2024-2025學年高中物理第4章閉合電路歐姆定律和邏輯電路第2節(jié)多用電表的原理與使用學案魯科版選修3-1

PAGE10-第2節(jié)多用電表的原理與運用[學習目標]1.通過分析多用電表的電路圖，駕馭多用電表的原理。(科學思維)2.知道多用電表運用的留意事項，會用多用電表測量電壓、電流和電阻。(科學探究)一、多用電表的原理1．構(gòu)造多用電表的核心是一只直流靈敏電流計G，即“表頭”。表頭與電阻、撥動開關(guān)等組成不同的測量電路。2．多用電表測直流電流、電壓的原理(1)表頭與電阻串聯(lián)組成測直流電壓的分壓電路。(2)表頭與電阻并聯(lián)組成測直流電流的分流電路。3．歐姆表測電阻的原理(1)原理：依據(jù)閉合電路歐姆定律制成，它是由電流表改裝而成的。(2)內(nèi)部構(gòu)造：由表頭、電源和可變電阻三部分組成。如圖所示，當紅、黑表筆間接入被測電阻Rx時，通過表頭的電流I＝eq\f(E,r＋Rg＋R＋Rx)，變更Rx，電流I隨著變更，每個Rx值都對應一個電流值，在刻度盤上干脆標出與I值對應的Rx值就可以從刻度盤上干脆讀出被測電阻的阻值。當Rx＝r＋Rg＋R時，指針指向刻度盤正中心，這時Rx的電阻被稱為中值電阻。二、練習運用多用電表1．相識多用電表2．多用電表的運用(1)測量前，先調(diào)零，再將紅、黑表筆分別插入正、負測試筆插孔。(2)測量時，應把選擇開關(guān)旋到相應的測量項目和量程上，讀數(shù)時，要讀與選擇開關(guān)的擋位相應的刻度盤上的示數(shù)。(3)測電流、電壓時，選擇恰當?shù)牧砍?，使指針應偏轉(zhuǎn)到滿刻度的eq\f(1,3)以上。(4)測電阻時，先估測電阻阻值，將選擇開關(guān)撥到適當倍率，將紅、黑兩表筆短接，調(diào)整調(diào)零旋鈕，使指針恰好停在“電阻擋”刻度線的零刻度處，然后將紅、黑表筆搭在電阻兩端，讀取表盤指針所指電阻擋刻度線的示數(shù)，電阻值等于示數(shù)乘以倍率。(5)運用后，要把表筆從測試插孔中拔出，并把選擇開關(guān)撥至“OFF”擋或溝通電壓最高擋。1．思索推斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)歐姆表的紅表筆接內(nèi)部電源的負極。 (√)(2)歐姆表的刻度是勻稱的。 (×)[提示]歐姆表的刻度不勻稱。(3)歐姆表的零刻度在表盤的最右端。 (√)(4)測電阻時，每次測電阻前都要進行歐姆調(diào)零。 (×)[提示]每次換擋要進行歐姆調(diào)零。(5)測電阻時，指針偏角很小，說明電阻很小。 (×)[提示]偏角小，說明電流小電阻大。2．以下關(guān)于歐姆表原理的電路示意圖，正確的是()ABCDC[歐姆表的紅、黑表筆分別與內(nèi)部電源的負、正極相連，A、B錯誤；閉合電路中的外電路，電流從電源的正極流向負極，對于電流計電流應從正接線柱進，從負接線柱出，C對，D錯。]3．(1)參考多用電表面板，完成下列填空：用多用電表測直流電流時，應把選擇開關(guān)旋至標有________處，并把多用電表________連接到被測電路中；若測電壓時，應把選擇開關(guān)旋至標有__________處，并把多用電表與被測電路__________聯(lián)。測直流電壓和電流時，都必需把紅表筆接在電勢____________處，即電流從__________表筆流進多用電表。(2)如圖為一正在測量中的多用電表表盤。①假如是用“×10”擋測量電阻，則讀數(shù)為________Ω。②假如是用直流10mA擋測量電流，則讀數(shù)為________mA。③假如是用直流5V擋測量電壓，則讀數(shù)為________V。[解析](1)用多用電表測直流電流時，選擇開關(guān)應置于“mA”擋，且把電表串聯(lián)接入被測電路中；測電壓時，把選擇開關(guān)置于標有“V”處，且并聯(lián)于被測電路兩端，因紅表筆與表頭正接線柱相連，黑表筆與表頭負接線柱相連，因此測直流電壓和直流電流時，都必需把紅表筆接在電勢高處，即電流從紅表筆進入多用電表。(2)用多用電表測電流或電壓時，只要依據(jù)旋鈕所指示的量程看相對應的刻度弧線，依據(jù)讀數(shù)規(guī)則，干脆讀出指示的讀數(shù)即可，而歐姆表的刻度指示數(shù)乘以旋鈕指示的擋位倍率，才是電阻的測量值。①因為選的是“×10”擋，所以讀數(shù)為6×10Ω＝60Ω。②因為用直流10mA擋測電流，所以對應下面10mA擋讀數(shù)為7.2mA(留意從直流刻度區(qū)讀)。③用直流5V擋測時，電壓力3.60V。[答案](1)mA串V并高紅(2)①60②7.2③3.60多用電表的結(jié)構(gòu)與原理1.多用電表的內(nèi)部構(gòu)造如圖所示是簡化的多用電表電路圖。它由表頭G、直流電流測量電路、直流電壓測量電路、電阻測量電路以及轉(zhuǎn)換開關(guān)S等部分組成。其中1、2為電流測量端，3、4為電壓測量端，5為電阻測量端。測量時，黑表筆插入“－”插孔，紅表筆插入“＋”插孔，并通過轉(zhuǎn)換開關(guān)接入與待測量相應的測量端。運用時，電路只有一部分起作用。2．多用電表測直流電流和電壓的原理測直流電流和直流電壓的原理，就是分流和分壓原理，其中轉(zhuǎn)換開關(guān)接1或2時測直流電流，其中接1時量程較大；接3或4時測直流電壓；轉(zhuǎn)換開關(guān)接5時，測電阻。3．多用電表電阻擋原理(1)“調(diào)零”原理：當紅、黑表筆相接時(如圖甲所示)，相當于被測電阻Rx＝0，調(diào)整R的阻值，使eq\f(E,r＋Rg＋R)＝Ig，則表頭的指針指到滿刻度，所以刻度盤上指針指在滿偏處定為電阻刻度的零點。因此，歐姆表的零刻度在表盤右端，r＋Rg＋R是歐姆表的內(nèi)阻。當紅、黑表筆不接觸時(如圖乙所示)，相當于被測電阻Rx→∞，電流表中沒有電流，表頭的指針不偏轉(zhuǎn)，此時指針所指的位置是刻度的“∞”點。(2)中值電阻：R＋Rg＋r是多用電表電阻擋的內(nèi)阻，當被測電阻Rx＝R＋Rg＋r時，通過表頭的電流I＝eq\f(E,（R＋Rg＋r）＋Rx)＝eq\f(Ig,2)，即通過表頭的電流為滿偏電流的一半，此時指針指在刻度盤的中心，所以一般電阻擋的內(nèi)阻稱為中值電阻。(3)刻度不勻稱：由I＝eq\f(E,（R＋Rg＋r）＋Rx)可以知道，不同的Rx對應不同的電流I，假如在刻度盤上干脆標出與電流I對應的電阻Rx值，可以從刻度盤上干脆讀出被測量電阻的阻值，但是，由于Rx與I不是線性關(guān)系，所以電阻擋的刻度是不勻稱的?！纠?】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，干電池的電動勢為1.5V，把靈敏電流表的電流刻度值對應的歐姆表電阻值填在下表中：電流刻度0200μA300μA500μA電阻刻度∞0(2)這只歐姆表的總內(nèi)阻為________Ω，表針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的eq\f(1,3)時，待測電阻為________Ω。[解析](1)對應電流“0”刻度的電阻刻度為“∞”，對應滿偏電流“500μA”刻度的電阻刻度為“0”，所以調(diào)零時，由閉合電路的歐姆定律有：Ig＝eq\f(E,Rg＋r＋R0)，得歐姆表總內(nèi)阻R內(nèi)＝Rg＋r＋R0＝eq\f(E,Ig)＝3000Ω。測量電阻Rx時有I＝eq\f(E,R內(nèi)＋Rx)，得Rx＝eq\f(E,I)－R內(nèi)，當I＝200μA時，Rx＝eq\f(1.5V,200×10－6A)－3000Ω＝4.5×103Ω，當I′＝300μA時，Rx′＝eq\f(1.5V,300×10－6A)－3000Ω＝2×103Ω。(2)當表針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的eq\f(1,3)處時，通過歐姆表的電流I″＝eq\f(500μA,3)＝eq\f(5×10－4,3)A。Rx″＝eq\f(E,I″)－R內(nèi)＝6000Ω。[答案](1)4.5×103Ω2×103Ω(2)30006000駕馭多用電表原理的兩點留意(1)多用電表是依據(jù)閉合電路歐姆定律I＝eq\f(E,Rx＋R＋Rg＋r)，得到的Rx與電流I一一對應關(guān)系。(2)R＋Rg＋r為歐姆表的內(nèi)阻。eq\a\vs4\al([跟進訓練])1．多用電表是試驗室和生產(chǎn)試驗中常用的儀器之一，它具有測量電壓、電流及電阻等多種測量功能。如圖所示是多用電表的內(nèi)部電路圖，在進行電阻測量時，應將開關(guān)S撥到________或________兩個位置；若測量電壓時只有10V到50V兩個量程，在測量時選擇50V量程，應將開關(guān)S撥到________位置；若測量電流時只有25mA和100mA兩個量程，在測量時選擇25mA量程，應將開關(guān)S撥到________位置。[解析]在進行電阻測量時，因為歐姆擋的電路與電源連接，則將多擲開關(guān)S撥到3或4位置。電壓擋要串聯(lián)電阻分壓，不接電源，當多擲開關(guān)S撥到5、6時，可以測量電壓，串聯(lián)的電阻越大，電壓表的量程越大，則選擇50V量程時，應將開關(guān)S撥到6位置。電流擋要并聯(lián)電阻分壓，不接電源。當多擲開關(guān)S撥到1、2時，可以測量電流，并聯(lián)的電阻越小，電流表的量程越大，測量時選擇25mA量程應選擇并聯(lián)較大電阻的電流擋，故開關(guān)S撥到2位置。[答案]3462多用電表測電壓、電流和電阻的方法1.測電壓、電流(1)檢查多用電表的指針是否停在表盤刻度左端的零位置。若不指零，則可用小螺絲刀進行機械調(diào)零。(2)將紅、黑表筆分別插入“＋”“－”插孔。(3)如圖甲所示連好電路，將多用電表選擇開關(guān)置于直流電壓擋，測量小燈泡兩端的電壓。(4)如圖乙所示連好電路，將多用電表選擇開關(guān)置于直流電流擋，測量通過小燈泡的電流。2．測電阻(1)機械調(diào)零：運用前若表針沒有停在左端“0”位置，要用螺絲刀轉(zhuǎn)動調(diào)零定位螺絲，使指針指零。(2)選擋：估計待測電阻的大小，旋轉(zhuǎn)選擇開關(guān)，使其尖端對準歐姆擋的合適擋位。(3)歐姆調(diào)零：將紅、黑表筆短接，調(diào)整調(diào)零電阻旋鈕，使指針指在表盤右端“0”刻度處。(4)測量讀數(shù)：將兩表筆分別與待測電阻的兩端接觸，表針示數(shù)乘以量程倍率即為待測電阻阻值。(5)試驗完畢，應將選擇開關(guān)置于“OFF”擋或溝通電壓最高擋。【例2】在練習運用多用電表的試驗中：(1)某同學連接的電路如圖所示。①若旋轉(zhuǎn)選擇開關(guān)，使尖端對準直流電流擋，此時測得的是通過________的電流；②若斷開電路中的開關(guān)，旋轉(zhuǎn)選擇開關(guān)使其尖端對準電阻擋，此時測得的是________的電阻；③若旋轉(zhuǎn)選擇開關(guān)，使尖端對準直流電壓擋，閉合開關(guān)，并將滑動變阻器的滑片移至最左端，此時測得的是________兩端的電壓。(2)在運用多用電表的電阻擋測量電阻時，若()A．雙手捏住兩表筆金屬桿，測量值將偏大B．測量時發(fā)覺指針偏離中心刻度過大，則必需減小倍率，重新調(diào)零后再進行測量C．選擇“×10”倍率測量時發(fā)覺指針位于20與30刻度的正中間，則測量值小于25ΩD．歐姆表內(nèi)的電池運用時間太長，雖然完成調(diào)零，但測量值將略偏大[解析]解題關(guān)鍵在于，當開關(guān)斷開時，多用電表測量的是電阻；開關(guān)閉合時，電表測量的是電壓或電流。(1)①多用電表作為電流表測電流時應與待測電阻串聯(lián)，因此測的是流過R1的電流；②斷開開關(guān)，兩個電阻串聯(lián)，此時多用電表作為歐姆表測量的是滑動變阻器R1接入電路的阻值與R2串聯(lián)之后的總電阻；③滑動變阻器的滑片移到最左端時，R1無阻值接入，外電阻就剩一個R2，此時多用電表測的就是R2分得的電壓或路端電壓。(2)若雙手捏住兩表筆金屬桿，測量值將是人體與待測電阻并聯(lián)之后的總電阻，測量值將偏小，A選項錯誤；測量時發(fā)覺指針偏離中心刻度過大，分兩種狀況：若偏轉(zhuǎn)角過大，應減小倍率；若偏轉(zhuǎn)角過小，應增大倍率，因此B選項錯誤；由于歐姆表刻度線右側(cè)稀左側(cè)密，選擇“×10”倍率擋，在20與30刻度正中間的電阻值應小于250Ω，C選項錯誤。只有D選項正確。[答案](1)①R1②滑動變阻器R1接入電路的阻值和R2串聯(lián)③R2(或電源)(2)D多用電表的歐姆擋運用的五點留意(1)選擇適當?shù)牧砍蹋x擋時若無法估計待測電阻的阻值，應將選擇開關(guān)先旋到“×1”擋，歐姆調(diào)零后，將紅黑表筆分別接到電阻兩端，若指針偏角較小，再漸漸增大量程，直到指針指在中值電阻旁邊為止。(2)每變更一次量程，要重新進行歐姆調(diào)零，運用同一量程測量不同的電阻時，無須重新調(diào)零。(3)測量時待測電阻要同其他元件、電源斷開。(4)要盡量利用歐姆表刻度盤的中心部分，估讀示數(shù)時要考慮刻度不勻稱。(5)多用電表用完后，選擇開關(guān)要旋到溝通電壓的最高擋或“OFF”擋。eq\a\vs4\al([跟進訓練])2．如圖所示為一正在測量中的多用電表表盤。(1)假如是用直流10V擋測量電壓，則讀數(shù)為____________V。(2)假如是用“×100”擋測量電阻，則讀數(shù)為________Ω。(3)假如是用直流5mA擋測量電流，則讀數(shù)為____________mA。[解析]在題圖所示的多用電表表盤中，假如是用10V直流電壓擋測量電壓，讀數(shù)時要找到對應的刻度和量程，讀數(shù)為6.4V；用5mA直流電流擋測量電流時讀數(shù)為3.20mA；用“×100”的電阻擋測量電阻，被測電阻的阻值為：讀數(shù)×100Ω＝7×100Ω＝700Ω。[答案](1)6.4(2)700(3)3.20課堂小結(jié)知識脈絡(luò)1個電表——多用電表1條關(guān)鍵——換擋調(diào)零3種常用——測電壓、電流、電阻1．歐姆表的內(nèi)部電路如圖所示，已知電流計的電阻為Rg，滑動變阻器接入電路的阻值為R0，電源的電動勢和內(nèi)阻分別為E、r。下列說法正確的是()A．歐姆表的工作原理是閉合電路歐姆定律B．電路圖中左側(cè)的表筆為黑表筆C．歐姆表表盤的最左端為歐姆“0”刻度D．歐姆表表盤的中間刻度值為R中＝Rg＋R0A[歐姆表是依據(jù)閉合電路歐姆定律制成的，A正確；電流從黑表筆出，紅表筆進，B錯誤；“∞”刻度在刻度盤的左端，C錯誤；當歐姆表指針指在中間位置時，eq\f(Ig,2)＝eq\f(E,R0＋Rg＋r＋Rx)，Ig＝eq\f(E,R0＋r＋Rg)，所以Rx＝Rg＋R0＋r，即中間刻度值為R中＝r＋Rg＋R0，D錯誤。]2．甲、乙兩同學運用歐姆擋測同一個電阻時，他們都把選擇開關(guān)旋到“×100”擋，并能正確操作。他們發(fā)覺指針偏角太小，于是甲就把選擇開關(guān)旋到“×1k”擋，乙把選擇開關(guān)旋到“×10”擋，但乙重新調(diào)零，而甲沒有重新調(diào)零，則以下說法正確的是()A．甲選擋錯誤，而操作正確B．乙選擋正確，而操作錯誤C．甲選擋錯誤，操作也錯誤D．乙選擋錯誤，而操作正確D[指針偏轉(zhuǎn)角度小說明通過表頭的電流較小，待測電阻阻值大，所以甲的選擋正確；換擋后，需重新歐姆調(diào)零后才能再次測量電阻阻值，所以乙的操作是正確的。]3．在“練習運用多用電表”的試驗中：(1)用多用電表測某電阻，擋位鈕指“