D、电源的效率
,总电阻减小,内阻所占电压增大,所以路端电压减小,则电源效率减小,所以D错误;
路端电压与负载的关系
知识讲解
一、路端电压跟负载的关系:
讨论对给定的电源,E、r均为定值,外电阻变化时,电路中的电流、路端电压的变化.
1.当外电路的电阻R增大时,根据I=
可知电路中的电流I减小,由于内压U内=Ir所以内压减小,而E=U内+U外即外压(路端电压)增加.当外阻增加至无穷大时,外电路断路,此时I=0U内=0U=E即当电源没有接入电路时两极间的电压等于电源的电动势.电压表测电动势就是利用了这一原理.
电路的电阻R减小时,根据I=
可知电路中的电流I增大,由于内压U内=Ir所以内压增大,而E=U内+U外即外压(路端电压)减小.当外阻减小至最小零时,外电路短路,此时U=0,I=
(I称短路电流)即当外电路短路时,外压为零,短路电流很大,容易将电路烧毁.
②图象表示:
电源的外特性曲线(路端电压U随电流I变化的图象)
图象的函数表达:
U=E-Ir
当外电路断路时:
(即R→∞,I=0),纵轴上的截距表示电源的电动势E(E=U端)
当外电路短路时:
(R=0,U=0),横坐标的截距表示电源的短路电流I短=E/r;
图线的斜率:
的绝对值为电源的内电阻.
某点纵坐标和横坐标值的乘积:
为电源的输出功率,在图中的那块矩形的“面积”表示电源的输出功率
该直线上任意一点与原点连线的斜率:
表示该状态时外电阻的大小;当U=E/2(即R=r)时,P出最大.η=50%
注意:
坐标原点是否都从零开始:
若纵坐标上的取值不从零开始取,则该截距不表示短路电流.
③电源的外特性曲线和导体的伏安特性曲线
(Ⅰ)电源的外特性曲线:
在电源的电动势E和内阻r一定的条件下,通过改变外电路的电阻R使路端电压U随电流I变化的图线,遵循闭合电路欧姆定律.U=E-Ir,图线与纵轴的截距表示电动势E,斜率的绝对值表示内阻r.
(Ⅱ)导体的伏安特性曲线:
在给定导体(电阻R)的条件下,通过改变加在导体两端的电压而得到的电流I随电压U变化的图线;遵循部分电路欧姆定律I=
,图线斜率的倒数值表示导体的电阻R.
右图中a为电源的U-I图象;b为外电阻的U-I图象;两者的图象;两者的交点坐标表示该电阻接入电路时电路的总电流和路端电压;该点和原点之间的矩形的面积表示输出功率;a的斜率的绝对值表示内阻大小;b的斜率的绝对值表示外电阻的大小;当两个斜率相等时(即内、外电阻相等时图中矩形面积最大,即输出功率最大(可以看出当时路端电压是电动势的一半,电流是最大电流的一半).
例题精讲
路端电压与负载的关系
例1.
(2021春∙靖远县校级月考)如图所示,a、b分别表示一个电池组和一只电阻的伏安特性曲线。
以下说法正确的是( )
A.电池组的内阻是1Ω
B.电阻的阻值为0.33Ω
C.改变外电阻的阻值时,该电池组的最大输出功率为4W
D.将该电阻接在该电池组两端,电池组的输出功率是4W
【答案】ABC
【解析】
题干解析:
A、电池组的内阻等于a图线的斜率大小,为r
Ω=1Ω.故A正确。
B、电阻的阻值等于b图线的斜率大小,为R
Ω=0.33Ω,故B正确。
C、电源的输出功率P
,当外电阻的阻值等于内阻时,其电源的输出功率最大为Pm
W=4W.故C正确。
D、两图线的交点表示将该电阻接在该电池组两端的工作状态,则电阻两端的电压为U=1V,电流为I=3A,则电池组的输出功率P=UI=3W,故D错误。
例2.
(2021春∙颍州区校级月考)如图所示,直线A为某电源的U-I图线,曲线B为某小灯泡D1的U-I图线的一部分,用该电源和小灯泡D1组成闭合电路时,灯泡D1恰好能正常发光,则下列说法中正确的是( )
A.此电源的内阻为0.5Ω
B.灯泡D1的额定电压为3V,功率为6W
C.把灯泡D1换成“3V,20W”的灯泡D2,电源的输出功率将变大
D.由于小灯泡B的U-I图线是一条曲线,所以灯泡发光过程,欧姆定律不适用
【答案】ABC
【解析】
题干解析:
A、由图读出:
电源的电动势E=4V,内阻r=|
|
Ω=0.5Ω,故A正确。
B、两图线的交点表示小灯泡D1与电源连接时的工作状态,由于灯泡正常发光,则知灯泡的额定电压U=3V,额定电流I=2A,则额定功率为P=UI=6W,故B正确。
C、灯泡D1的电阻R1
1.5Ω,换成一个“3V,20W”的灯泡
,灯泡
的电阻
,可知其电阻更接近电源的内阻,根据推论:
电源的内外电阻相等时电源的输出功率最大,知把灯泡D1换成“3V,20W”的灯泡D2,电源的输出功率将变大,故C正确;
D、灯泡是纯电阻元件,欧姆定律适用,故D错误。
例3.
(2021秋∙淄川区校级月考)如图所示是某电源的路端电压与电流的关系图象,下面结论正确的是( )
A.电源的电动势为6.0V
B.电源的内阻为2Ω
C.电源的短路电流为0.5A
D.电流为0.3A时的外电阻是18Ω
【答案】ABD
【解析】
题干解析:
A、由闭合电路欧姆定律U=E-Ir得,当I=0时,U=E,即图线与纵轴交点表示断路状态,电动势E=6V.故A正确。
B、电源的内阻等于图线的斜率大小,r
A=2Ω.故B正确。
C、外电阻R=0时,短路电流为I
A=3A.故C错误。
D、电流为I=0.3A时,路端电压U=E-Ir=(6-0.3×2)Ω=5.4V,外电阻是R
18Ω.故D正确。
例4.
(2021∙湖南学业考试)如图所示为电源的路端电压U与电力I管线的图象,由图可知,该电源的电动势为___V,内阻为_____Ω。
【答案】
3,0.5
【解析】
题干解析:
由图示电源U-I图象可知,图象与纵轴交点坐标值是3V,则电源电动势为:
E=3V;电源内阻为:
r
0.5Ω.
多用电表的使用
知识讲解
多用表
一、多用表结构
1.外形构造
(1)如图所示,表盘:
多用电表可以用来测量电流、电压、电阻等,并且每一种测量都有几个量程.外形如图所示:
上半部为表盘,表盘上有电流、电压、电阻等多种量程的刻度;下半部为选择开关,它的四周刻有各种测量项目和量程.另外,还有欧姆表的调零旋钮、指针定位螺丝和测试笔的插孔.由于多用电表的测量项目和量程比较多,而表盘的空间有限,所以并不是每个项目的量程都有专门的标度,有些标度就属于共用标度,如图中的第二行就是交、直流电流和直流电压共用的标度.
(2)挡位:
如图所示,其中1、2为电流测量端,3、4为电压测量端,5为电阻测量端,测量时,黑表笔插入“-”插孔,红表笔插入“+”插孔,并通过选择开关接入与待测量相对应的测量端.
2.多用电表原理
如图所示,分别把电流表、欧姆表、电压表的电路示意图组合在一起,就是最简单的多用电表的电路.
(1)电流表的改装原理:
由同一表头并联不同电阻改装而成的几个量程不同的电流表.
(2)电压表的改装原理:
由同一表头串联不同电阻改装而成的几个量程不同的电压表.
(3)欧姆表的改装原理:
内部有电源,将对应Rx的电流刻度值改为电阻值即为欧姆表.
3.多用电表中电流的流向:
红表笔接“+”插孔,黑表笔接“-”插孔.
(1)电流挡串联接入电路,电流从红表笔流进电表,从黑表笔流出.
(2)电压挡并联接入电路,红表笔接高电势点,黑表笔接低电势点,电流仍然是“红进、黑出”.
(3)使用欧姆挡时,红表笔连接表内电源的负极,黑表笔连接表内电源的正极,电流仍然是“红进、黑出”.
二、多用表的使用
1.机械调零:
使用前若指针没有停在左端“0”位置,要用螺丝刀转动指针定位螺丝,使指针指零.
2.测量电压
(1)选择合适的直流电压挡量程.
(2)将多用电表与被测电路并联,注意红表笔接触点的电势应该比黑表笔高(填“高”或“低”).
3.测量电流
(1)选择合适的直流电流挡量程.
(2)将被测电路导线卸开一端,把多用电表串联在电路中,注意电流应该从红表笔流入多用电表.
4.测量定值电阻
(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,使指针指在表盘右端“0”刻度处.
(3)测量读数:
将两表笔分别与待测电阻的两端接触,指针示数乘以量程倍率即为待测电阻的阻值.
(4)测另一电阻时重复
(1)
(2)(3).
(5)实验完毕,两表笔从插孔中拔出,并将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡,若长期不用,应把电池取出.
多用表的应用
一、二极管的单向导电性
1.晶体二极管是由半导体材料制成的,它有两个极,即正极和负极,它的符号如图甲所示.
2.晶体二极管具有单向导电性(符号上的箭头表示允许电流通过的方向).当给二极管加正向电压时,它的电阻很小,电路导通,如图乙所示;当给二极管加反向电压时,它的电阻很大,电路截止,如图丙所示.
3.将多用电表的选择开关拨到欧姆挡,红、黑表笔接到二极管的两极上,当黑表笔接“正”极,红表笔接“负”极时,电阻示数较小,反之电阻示数很大,由此可判断出二极管的正、负极.
二、多用电表对电路故障的检测
1.断路故障的检测方法
①用直流电压挡:
a.将电压表与电源并联,若电压表示数不为零,说明电源良好,若电压表示数为零,说明电源损坏.
b.在电源完好时,再将电压表与外电路的各部分电路并联.若电压表示数等于电源电动势,则说明该部分电路中有断点.
②用直流电流挡:
将电流表串联在电路中,若电流表的示数为零,则说明与电流表串联的部分电路断路.
③用欧姆挡检测
将各元件与电源断开,然后接到红、黑表笔间,若有阻值(或有电流)说明元件完好,若电阻无穷大(或无电流)说明此元件断路.
2.短路故障的检测方法
①将电压表与电源并联,若电压表示数为零,说明电源被短路;若电压表示数不为零,则外电路的部分电路不被短路或不完全被短路.
②用电流表检测,若串联在电路中的电流表示数不为零,故障应是短路.
三、用多用表测定黑箱子元件
例题精讲
多用电表的使用
例1.
(2021春∙薛城区校级月考)图(a)为某同学组装完成的简易多用电表的电路图。
图中E是电池;R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻,R6是可变电阻;表头G的满偏电流为250μA,内阻为480Ω.虚线方框内为换挡开关,A端和B端分别与黑、红两表笔相连。
该多用电表有5个挡位,5个挡位分别为:
直流电压1V挡和5V挡,直流电流1mA挡和2.5mA挡,欧姆×100挡。
(1)请在图(a)的虚线框内画上电源(画到图c的部分电路中)。
(2)当B接“3”时,对于该表的使用,下列说法正确的是____。
A.该挡为电压挡,可测电压
B.该挡为欧姆挡,可测电阻
C.使用该挡时应先机械调零,再欧姆调零,两种调零都是调电阻R4完成
D.使用该挡时不能将红、黑表笔与其他电源相连接
(3)根据题目条件可得R1=_____Ω(结果保留一位小数),R5=______Ω。
(4)如图b,若此时B与“3”相接,则读数为_______,此表的内阻为________。
【答案】
(1)如图所示;
(2)BD;(3)6.4,4000;(4)1100Ω,15000Ω。
【解析】
题干解析:
(1)根据图a可知B接“3”位时,为欧姆表,因为A端和B端分别与黑、红两表笔相连,又因为电流从红表笔流入多用电表,黑表笔流出多用电表,则多用电表黑表笔接内部电源的正极,故在图c中画出电源,如图所示:
(2)A、B、当B接“3”时,该挡为欧姆挡,可测电阻,故A错误,B正确;C、使用多用电表之前要先用螺丝刀调节机械调零旋钮,进行机械调零;使用欧姆表前要红黑表笔短接,调电阻R4即