第二章 9　閉合電路的歐姆定律 實(shí)驗(yàn)：多用電表的原理-人教版高中物理選修3-1講義

實(shí)驗(yàn)：多用電表的原理一、歐姆表的原理1.歐姆表的構(gòu)造：表頭、電源和可變電阻三部分組成.2.原理：依據(jù)閉合電路歐姆定律制成，由電流表改裝而成.3.測量原理如圖所示，當(dāng)紅、黑表筆間接入被測電阻Rx時(shí)，通過表頭的電流I＝eq\f(E,r＋Rg＋R1＋Rx).改變Rx，電流I隨著改變，每個(gè)Rx值都對(duì)應(yīng)一個(gè)電流值，在刻度盤上直接標(biāo)出與I值對(duì)應(yīng)的Rx值，就可以從刻度盤上直接讀出被測電阻的阻值.4.內(nèi)阻：將紅、黑表筆短接，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電流表達(dá)到滿偏電流Ig，根據(jù)閉合電路的歐姆定律，Ig＝eq\f(E,r＋Rg＋R1)，故歐姆表內(nèi)電阻R內(nèi)＝eq\f(E,Ig)＝r＋Rg＋R1.5.中值電阻：當(dāng)外加電阻Rx＝r＋Rg＋R1＝R內(nèi)時(shí)，電流為I＝eq\f(E,Rx＋R1＋Rg＋r)＝eq\f(1,2)Ig，此時(shí)電流表指針指在刻度盤的中央，該電阻叫中值電阻.6.歐姆表刻度盤特點(diǎn)(1)如圖所示，當(dāng)紅、黑表筆短接時(shí)，調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零電阻，使電流表指針滿偏，所以在電流滿偏處標(biāo)電阻“0”；當(dāng)紅、黑表筆斷開時(shí)，電流表中電流為零，此時(shí)表筆間電阻無窮大，所以在表盤上電流零處標(biāo)電阻“∞”.(2)I與Rx不成比例，歐姆表的刻度不均勻.(3)歐姆表偏角(偏角是指相對(duì)零電流位置或左端的“0”刻度而言的)越大，表明被測電阻越小.二、多用電表的構(gòu)造和原理(1)多用電表由表頭、電流測量電路、電壓測量電路、電阻測量電路以及轉(zhuǎn)換開關(guān)S等組成.如圖所示，當(dāng)單刀多擲開關(guān)接通1時(shí)，可作為電流表使用，接通2時(shí)，可作為歐姆表使用，接通3時(shí)，可作為電壓表使用.(2)外形構(gòu)造如圖所示，表的上半部分為表盤，下半部分是選擇開關(guān)，開關(guān)周圍標(biāo)有測量功能區(qū)域及量程.使用前應(yīng)該調(diào)整“指針定位螺絲”，使其指針指到零刻度.不使用的時(shí)候應(yīng)該把選擇開關(guān)旋轉(zhuǎn)到OFF位置.(3)測量時(shí)，紅表筆要插入＋插孔、黑表筆要插入－插孔，并通過轉(zhuǎn)換開關(guān)接入待測量相應(yīng)的測量端.(4)電流進(jìn)出電表的流向①電流擋串聯(lián)接入電路，電流從紅表筆流進(jìn)電表，從黑表筆流出，即“紅進(jìn)、黑出”.②電壓擋并聯(lián)接入電路，紅表筆接高電勢(shì)點(diǎn)，黑表筆接低電勢(shì)點(diǎn)，電流仍然是“紅進(jìn)、黑出”；③使用歐姆擋時(shí)，紅表筆連接表內(nèi)電源的負(fù)極，黑表筆連接表內(nèi)電源的正極.電流仍然“紅進(jìn)、黑出”.1如圖所示是簡化的多用電表的電路圖.轉(zhuǎn)換開關(guān)S與不同接點(diǎn)連接，就組成不同的電表，已知R3＜R4，下面是幾位同學(xué)對(duì)這一問題的議論，請(qǐng)你判斷下列說法正確的是()A.S與1或2連接時(shí)，多用電表就成了電流表，且前者量程較小B.S與3或4連接時(shí)，多用電表就成了電流表，且前者量程較大C.S與3或4連接時(shí)，多用電表就成了電壓表，且前者量程較大D.S與5連接時(shí)，多用電表就成了歐姆表2如圖所示的電路為歐姆表原理圖，把歐姆表調(diào)零后測量一個(gè)阻值為R＝10Ω的電阻時(shí)，指針偏轉(zhuǎn)至滿刻度的eq\f(3,5)處，現(xiàn)測量一個(gè)電阻Rx，指針偏轉(zhuǎn)至滿刻度的eq\f(1,5)處，則電阻Rx的阻值為()A.4ΩB.20ΩC.30ΩD.60Ω3如圖所示是歐姆表的工作原理圖.(1)若表頭的滿偏電流為Ig＝500μA，干電池的電動(dòng)勢(shì)為1.5V，求靈敏電流表的電流刻度值為50μA、250μA時(shí)對(duì)應(yīng)的歐姆表的電阻值分別為________、________.(2)這個(gè)歐姆表的總內(nèi)阻為________Ω，表針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的eq\f(1,3)時(shí)，待測電阻為________Ω.4如圖是一個(gè)多用表歐姆擋內(nèi)部電路示意圖.電流表滿偏電流為0.5mA、內(nèi)阻為10Ω；電池電動(dòng)勢(shì)為1.5V、內(nèi)阻為1Ω，變阻器R0阻值為0～5000Ω.(1)該歐姆表的刻度值是按電池電動(dòng)勢(shì)為1.5V刻度的，當(dāng)電池的電動(dòng)勢(shì)下降到1.45V、內(nèi)阻增大到4Ω時(shí)仍可調(diào)零.調(diào)零后R0阻值將變________(填“大”或“小”)，若測得某電阻阻值為300Ω，則這個(gè)電阻的真實(shí)值是________Ω.(2)若該歐姆表換了一個(gè)電動(dòng)勢(shì)為1.5V、內(nèi)阻為10Ω的電池，調(diào)零后測量某電阻的阻值，其測量結(jié)果________(填“偏大”“偏小”或“準(zhǔn)確”).練習(xí)使用多用電表1.測電壓(1)選擇直流電壓擋合適的量程，并將選擇開關(guān)旋至相應(yīng)位置.(2)將多用電表并聯(lián)在待測電路兩端，注意紅表筆接觸點(diǎn)的電勢(shì)應(yīng)比黑表筆接觸點(diǎn)的電勢(shì)高.(3)根據(jù)表盤上的直流電壓標(biāo)度讀出電壓值，讀數(shù)時(shí)注意最小刻度所表示的電壓值.2.測電流(1)選擇直流電流擋合適的量程.(2)將被測電路導(dǎo)線拆開一端，把多用電表串聯(lián)在電路中.(3)讀數(shù)時(shí)，要認(rèn)清刻度盤上的最小刻度.注意：電流應(yīng)從紅表筆流入多用電表.3.測電阻(1)將選擇開關(guān)旋至歐姆擋，此時(shí)紅表筆連接表內(nèi)電源的負(fù)極，黑表筆連接表內(nèi)電源的正極.電流從歐姆表的紅表筆流入，從黑表筆流出，經(jīng)過被測量電阻.(2)測量步驟：①選擋：估計(jì)待測電阻的大小，旋轉(zhuǎn)選擇開關(guān)，使其尖端對(duì)準(zhǔn)歐姆擋的合適擋位.②歐姆調(diào)零：將紅、黑表筆短接，調(diào)整“歐姆調(diào)零旋鈕”使指針指向“0Ω”.③測量讀數(shù)：將兩表筆分別與待測電阻的兩端接觸，指針示數(shù)乘以量程倍率即為待測電阻阻值.④實(shí)驗(yàn)完畢，應(yīng)將選擇開關(guān)置于“OFF”擋或交流電壓最高擋.4.研究二極管的單向?qū)щ娦?1)認(rèn)識(shí)二極管：如圖所示，它由半導(dǎo)體材料制成，左端為正極，右端為負(fù)極.特點(diǎn)：電流從正極流入時(shí)電阻很小(填“很小”或“很大”)，而從正極流出時(shí)電阻很大(填“很大”或“很小”).(2)多用電表測二極管的正反向電阻①測二極管正向電阻：將多用電表的選擇開關(guān)選至低(填“低”或“高”)倍率的歐姆擋，調(diào)整歐姆零點(diǎn)之后將黑表筆接觸二極管的正極，紅表筆接觸二極管的負(fù)極.②測二極管反向電阻：將多用電表的選擇開關(guān)選至高(填“低”或“高”)倍率的歐姆擋，調(diào)整歐姆零點(diǎn)之后將黑表筆接觸二極管的負(fù)極，紅表筆接觸二極管的正極.5.注意事項(xiàng)(1)電流都是從紅表筆流入，從黑表筆流出.(2)電壓、電流的讀數(shù)要看清選擇開關(guān)所選擇的量程，搞清楚每一小格表示多少，及應(yīng)讀到的有效數(shù)字位數(shù).(3)測電阻時(shí)注意：①測電阻必須把待測電阻隔離.②兩個(gè)調(diào)零過程，切記換擋需進(jìn)行歐姆調(diào)零.③讀數(shù)時(shí)應(yīng)乘以相應(yīng)的倍率.④合理選擇量程，使指針盡可能指在中值附近.⑤歐姆表的表盤刻度不均勻，一般不估讀.⑥電池用舊后，電動(dòng)勢(shì)會(huì)變小，內(nèi)電阻會(huì)變大，致使電阻測量值偏大，要及時(shí)換電池.1如圖所示為多用電表的刻度盤.若選用倍率為“×100”的電阻擋測電阻時(shí)，表針指示如圖所示，則：(1)所測電阻的阻值為________Ω；如果要用此多用電表測量一個(gè)阻值約為2.0×104Ω的電阻，為了使測量結(jié)果比較精確，應(yīng)選用的歐姆擋是________(選填“×10”“×100”或“×1k”).(2)用此多用電表進(jìn)行測量，當(dāng)選用量程為50mA的電流擋測量電流時(shí)，表針指于圖示位置，則所測電流為______mA；當(dāng)選用量程為250mA的電流擋測量電流時(shí)，表針指于圖示位置，則所測電流為________mA.(3)當(dāng)選用量程為10V的電壓擋測量電壓時(shí)，表針也指于圖示位置，則所測電壓為________V.2某同學(xué)用多用電表測量二極管的反向電阻.完成下列測量步驟：(1)檢查多用電表的機(jī)械零點(diǎn).(2)將紅、黑表筆分別插入正、負(fù)插孔，將選擇開關(guān)撥至歐姆擋適當(dāng)?shù)牧砍烫?(3)將紅、黑表筆________，進(jìn)行歐姆調(diào)零.(4)測反向電阻時(shí)，將________表筆接二極管正極，將________表筆接二極管負(fù)極，讀出多用電表示數(shù).(5)為了得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果，應(yīng)讓多用電表指針盡量指向表盤________(填“左側(cè)”、“右側(cè)”或“中央”)，否則，在可能的條件下，應(yīng)重新選擇量程，并重復(fù)步驟(3)、(4).(6)測量完成后，將選擇開關(guān)旋轉(zhuǎn)到________位置.3用如圖所示的多用電表測量電阻，要用到選擇開關(guān)K和兩個(gè)部件S、T.請(qǐng)根據(jù)下列步驟完成電阻測量：(1)旋動(dòng)部件________，使指針對(duì)準(zhǔn)電表的“0”刻線.(2)將K旋轉(zhuǎn)到電阻擋“×100”的位置.(3)將插入“＋”、“－”插孔的表筆短接，旋動(dòng)部件________.使指針對(duì)準(zhǔn)電阻的________(選填“0刻線”或“∞刻線”).(4)將兩表筆分別與待測電阻相接，發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)角度過小.為了得到比較準(zhǔn)確的測量結(jié)果，請(qǐng)從下列選項(xiàng)中挑出合理的步驟，并按________的順序進(jìn)行操作，再完成讀數(shù)測量.A.將K旋轉(zhuǎn)到電阻擋“×1k”的位置B.將K旋轉(zhuǎn)到電阻擋“×10”的位置C.將兩表筆的金屬部分分別與被測電阻的兩根引線相接D.將兩表筆短接，旋動(dòng)合適部件，對(duì)電表進(jìn)行校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)：多用電表的原理1答案D解析S與1連接時(shí)，電阻R1起分流作用，S與2連接時(shí)，電阻R1、R2起分流作用，所以S與1或2連接時(shí)，多用電表就成了電流表，由于前者分流電阻較小，所以前者量程較大；S與3或4連接時(shí)，電流表與分壓電阻串聯(lián)，多用電表就成了電壓表，由于R3＜R4，所以前者量程較小；S與5連接時(shí)，多用電表就成了歐姆表，R6為歐姆擋調(diào)零電阻.綜上所述，正確答案為D.2答案D解析設(shè)電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為R內(nèi)，滿偏電流為Ig，歐姆表調(diào)零時(shí)：Ig＝eq\f(E,R內(nèi))，測一阻值為R＝10Ω的電阻時(shí)：eq\f(3,5)Ig＝eq\f(E,10Ω＋R內(nèi))，測一未知電阻時(shí)：eq\f(1,5)Ig＝eq\f(E,Rx＋R內(nèi))，解得Rx＝60Ω.3答案(1)2.7×104Ω3×103Ω(2)30006000解析對(duì)應(yīng)電流“0”刻度和滿偏電流“500μA”的電阻刻度分別為“∞”和“0”.由閉合電路的歐姆定律得，調(diào)零時(shí)：Ig＝eq\f(E,Rg＋r＋R0)，所以歐姆表的總內(nèi)阻R內(nèi)＝Rg＋r＋R0＝eq\f(E,Ig)＝3000Ω.測量電阻Rx時(shí)：I＝eq\f(E,R內(nèi)＋Rx)，Rx＝eq\f(E,I)－R內(nèi)，當(dāng)I＝50μA時(shí)，Rx＝eq\f(1.5,50×10－6)Ω－3000Ω＝3×104Ω－3×103Ω＝2.7×104Ω.同理可求出電流為250μA時(shí)，對(duì)應(yīng)的電阻為3×103Ω.當(dāng)表針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的eq\f(1,3)處時(shí)，Rx＝eq\f(E,I)－R內(nèi)＝eq\f(1.5,\f(500×10－6,3))Ω－3000Ω＝6000Ω.4答案(1)小290(2)準(zhǔn)確解析(1)由閉合電路歐姆定律Ig＝eq\f(E,Rg＋r＋R0)得，R0＝eq\f(E,Ig)－Rg－r，因?yàn)槭街蠩變小，r變大，故R0將減小.因?yàn)樵摎W姆表的刻度是按電池電動(dòng)勢(shì)為E＝1.5V刻度的，所以測得某電阻阻值為300Ω時(shí)，電流表中的電流I＝eq\f(E,R＋RΩ)，其中RΩ＝eq\f(E,Ig)，當(dāng)電池電動(dòng)勢(shì)下降到E′＝1.45V時(shí)，此時(shí)歐姆表的內(nèi)阻RΩ′＝eq\f(E′,Ig).由閉合電路歐姆定律得I＝eq\f(E′,R′＋RΩ′)，解得真實(shí)值R′＝290Ω.(2)該歐姆表換了一個(gè)電動(dòng)勢(shì)為1.5V、內(nèi)阻為10Ω的電池，調(diào)零后測量某電阻的阻值，其測量結(jié)果準(zhǔn)確.因?yàn)殡娫吹膬?nèi)阻的變化，可以通過調(diào)零電阻的阻值的變化來抵消.練習(xí)使用多用電表1答案(1)1.5×103×1k(2)30.8(30.7～30.9都正確)154(3)6.2解析(1)歐姆表讀數(shù)：對(duì)應(yīng)最上一行刻度值為15，倍率為“×100”，讀數(shù)為1.5×103Ω；測2.0×104Ω的電阻時(shí)應(yīng)選“×1k”的歐姆擋.(2)選50mA電流擋，則每一大格表示10mA，每一小格表示1mA，測量的精確度為1mA，應(yīng)估讀到0.1mA(此時(shí)為eq\f(1,10)估讀)，指針對(duì)應(yīng)的讀數(shù)為30.8mA；選擇量程為250mA的電流擋，則每一大格表示50mA，每一小格表示5mA，測量的精確度為5mA，應(yīng)估讀到1mA(此時(shí)為eq\f(1,5)估讀)，指針對(duì)應(yīng)的讀數(shù)為154mA.(3)選擇10V電壓擋，則每一大格表示2V，每一小格表示0.2V，測量的精確度為0.2V，應(yīng)估讀到0.1V(此時(shí)應(yīng)為eq\f(1,2)估讀)，指針對(duì)應(yīng)的讀數(shù)為6.2V.2答案(3)短接(4)紅黑(5)中央(6)OFF擋或交流電壓最高擋解析用多用電表測二極管的反向電阻時(shí)，應(yīng)將紅表筆接二極管正極，黑表筆接二極管的負(fù)極.為測量準(zhǔn)確，應(yīng)使指針盡量指向表盤的中央.測量完畢后，應(yīng)將選擇開關(guān)旋轉(zhuǎn)到OFF擋或交流電壓最高擋位置.3答案