jì)測量值的范圍，以選定量程
C．接入電路時(shí)，都要使電流從表的正接線柱流入，從表的負(fù)接線柱流出
D．接入電路時(shí)，都要嚴(yán)禁將表的兩個(gè)接線柱直接連到電源兩極上
6．在如圖所示的電路圖中，能用電壓表正確測出燈L1兩端電壓的是 ( )
7．在圖a所示電路中，當(dāng)閉合開關(guān)后，兩個(gè)電壓表指針偏轉(zhuǎn)均為圖b所示，則電阻R1和R2兩端的電壓分別為 ( )
A．4.8V，1.2V B．6V，1.2V C．1.2V，6V D．1.2V，4.8V
8．如圖所示的電路中，電壓表示數(shù)為零，正確的判斷是 ( )
A．燈L1短路
B．L2支路斷路
C．燈L2短路
D．燈L2的燈絲斷了
9．電壓是使________發(fā)生________形成________的原因，而________是提供電壓的裝置。
10．實(shí)驗(yàn)室最常用的電壓表有______個(gè)接線柱，______個(gè)量程。接線如右圖所示，電壓表量程為_____，刻度盤每個(gè)大格表示____伏特，每個(gè)小格表示______伏特，指針?biāo)肝恢帽硎綺_____伏特。
11．家庭電路電壓是______伏，兩節(jié)干電池串聯(lián)起來可提供______伏電壓。不高于_______伏的電壓對(duì)人體是安全的。
12．有一收音機(jī)的電源電壓標(biāo)有4.5伏，可以用______節(jié)干電池______聯(lián)起來供電。
13．在下圖所示的電路中，開關(guān)S1和開關(guān)S2原來是斷開的，如果將開關(guān)S1閉合，則電壓表測量的是________兩端的電壓，如果將開關(guān)S2閉合，則電壓表測量的是______兩端的電壓。
14．學(xué)校實(shí)驗(yàn)室常用電壓表有3伏和l5伏兩個(gè)量程，在某次實(shí)驗(yàn)中選用3伏的量程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量，可是某同學(xué)卻從15伏量程的刻度盤上發(fā)現(xiàn)指針指在11伏位置上，則實(shí)際測得的電壓值是________伏。
15．在下圖中，要求L1、L2并聯(lián)，用電流表測量干路中的電流(約為0.4A)，電壓表測量燈泡L1兩端的電壓，變阻器調(diào)節(jié)L2的亮度，開關(guān)控制整個(gè)電路，將符合要求的電路圖畫在虛線框內(nèi)，并用筆畫線表示導(dǎo)線將右下圖中各個(gè)元件連接起來。
參考答案
1．C 2．C 3．D 4．D 5．D 6．B 7．A 8．C
9．電荷 定向移動(dòng) 電流 電源
l0．三 兩 O～3V 1 0.1 2.3
11．220 3 36
12．3 串
13．L1 L1和L2
14．2.2
15．略
課后練習(xí)答案
1．A電壓表、B電流表；A電流表、B電壓表；A電壓表、B電流表
2．提示：注意各元件的連接順序
3．提示：可搜集一些相關(guān)資料了解更多關(guān)于電壓的知識(shí)
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