2020春新教材高中物理 第4章 闭合电路欧姆定律与科学用电 第3节 科学测量：用多用电表测量电学量 第4节 科学用电（略）教案 鲁科版必修第三册

第3节科学测量：用多用电表测量电学量 第4节科学用电(略)核心素养物理观念科学思维能提出并准确表述在实验中可能遇到的物理问题；会写实验步骤，能用多用电表测量电压、电流和电阻，能注意实验安全；能分析实验数据，测得相关电学量，会分析实验误差；能撰写完整的实验报告，在报告中能呈现设计的实验步骤、实验表格，以及数据分析过程和实验结论，能有针对性地反思交流过程与结果。注意提升实验数据读取能力、联系实际的能力及交流讨论能力。知道科学研究中实验结论可重复的重要性。一、认识多用电表1.欧姆表的构造欧姆表是根据闭合电路欧姆定律制成的。欧姆表内部电路如图所示，由表头g、电源、调零电阻r1(一个可变电阻)三者串联而成。在欧姆表外部，红、黑表笔间接上被测电阻后，就与欧姆表内部电路一起组成了闭合电路。2.欧姆表原理(1)欧姆表测量电阻的理论根据是闭合电路欧姆定律，所以通过表头的电流为i，rx与电流i一一对应，故可以将表盘上的电流值改为电阻值，就可以从表盘上直接读出电阻的数值，这样就制成了一个欧姆表(如图丙)。其中，r1叫调零电阻，r1rgr为欧姆表的内阻。(2)当红、黑表笔断开时(如图乙)，电流表中电流为零，此时表笔间电阻无穷大，所以在表盘上电流为零处标电阻“”；当红、黑表笔短接时(如图甲)，调节欧姆调零电阻，使电流表指针满偏，所以在电流满偏处标电阻“0”。(3)i与rx不是线性关系，欧姆表的刻度不均匀。(4)欧姆表指针偏角(偏角是指相对零电流位置或左端的“”刻度而言的)越大，表明被测电阻越小。(5)中值电阻：当外加电阻rxrrgr1时，电流为iig，此时电流表指针指在刻度盘的中央，该电阻叫中值电阻。3.多用电表的外部结构指针式多用电表如图所示是一种指针式多用电表外形图，表的上半部分为表盘，下半部分是选择开关，开关周围标有测量功能的区域及量程。表盘上还有机械调零旋钮、欧姆调零旋钮红黑表笔插孔等。二、多用电表的读数1.五分估读：如图所示，在测量直流电压时，若选择开关对应的量程为2.5 v，看第二排刻度线，由此量程可确定刻度每大格值为0.5 v，每小格值为0.05 v，即测量精度为0.05 v。读数时要估读到分度值的五分之一，也就是由指针位置可读得电压准确值为2.1 v，估读值为小格值的，即0.02 v所以电压测量值为2.12 v。电压示数2.二分估读：如图所示，在测量直流电流时，若选择开关对应的量程为100 ma，看第二排刻度线，由此量程可确定刻度每大格值为20 ma，每小格值为2 ma，即测量精度为2 ma。读数时要估读到测量精度的二分之一，这时要求“半格估读”，即不足半格的略去，超过半格的要按半格读出或整格读出。图中指针位置接近92 ma，所以电流测量值为92 ma。电流示数3.十分估读：在测量电阻时，若选择倍率“10”指针位置如图所示，看第一排刻度线，由刻度1015有5小格，可确定每小格值为1，读数时要估读到分度值的十分之一，由图中指针位置可读得刻度值为10.6，倍率为“10”，电阻测量值为106 。电阻示数三、用多用电表测量电学量1.实验目的(1)用多用电表测量电路元件的电压值。(2)用多用电表测量电路元件的电流值。(3)用多用电表测量电阻的电阻值。2.实验器材多用电表、不同阻值的电阻、学生电源、小灯泡、滑动变阻器、开关、导线等。3.实验原理与设计如图是一种测量直流电流、电压和电阻的多用电表原理示意图。(1)当选择开关拨至触点1或2，表头与电阻并联，所以1、2为电流挡，由于并联阻值的大小不同，量程也不同，1的量程较大。(2)当选择开关拨至触点3或4时，表头与电阻串联，所以3、4为电压挡。由于串联阻值的大小不同，量程也不同。(3)当选择开关拨至触点5时，接通内部电源，此时为欧姆挡。4.实验步骤(1)用多用电表测量电路元件的电压值观察多用电表指针是否在零刻度，若不在零刻度，则用螺丝刀转动机械调零旋钮，使指针停于左端零刻度。用直流电源对小灯泡正常供电。根据待测电压的估计值，将选择开关旋转到直流电压挡的适当量程。将红、黑表笔分别插入“”、“”插孔，用红、黑表笔使多用电表并联在小灯泡两端，注意使电流从“”插孔流入多用电表，从“”插孔流出多用电表，检查无误后再闭合开关s，如图所示。测量直流电压根据所选量程以及指针所指的刻度值，读出多用电表的示数。(2)用多用电表测量通过电路元件的电流值根据待测电流的估计值(未知时，从最大量程试测)。将选择开关旋转到直流电流挡的适当量程。将红、黑表笔分别插入“”、“”插孔，将多用电表串联在电路中，使电流从红表笔流入多用电表，从黑表笔流出。检查无误后再闭合开关s，如图所示。测量直流电流根据所选量程以及指针所指的刻度值，读出多用电表的示数。(3)用多用电表测量电阻的电阻值检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的“0”刻度线处。若不指“0”，可用小螺丝刀转动指针定位螺丝进行机械调零。将红、黑表笔分别插入“”“”插孔。根据被测电阻阻值，选择合适的倍率，把两表笔短接，观察指针是否指在电阻挡的“0”刻度位置，若没有，则调节欧姆调零旋钮，使指针指在电阻挡的“0”刻度位置也叫欧姆调零。将被测电阻接在两表笔之间，如果指针偏角过小(大)，需要更换更大(小)倍率欧姆挡。待指针稳定在表盘中央刻度附近后，读出指针在刻度盘上所指的欧姆数，根据选择开关所对应的电阻挡的倍率，用欧姆数乘以倍率，即得测量结果。重复，测量下一个电阻。测量完毕，应将选择开关置于“off”位置或交流电压最高挡；若长期不用，应取出电池。5.注意事项(1)在不知道待测电阻的估计值时，应先从高倍率开始。(2)两手一定不要同时接触两表笔金属杆。(3)指针稳定时指表盘刻度中央附近较准，应选用合适挡位，每次换挡后再次测量前必须重新欧姆调零。(4)测量时必须将待测电阻与电源和其他元件断开，使红、黑表笔分别与电阻两端接触良好。试题案例一、欧姆表原理例1 如图所示是把量程为3 ma的电流表改装成欧姆表的结构示意图，其中电池的电动势e1.5 v，经改装后，若将原电流表3 ma刻度处的刻度值定为零位置，则2 ma刻度处应标的阻值是多少？当用它测量某电阻时，指针恰好指在中间位置，被测电阻为多少？解析由ig，得r内 500 。由ig，得r1r内250 。指针指在中间位置，流过电流表的电流为ig，则，解得r2r内500 。答案250 500 方法凝炼欧姆表的改装实质用均匀的电流反映不均匀的电阻，抓住欧姆调零的电流表达式和测任意电阻时电流的表达式，进行联立求解，可以求出rx(即表盘刻度数值)。针对训练1 把一量程6 ma、内阻100 的电流表改装成欧姆表，电路如图所示，现备有如下器材：a.电源e3 v(内阻不计)；b.变阻器0100 ；c.变阻器0500 ；d.红表笔；e.黑表笔。(1)变阻器选用_。(2)红表笔接_端，黑表笔接_端。(3)电流表2 ma刻度处换成电阻刻度，其电阻值应为_；电流表3 ma刻度处换成电阻刻度，其电阻值应为_。解析(1)两表笔直接接触时，调节变阻器的阻值使电流达到满偏ig，解得r0400 ，故变阻器应选c。(2)红表笔接内部电源的负极，黑表笔接内部电源的正极，所以红表笔接n端，黑表笔接m端。(3)电流i2 ma时，有i，解得rx1 000 。电流i3 ma时，i，解得rx500 。答案(1)c(2)nm(3)1 000 500 二、多用表的使用例2 (多选)如图所示是简化的多用电表的电路图。选择开关s与不同接点连接，就组成不同的电表，已知r3r4，下面是几位同学对这一问题的议论，请你判断下列说法正确的是()a.s与1或2连接时，多用电表就成了电流表，且前者量程较大b.s与3或4连接时，多用电表就成了电流表，且前者量程较大c.s与3或4连接时，多用电表就成了电压表，且前者量程较大d.s与5连接时，多用电表就成了欧姆表解析s与1连接时，电阻r1起分流作用，s与2连接时，电阻r1r2起分流作用，所以s与1或2连接时，多用电表就成了电流表，由于前者分流电阻较小，所以前者量程较大；s与3或4连接时，表头与分压电阻串联，多用电表就成了电压表，由于r3r4，所以前者量程较小；s与5连接时，多用电表就成了欧姆表，r6为欧姆挡调零电阻。综上所述，选项a、d正确。答案ad针对训练2 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；表头的满偏电流为250 a，内阻为480 。虚线方框内为换挡开关，a端和b端分别与两表笔相连。该多用电表有5个挡位，5个挡位为：直流电压1 v挡和5 v挡，直流电流1 ma挡和2.5 ma挡，欧姆100 挡。图(a)(1)图(a)中的a端与_(填“红”或“黑”)色表笔相连接。(2)关于r6的使用，下列说法正确的是_(填正确答案标号)。a.在使用多用电表之前，调整r6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置b.使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整r6，使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置c.使用电流挡时，调整r6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置(3)根据题给条件可得r1r2_ ，r4_ 。(4)某次测量时该多用电表指针位置如图(b)所示。若此时b端是与“1”相连的，则多用电表读数为_；若此时b端是与“3”相连的，则读数为_；若此时b端是与“5”相连的，则读数为_。(结果均保留3位有效数字)图(b)解析(1)为了确保电流“红”进“黑”出，a端应与“黑”色表笔相连接。(2)r6应是欧姆挡的欧姆调零电阻，故b项正确。(3)当换挡开关接2时，为直流电流1 ma挡，满足igrg(iig)(r1r2)，得r1r2160 。当换挡开关接4时，为直流电压1 v挡，则满足ui(r并r4)，r并120 ，得r4880 。(4)若b端与“1”相连，则为直流电流2.5 ma挡，由估读法可得读数为1.48 ma。若b端与“3”相连，则为欧姆100 挡，可得读数为1.1103 。若b端与“5”相连，则为直流电压5 v挡，可得读数为2.96 v。答案(1)黑(2)b(3)160880 (4)1.48 ma1.1103 2.96 v1.(多用电表的认识)关于欧姆表及其使用中的问题，下列说法正确的是()a.接欧姆表内电源负极的应是黑表笔b.换挡后，都要重新调节调零电阻，使指针指到电阻零刻度处c.表盘刻度最左边所表示的电阻阻值为零d.表盘上所标明的电阻阻值刻度是均匀的解析欧姆表内部有电源，与被测电阻组成了闭合回路，为保证电流方向正确，则应是红表笔接内置电源负极，a错误；每次换挡后都必须重新进行短接调零，b正确；表盘刻度最左边表示电流为零，而电阻阻值则为无穷大，c错误；电流i，i与rx不是线性关系，所以刻度盘上的刻度是不均匀的，左边密右边疏，d错误。答案b2.(多用电表的认识)(多选)关于多用电表表盘上的刻度线，下列说法正确的是()a.直流电流刻度线和直流电压刻度线都是均匀的，可以共用一刻度b.电阻刻度是不均匀的c.电阻刻度上零刻度与直流电流的最大刻度线相对应d.电阻刻度上的零刻度与直流电流的最大刻度线不对应解析直流电流刻度线和直流电压刻度线都是均匀的，可以共用一刻度，故a正确；由i，故电阻的刻度线是不均匀的，刻度值越大处刻度线越密，故b正确；多用表的电阻刻度线大小与电流、电压的刻度线大小相反，电流最大处，电阻为0。故c正确，d错误。答案abc3.(欧姆表的工作原理)如图是一个将电流表改装成欧姆表的电路示意图，欧姆表进行调零后，表内滑动变阻器的阻值为r，定值电阻为r0，其余电阻忽略不计，对未知电阻rx进行测量，指针偏转至满刻度一半处，则未知电阻rx的阻值为()a.rr0 b.2rr0c.rr0 d.4r解析设电动势为e，满偏电流为ig，欧姆表调零即待测电阻为零，此时由闭合电路欧姆定律有ig，对未知电阻rx进行测量，指针偏转至满刻度一半处，由闭合电路欧姆定律得ig，解得rxrr0，a正确。答案a基础过关1.(多选)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rrgr0解析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，ig，所以rxrgr0r，即中间刻度值为r中rrgr0，d正确。答案ad2.(多选)用欧姆表“10”挡测量一个电阻，调零后测量发现指针偏角很小，下列判断和做法中正确的是()a.这个电阻阻值很大b.这个电阻阻值很小c.为了测量得更准些，应换用“1”挡进行电阻调零后重测d.为了测量得更准些，应换用“100”挡进行电阻调零后重测解析用多用电表的欧姆“10”挡测电阻时，指针偏角很小，说明电阻值很大，应换用“100”挡，调零后重新测量，故a、d正确。答案ad3.如图所示，图中e为电源，r1、r2为电阻，s为开关。现用多用电表测量流过电阻r2的电流。将多用电表的选择开关调至直流电流挡(内阻很小)以后，正确的接法是()a.保持s闭合，将红表笔接在a处，黑表笔接在b处b.保持s闭合，将红表笔接在b处，黑表笔接在a处c.将s断开，将红表笔接在a处，黑表笔接在b处d.将s断开，将红表笔接在b处，黑表笔接在a处解析若保持s闭合，并将多用电表接在a、b间，则电表被短路，无法测量流过电阻r2的电流，所以应将s断开，将红表笔接在a处(电流流进)，黑表笔接在b处(电流流出)，故选项c正确。答案c4.一个用满偏电流为3 ma的电流表改装成的欧姆表，调零后用它测量500 的标准电阻时，指针恰好指在刻度盘的正中间。如用它测量一个未知电阻时，指针指在1 ma处，则被测电阻的阻值为()a.1 000 b.5 000 c.1 500 d.2 000 解析设欧姆表的内阻为r内，由闭合电路欧姆定律知3103 a，1.5103 a，所以r内500 ，e1.5 v，又1103 a，所以rx1 000 。答案a5.在使用多用电表的欧姆挡测量电阻时，若()a.双手捏住两表笔金属杆，测量值将偏大b.测量时发现指针偏离中央刻度过大，则必须减小倍率，重新调零后再进行测量c.选择欧姆“10”挡测量时发现指针位于20与30刻线正中间，则测量值小于25 d.欧姆表内的电池使用时间太长，虽然完成调零，但测量值将略偏大解析双手捏住两表笔金属杆时，测量值为被测电阻与人体电阻的并联阻值，测量值应偏小，a错误；测量时若指针向左偏离中央刻度过大，应增大倍率，重新调零后再进行测量，b错误；选择欧姆“10”挡测量时，指针位于20与30刻线正中间，由于刻线左密右疏，测量值应小于250 ，c错误；电池使用时间太久，电动势减小，虽然完成调零。但中值电阻偏小，测量时读数将比真实值偏大，d正确。答案d6.多用电表是实验室常用的实验器材之一，其原理是闭合电路欧姆定律，它能测电阻、电压、电流等。如图为多用电表的内部构造，如果用它来测量某电阻的阻值，则应将开关扳到_或_位置；其中5、6挡位为测量_挡，且_挡量程比较大，1、2挡位为测量_挡，_挡量程比较大。解析使用欧姆挡时需要电表内接电源，所以3、4为欧姆挡；由于串联电阻具有分压作用，所以将灵敏电流计的表头改装成电压表时应串联电阻，故5、6为电压挡，又因串联电阻越大，量程越大，所以6挡量程比较大；由并联电阻的分流作用知1、2为电流挡，1、2两挡测电流的对应量程分别为i1ig，i2ig，所以i1i2。答案34电压6电流17.如图所示为一简单欧姆表的原理示意图，其中电流表的满偏电流ig300 a，内阻rg100 ，可变电阻r的最大阻值为10 k，电池的电动势e1.5 v，内阻r0.5 ，图中与接线柱a相连的表笔颜色应是_色。按正确使用方法测量电阻rx的阻值时，指针指在刻度盘的正中央，则rx_ k，若该欧姆表使用一段时间后，电池电动势变小、内阻变大，但此表仍能调零，按正确使用方法再测上述rx，其测量结果与原结果相比将_(填“变大”“变小”或“不变”)。解析欧姆表是电流表改装的，必须满足电流的方向“”进“”出，即回路中电流从标有“”标志的红表笔进去，所以与a相连的表笔是红色；由i及ig，且指针指在刻度盘中央，iig150 a，联立解得rx5 k；因电池的电动势变小，接入同样的被测电阻，通过的电流变小，欧姆表读数变大。答案红5变大8.用多用电表进行了几次测量，指针分别处于a和b的位置，如图所示，若多用电表的选择开关处于下面表格中所指的挡位，a和b的相应读数是多少？请填在表格中。指针位置选择开关所处挡位读数a直流电流100 ma_ma直流电压2.5 v_ vb电阻100_ 解析直流电流100 ma挡，读第二行刻度“010”一排，最小分度值为2 ma，估读到1 ma就可以了，读数为20 ma；直流电压2.5 v挡，读第二行刻度“0250”一排，最小分度值为0.05 v，估读到0.01 v就可以了，读数为0.50 v；电阻100挡，读第一行刻度，测量值等于表盘上读数“3.0”乘以倍率“100”。答案200.50300能力提升9.用欧姆表测电阻的优点是快捷、方便，缺点是读数不够精确，尤其是当表内电池的电动势下降后，测出的电阻值与真实值之间有较大的差异。如图甲是一个欧姆表的电路结构图，图乙是其表盘的刻度(该刻度值是按照表内电池电动势为1.5 v的正常值而刻制的)。已知在电流满偏刻度的处所标的电阻值为15 ，如图乙所示。问：(1)该欧姆表的内阻(即rg、r和r之和)多大？(2)在满偏刻度的b点所标的电阻值为多大？解析(1)该欧姆表的内阻等于电流满偏刻度的处所标的电阻值，即r内15 。(2)设电流表的满偏刻度为ig，根据闭合电路欧姆定律，有ig当电流为满偏刻度时，有由解得rb2r内30 答案(1)15 (2)30 10.(1)用多用电表的电阻挡测量阻值约几十千欧的电阻rx，以下给出的是可能的实验操作步骤，其中s为选择开关，p为电阻挡调零旋钮。把你认为正确步骤前的字母按合理的顺序填写在下面的横线上。a.将两表笔短接，调节p使指针对准刻度盘上电阻挡的0刻度，断开两表笔b.将两表笔分别连接到被测电阻的两端，读出rx的阻值后，断开两表笔c.旋转s使其尖端对准电阻挡1 kd.旋转s使其尖端对准电阻挡100e.旋转s使其尖端对准交流500 v挡，并拔出两表笔合理顺序为_。根据如图所示指针位置，此被测电阻的阻值约为_ 。(2)(多选)下述关于用多用电表电阻挡测电阻的说法正确的是_。a.测量电阻时，如果指针偏转过大，应将选择开关s拨至倍率较小的挡位，重新调零后测量b.测量电阻时，如果红、黑表笔分别插在负、正插孔，则会影响测量结果c.测量电路中的某个电阻，应该把该电阻与电路断开d.测量阻值不同的电阻时，都必须重新调零解析(1)使用欧姆表的步骤是选挡、电阻挡调零、测量读数、将选择开关拨至交流电压的最高挡或off挡。根据被测电阻的阻值知，应选1 k挡，根据欧姆表的读数的规则知读数为301 k30 k。(2)测量电阻时，若指针偏转过大，说明被测电阻较小，应选用倍率较小的挡位，a项正确；测量时按规定红、黑表笔分别插正、负插孔，但表笔只是两个测量的引线，本身并没有正负，故调换不会影响测量结果，b项错误；根据欧姆表的使用规则，c项正确；使用电阻挡时，换挡后应重新调