高中鲁科版物理选修3-1学案第4章第2节多用电表的原理与使用

第2节多用电表的原理与使用[学习目标]1．通过分析多用电表的电路图，掌握多用电表的原理。(科学思维)2．知道多用电表使用的注意事项，会用多用电表测量电压、电流和电阻。(科学探究)一、多用电表的原理1．构造多用电表的核心是一只直流灵敏电流计G，即“表头”。表头与电阻、拨动开关等组成不同的测量电路。2．多用电表测直流电流、电压的原理(1)表头与电阻串联组成测直流电压的分压电路。(2)表头与电阻并联组成测直流电流的分流电路。3．欧姆表测电阻的原理(1)原理：依据闭合电路欧姆定律制成，它是由电流表改装而成的。(2)内部构造：由表头、电源和可变电阻三部分组成。如图所示，当红、黑表笔间接入被测电阻Rx时，通过表头的电流I＝eq\f(E,r＋Rg＋R＋Rx)，改变Rx，电流I随着改变，每个Rx值都对应一个电流值，在刻度盘上直接标出与I值对应的Rx值就可以从刻度盘上直接读出被测电阻的阻值。当Rx＝r＋Rg＋R时，指针指向刻度盘正中央，这时Rx的电阻被称为中值电阻。二、练习使用多用电表1．认识多用电表2．多用电表的使用(1)测量前，先调零，再将红、黑表笔分别插入正、负测试笔插孔。(2)测量时，应把选择开关旋到相应的测量项目和量程上，读数时，要读与选择开关的挡位相应的刻度盘上的示数。(3)测电流、电压时，选择恰当的量程，使指针应偏转到满刻度的eq\f(1,3)以上。(4)测电阻时，先估测电阻阻值，将选择开关拨到适当倍率，将红、黑两表笔短接，调节调零旋钮，使指针恰好停在“电阻挡”刻度线的零刻度处，然后将红、黑表笔搭在电阻两端，读取表盘指针所指电阻挡刻度线的示数，电阻值等于示数乘以倍率。(5)使用后，要把表笔从测试插孔中拔出，并把选择开关拨至“OFF”挡或交流电压最高挡。1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)欧姆表的红表笔接内部电源的负极。 (√)(2)欧姆表的刻度是均匀的。 (×)[提示]欧姆表的刻度不均匀。(3)欧姆表的零刻度在表盘的最右端。 (√)(4)测电阻时，每次测电阻前都要进行欧姆调零。 (×)[提示]每次换挡要进行欧姆调零。(5)测电阻时，指针偏角很小，说明电阻很小。 (×)[提示]偏角小，说明电流小电阻大。2．以下关于欧姆表原理的电路示意图，正确的是()ABCDC[欧姆表的红、黑表笔分别与内部电源的负、正极相连，A、B错误；闭合电路中的外电路，电流从电源的正极流向负极，对于电流计电流应从正接线柱进，从负接线柱出，C对，D错。]3．(1)参考多用电表面板，完成下列填空：用多用电表测直流电流时，应把选择开关旋至标有________处，并把多用电表________连接到被测电路中；若测电压时，应把选择开关旋至标有__________处，并把多用电表与被测电路__________联。测直流电压和电流时，都必须把红表笔接在电势____________处，即电流从__________表笔流进多用电表。(2)如图为一正在测量中的多用电表表盘。①如果是用“×10”挡测量电阻，则读数为________Ω。②如果是用直流10mA挡测量电流，则读数为________mA。③如果是用直流5V挡测量电压，则读数为________V。[解析](1)用多用电表测直流电流时，选择开关应置于“mA”挡，且把电表串联接入被测电路中；测电压时，把选择开关置于标有“V”处，且并联于被测电路两端，因红表笔与表头正接线柱相连，黑表笔与表头负接线柱相连，因此测直流电压和直流电流时，都必须把红表笔接在电势高处，即电流从红表笔进入多用电表。(2)用多用电表测电流或电压时，只要根据旋钮所指示的量程看相对应的刻度弧线，根据读数规则，直接读出指示的读数即可，而欧姆表的刻度指示数乘以旋钮指示的挡位倍率，才是电阻的测量值。①因为选的是“×10”挡，所以读数为6×10Ω＝60Ω。②因为用直流10mA挡测电流，所以对应下面10mA挡读数为7.2mA(注意从直流刻度区读)。③用直流5V挡测时，电压力3.60V。[答案](1)mA串V并高红(2)①60②7.2③3.60多用电表的结构与原理1．多用电表的内部构造如图所示是简化的多用电表电路图。它由表头G、直流电流测量电路、直流电压测量电路、电阻测量电路以及转换开关S等部分组成。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，并通过转换开关接入与待测量相应的测量端。使用时，电路只有一部分起作用。2．多用电表测直流电流和电压的原理测直流电流和直流电压的原理，就是分流和分压原理，其中转换开关接1或2时测直流电流，其中接1时量程较大；接3或4时测直流电压；转换开关接5时，测电阻。3．多用电表电阻挡原理(1)“调零”原理：当红、黑表笔相接时(如图甲所示)，相当于被测电阻Rx＝0，调节R的阻值，使eq\f(E,r＋Rg＋R)＝Ig，则表头的指针指到满刻度，所以刻度盘上指针指在满偏处定为电阻刻度的零点。因此，欧姆表的零刻度在表盘右端，r＋Rg＋R是欧姆表的内阻。当红、黑表笔不接触时(如图乙所示)，相当于被测电阻Rx→∞，电流表中没有电流，表头的指针不偏转，此时指针所指的位置是刻度的“∞”点。(2)中值电阻：R＋Rg＋r是多用电表电阻挡的内阻，当被测电阻Rx＝R＋Rg＋r时，通过表头的电流I＝eq\f(E,R＋Rg＋r＋Rx)＝eq\f(Ig,2)，即通过表头的电流为满偏电流的一半，此时指针指在刻度盘的中央，所以一般电阻挡的内阻称为中值电阻。(3)刻度不均匀：由I＝eq\f(E,R＋Rg＋r＋Rx)可以知道，不同的Rx对应不同的电流I，如果在刻度盘上直接标出与电流I对应的电阻Rx值，可以从刻度盘上直接读出被测量电阻的阻值，但是，由于Rx与I不是线性关系，所以电阻挡的刻度是不均匀的。【例1】如图所示是欧姆表的工作原理图。(1)若表头的满偏电流为Ig＝500μA，干电池的电动势为1.5V，把灵敏电流表的电流刻度值对应的欧姆表电阻值填在下表中：电流刻度0200μA300μA500μA电阻刻度∞0(2)这只欧姆表的总内阻为________Ω，表针偏转到满刻度的eq\f(1,3)时，待测电阻为________Ω。[解析](1)对应电流“0”刻度的电阻刻度为“∞”，对应满偏电流“500μA”刻度的电阻刻度为“0”，所以调零时，由闭合电路的欧姆定律有：Ig＝eq\f(E,Rg＋r＋R0)，得欧姆表总内阻R内＝Rg＋r＋R0＝eq\f(E,Ig)＝3000Ω。测量电阻Rx时有I＝eq\f(E,R内＋Rx)，得Rx＝eq\f(E,I)－R内，当I＝200μA时，Rx＝eq\f(1.5V,200×10－6A)－3000Ω＝4.5×103Ω，当I′＝300μA时，Rx′＝eq\f(1.5V,300×10－6A)－3000Ω＝2×103Ω。(2)当表针偏转到满刻度的eq\f(1,3)处时，通过欧姆表的电流I″＝eq\f(500μA,3)＝eq\f(5×10－4,3)A。Rx″＝eq\f(E,I″)－R内＝6000Ω。[答案](1)4.5×103Ω2×103Ω(2)30006000掌握多用电表原理的两点注意(1)多用电表是根据闭合电路欧姆定律I＝eq\f(E,Rx＋R＋Rg＋r)，得到的Rx与电流I一一对应关系。(2)R＋Rg＋r为欧姆表的内阻。[跟进训练]1．多用电表是实验室和生产实验中常用的仪器之一，它具有测量电压、电流及电阻等多种测量功能。如图所示是多用电表的内部电路图，在进行电阻测量时，应将开关S拨到________或________两个位置；若测量电压时只有10V到50V两个量程，在测量时选择50V量程，应将开关S拨到________位置；若测量电流时只有25mA和100mA两个量程，在测量时选择25mA量程，应将开关S拨到________位置。[解析]在进行电阻测量时，因为欧姆挡的电路与电源连接，则将多掷开关S拨到3或4位置。电压挡要串联电阻分压，不接电源，当多掷开关S拨到5、6时，可以测量电压，串联的电阻越大，电压表的量程越大，则选择50V量程时，应将开关S拨到6位置。电流挡要并联电阻分流，不接电源。当多掷开关S拨到1、2时，可以测量电流，并联的电阻越小，电流表的量程越大，测量时选择25mA量程应选择并联较大电阻的电流挡，故开关S拨到2位置。[答案]3462多用电表测电压、电流和电阻的方法1．测电压、电流(1)检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的零位置。若不指零，则可用小螺丝刀进行机械调零。(2)将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔。(3)如图甲所示连好电路，将多用电表选择开关置于直流电压挡，测量小灯泡两端的电压。(4)如图乙所示连好电路，将多用电表选择开关置于直流电流挡，测量通过小灯泡的电流。2．测电阻(1)机械调零：使用前若表针没有停在左端“0”位置，要用螺丝刀转动调零定位螺丝，使指针指零。(2)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。(3)欧姆调零：将红、黑表笔短接，调整调零电阻旋钮，使指针指在表盘右端“0”刻度处。(4)测量读数：将两表笔分别与待测电阻的两端接触，表针示数乘以量程倍率即为待测电阻阻值。(5)实验完毕，应将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡。【例2】小明手里有一块多用电表A，其功能完好，但刻度值已不清晰。他想通过实验测定该多用表(简称A表，下同)“×10Ω”档欧姆调零后的内阻R0和内置电源的电动势E。他找来了另一个多用电表B(简称B表，下同)、一个电阻箱、一个开关和若干导线作为实验的器材。(甲)(乙)实验的操作如下：(1)小明将A表调到“×10Ω”档，将B表调到“mA”档，准备如图(甲)将所有的器材串联起来作为实验电路。请你在图中连好剩余的导线；(2)先使用B表的电流档测量A表“×10Ω”档的满偏电流。将电阻箱阻值调为0，将A表调到欧姆档“×10Ω”档位置。几次试测后，确定B表应使用“10mA”档，调节A表的欧姆调零旋钮直至A表满偏，此时B表的读数如图(乙)所示，记录下B表读数为__________mA；(3)断开开关，保持A、B表档位不变，将A表__________短接进行欧姆调零，然后重新连入原来电路。(4)调节电阻箱，闭合开关，当B表读数为6.0mA时，读出电阻箱阻值为R1(Ω)；继续调节电阻箱阻值，当B表读数为4.0mA时，读出电阻箱阻值为R2(Ω)；(5)断开电路，整理器材。根据以上测量数据，可算出A表“×10Ω”档内置电源的电动势E＝__________V，A表“×10Ω”档欧姆调零后的内阻R0＝__________Ω，B表量程“10mA”档的内电阻RB＝__________Ω。(以上3空的结果用R1、R2表示)[解析](1)电路连线如图；(2)因为B表应使用“10mA”档，则B表读数为8.0mA。(3)断开开关，保持A、B表档位不变，将A表红黑表笔短接进行欧姆调零，然后重新连入原来电路。(5)设电表A欧姆×10档的内阻为R0，则有I0＝eq\f(E,R0)＝8mA设电表B量程为10mA档的内阻为RB，则eq\f(E,R0＋RB＋R1)＝6mAeq\f(E,R0＋RB＋R2)＝4mA解得E＝eq\f(3R2－R1,250)VR0＝eq\f(3R2－R1,2)ΩRB＝eq\f(R2－3R1,2)Ω[答案](1)连线图见解析(2)8.0(3)红黑表笔(5)eq\f(3R2－R1,250)eq\f(3R2－R1,2)eq\f(R2－3R1,2)多用电表的欧姆挡使用的五点注意(1)选择适当的量程，选挡时若无法估计待测电阻的阻值，应将选择开关先旋到“×1”挡，欧姆调零后，将红黑表笔分别接到电阻两端，若指针偏角较小，再逐渐增大量程，直到指针指在中值电阻附近为止。(2)每改变一次量程，要重新进行欧姆调零，使用同一量程测量不同的电阻时，无须重新调零。(3)测量时待测电阻要同其他元件、电源断开。(4)要尽量利用欧姆表刻度盘的中央部分，估读示数时要考虑刻度不均匀。(5)多用电表用完后，选择开关要旋到交流电压的最高挡或“OFF”挡。[跟进训练]2．如图所示为一正在测量中的多用电表表盘。(1)如果是用直流10V挡测量电压，则读数为____________V。(2)如果是用“×100”挡测量电阻，则读数为________Ω。(3)如果是用直流5mA挡测量电流，则读数为____________mA。[解析]在题图所示的多用电表表盘中，如果是用10V直流电压挡测量电压，读数时要找到对应的刻度和量程，读数为6.4V；用5mA直流电流挡测量电流时读数为3.20mA；用“×100”的电阻挡测量电阻，被测电阻的阻值为：读数×100Ω＝8×100Ω＝800Ω。[答案](1)6.4(2)800(3)3.20课堂小结知识脉络1个电表－－多用电表1条关键－－换挡调零3种常用－－测电压、电流、电阻1．欧姆表的内部电路如图所示，已知电流计的电阻为Rg，滑动变阻器接入电路的阻值为R0，电源的电动势和内阻分别为E、r。下列说法正确的是()A．欧姆表的工作原理是闭合电路欧姆定律B．电路图中左侧的表笔为黑表笔C．欧姆表表盘的最左端为欧姆“0”刻度D．欧姆表表盘的中间刻度值为R中＝Rg＋R0A[欧姆表是根据闭合电路欧姆定律制成的，A正确；电流从黑表笔出，红表笔进，B错误；“∞”刻度在刻度盘的左端，C错误；当欧姆表指针指在中间位置时，eq\f(Ig,2)＝eq\f(E,R0＋Rg＋r＋Rx)，Ig＝eq\f(E,R0＋r＋Rg)，所以Rx＝Rg＋R0＋r，即中间刻度值为R中＝r＋Rg＋R0，D错误。]2．甲、乙两同学使用欧姆挡测同一个电阻时，他们都把选择开关旋到“×100”挡，并能正确操作。他们发现指针偏角太小，于是甲就把选择开关旋到“×1k”挡，乙把选择开关旋到“×10”挡，但乙重新调零，而甲没有重新调零，则以下说法正确的是()A．甲选挡错误，而操作正确B．乙选挡正确，而操作错误C．甲选挡错误，操作也错误D．乙选挡错误，而操作正确D[指针偏转角度小说明通过表头的电流较小，待测电阻阻值大，所以甲的选挡正确；换挡后，需重新欧姆调零后才能再次测量电阻阻值，所以乙的操作是正确的。]3．在“练习使用多用电表”的