13.5 电压与电压测量
【与教材不同之处】
更详细描述探究电压的概念；更详细描述电压表的结构及使用；更详细描述电压表的错误使用的分析；更详细描述电压表测量对象的判定；更详细描述包含电压表的电路图的画法。
什么是电压
我们知道，当水流的起点与水流的终点之间存在水位高度差，则在管中会形成水流，如图13-5-1左图所示，A处的水位比B处的水位高，则水流沿着管道从水位较高的A处流向水位较低的B处。
我们知道，电流的起点是电源的正极，电流的终点是电源的负极。导线中之所以有持续的电流，这是因为电源的正极与电源的负极之间存在类似“水位差”的电位差。正是因为电源的正极与负极之间有电位差，才有持续的电流从电源的正极出发，最终流向电源的负极。
物理学上，将电源正极与电源负极之间的电位差称为电压。
因此，电压是导体中形成电流的原因。没有电压，导体中虽然有大量的自由电子，只会无规则运动但不会形成定向移动。我们通常所说的“停电了”，其实不是指没有电流，而是指没有电压。
电压概念最早是由意大利科学家伏特（1745—1827）提出的。
常用的单位还有毫伏（mV）、微伏（μV）、千伏（kV）等。它们之间的换算关系如下：电压用符号U表示，电压的单位是伏特，简称为伏，单位符号是V。
一节干电池的正极与负极之间的电压为1.5V，大多数现代手机使用的电池的正极与负极之间的电压为3.7V。在中国，家庭电路的电压为220V。对人体安全的电压不高于36V。
再谈电源
在实验室中的电路中，我们常用干电池作为电源。
什么是电源？
电源是指给电路两端提供电压的装置。
也就是说，只要能提供电压的装置都是电源，因此，电源不限于只是指干电池、蓄电池、太阳能光伏电池，像发电机这类装置也是可以为电路提供电压的，所以发电机也是一种电源，如图13-5-2所示。
从能量角度看，电源是提供电能的装置。因为当电流通过灯丝时，会发光，会消耗电能，即将电能转化光能。当电流通过电热器的电热丝时，会发热，也会消耗电能，即将电能转化为内能。
电压表的结构
测量电压的工具叫电压表。电压表的元件符号如下：
电压表的结构与电流表相似，也是有三个接线柱，从而使电压表有两种量程可以选择，如图13-5-3所示。
电压表的三个接线柱分别是：“－”接线柱、“3V”接线柱、“15V”接线柱。
当我们将标有“－”、“3V”的两个接线柱接入电路中时，意味着我们选择了0～3V的量程；当我们将标有“－”、“15V”的两个接线柱接入电路中时，意味着我们选择了0～15V的量程。
在电流表的表盘上，刻度线上方和下方分别对应两种不同量程的读数。
当我们选择0～3V量程时，我们读取刻度线下方的刻度值；当我们选择0～15V量程时，我们读取刻度线上方的刻度值。
我们进一步发现，选择0～3V量程时，该量程内的分度值是0.1V；选择0～15V量程时，该量程内的分度值是0.5V。
由于“0～3V”量程的分度值比“0～15V”量程的分度值更小，意味着使用“0～3V”量程来测量电流的大小将更为准确，误差更小。
因此，当小量程（“0～3V”）的量程能满足需要时，就必须使用小量程来测量电压，以使测量结果更准确，误差更小。
需要强调的是，大量程是小量程的5倍。
电压表的使用
电压表如何使用？
如果电压表要测量某段电路两端的电压，则电压表与待测电路并联。所谓并联，就是指电压表的两端与被测电路的两端用导线相连。
比如，电流表与电源并联，则电压表测量电源两端的电压（电源两端的电压简称为电源电压）；如果电压表与某用电器并联，则电压表测量此用电器的两端的电压大小。
如图13-5-4所示，电压表与电源是并联的，所以，此电压表测量了电源电压。
如图13-5-5所示，如果电压表与用电器L1并联（即电压表与用电器L1的两端相连），则电压表测量的是用电器两端的电压。
（1）使用电压表前一定要校零。电压表并联接入电路中时，我们要做好三件事：
与电流表相似，在闭合开关前，指什无论是正向偏转了一定角度，还是反向偏转了一定角度，都是没有校零的表现。
（2）选择合适的量程。
如果电源是两节新电池，则无需试触，直接将电压表的小量程接入电路中，因为一节干电池的电源电压为1.5V，两节干电池的电压为3V。
（3）连接电压表时，也要让电流的流向从电压表的正接线柱流入，从负接线柱流出（口诀：正入负出）。若电压表正负接线柱的接线接反了，电压表的指针会反向偏转。
电压表错误连接时的现象
由于电压表的导电性能差，因此，如果把电压表与某段电路串联连接（如图13-5-6所示），则电路中的电流极小，与电路断开的效果基本相同——比如电灯不亮，电流表的示数接近为零。
为什么会出现这种现象，以后我们学习了欧姆定律后再来解释。
需要强调的是，电压表与某段电路串联时，电流表的示数虽然为零，但电压表的示数接近电源电压。
把电压表当成“断开”的导线
当我们判断电路的连接方式时，我们根据电压表导电性能差的特点，一般会将电压表看成是“断开”的导线，这样做的好处是——判断电路的连接方式将变得简单。
例题，如图13-5-7所示，请判断电路中的L1、L2的连接方式。
【分析】要判断L1、L2的连接方式，我们可假设电压是一处“断开”的导线，那么，电路的连接方式很明显地可以看出来，L1、L2是串联的，如图13-3-8所示。
答：此电路中的L1、L2是串联的。
电压表测量对象的判定
我们如何判断电压表的测量对象是谁呢？
有一个技巧：假设拆除电源后，观察电压表与哪个用电器形成回路，能与之形成回路的用电器，就是电压表的测量对象。这种方法我们不妨称为“拆源法”。
例题：如图13-3-7所示，请判断电压表的测量对象是谁？
【分析】采用“拆源法”，即将电源拆除，我们发现，电压表与灯L1、L2形成回路，因此，电压表的测量对象是L1、L2。
例题：如图13-3-9所示，请判断电压表V1、V2的测量对象分别是谁？
【分析】采用“拆源法”，即将电源拆除，我们发现，电压表V1与L1、电流表A形成回路，所以，电压表V1的测量对象是灯L1；电压表V2与灯L2形成回路，所以，电压表V2的测量对象是灯L2。
答：电压表V1的测量对象是V1，电压表V2的测量对象是V2。
与电压表有关的作图
当电路中有电压表时，如何画出相应的电路图呢？
我们根据一道例题来说明我们的作图方法。
例题：如图13-3-10所示，请画出此实物图的电路图。
【分析】画出相应的电路图前，我们要依次确定三件事。
（1）判断出实物图中用电器的连接方式——采用“小拆法”，拆除任何一个用电器，观察另一个用电器是否有电流通过，如果有，则此电路是并联电路。显然此题中两用电器的连接方式是串联。
（2）根据电路的连接方式采用不同的电路图的框架：串联电路采用“长方形”；并联电路采用“曰字形”。因此，此题采用“长方形”。
（3）判定电压表的测量对象是哪个——采用“拆源法”，拆除电源后，观察电压表与哪个用电器形成回路，能与之形成回路的用电器，就是电压表的测量对象。因此，此题中的电压表的测量对象是灯L1。
确定上述三件事后，我们开始画出相应的电路图，步骤如下：
（1）画出电路图的框架。因为是串联，我们采用“长方形”的电路图框架。
（2）在框架上擦出缺口，并添加元件符号。从电源的正极出发，一共有4个元件是串联在一起的，分别是电流表、灯L1、开关、灯L2，于是在上横线上画出四个缺口，在下横线上画出一个缺口（我们曾经约定过，上横线放置用电器、下横线放置电源，其他串联的元件可放在上横线，也可放至下横线上，只需要注意对称）。此题为了便于添加电压表，我们将4个非电源元件放在上横线上，如图13-3-11所示。
（3）将电压表的元件符号补充到电路图中。添加电压表时，务必确保电压表与哪些元件形成了回路。此题中，电压表与电流表、灯L1、开关形成回路，所以添加了电压表元件符号后，完整的电路图如13-3-12所示。
【本节学到的内容】
1、什么是电压
物理学上，将电源正极与电源负极之间的电位差称为电压。电压是导体中形成电流的原因。
2、电压的单位及符号
电压用符号U表示，电压的单位是伏特，简称为伏，单位符号是V。
常用的单位还有毫伏（mV）、微伏（μV）、千伏（kV）等3、什么是功
3、常见的电压值
一节干电池：1.5V，手机电池：3.7V。家庭电路：220V。对人体安全的电压：不高于36V。
4、电压表的量程与分度值
选择0～3V量程时，该量程内的分度值是0.1V；
选择0～15V量程时，该量程内的分度值是0.5V。
5、电压表的使用
电压表与待测电路并联，即电压表与被测电路形成回路。
6、电压表串联接入电路中时出现的现象
灯泡不亮，电流表的示数几乎为零，但电压表的示数接近电源电压。
7、为什么有时把电压表当成“断开”的导线
判断电路的连接方式将变得简单。
8、电压表测量对象的判定
采用“拆源法”，拆除电源后，观察电压表与哪个用电器形成回路，能与之形成回路的用电器，就是电压表的测量对象。
9、与电压表有关的电路图的画法
三件事：（1）采用“小拆法”确定电路连接方式；（2）根据连接方式确定框架；（3）判定电压表的测量对象。
三步：（1）画框架；（2）擦缺口，画元件；（3）补电压表。
【自我检测与巩固】
1、下列各图中电压表分别测量的是哪两端电压？
2、在下图所示的电路图中，能用电压表正确测出灯L1两端电压的是（ ）
3、如图，准备测量灯L1发光时两端的电压，电路如何改动？
4、如图所示电路，甲、乙是电学仪表，闭合开关后，灯泡、均正常发光，则( )
A、甲是电流表，乙是电压表
B、甲是电压表，乙是电流表
C、甲、乙都是电流表
D、甲、乙都是电压表
Was this helpful?
1 / 0
