2024-2025學(xué)年高中物理第二章恒定電流8多用電表的原理2.9實驗：練習(xí)使用多用電表學(xué)案新人教版選修3-1

PAGE14-8多用電表的原理9試驗：練習(xí)運用多用電表一、歐姆表1．原理：依據(jù)閉合電路的歐姆定律制成，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．3．測量原理如圖所示，當(dāng)紅、黑表筆間接入被測電阻Rx時，通過表頭的電流Ig＝eq\f(E,r＋Rg＋R＋Rx)，變更Rx，電流I隨著變更，每個Rx值都對應(yīng)一個電流值，在刻度盤上干脆標(biāo)出與I值對應(yīng)的Rx值，就可以從刻度盤上干脆讀出被測電阻的阻值．電阻擋的零刻度為什么在刻度盤最右端？提示：當(dāng)所測電阻Rx＝0時，電流表中的電流最大，為表頭的滿偏電流．二、多用電表1．用途：共用一個表頭，可分別測量電壓、電流、電阻等物理量．2．最簡潔的多用電表原理圖如圖甲所示，當(dāng)單刀多擲開關(guān)接通1時，可作為電流表運用；接通2時，可作為歐姆表運用；接通3時，可作為電壓表運用．3．外形構(gòu)造如圖乙所示(把圖上內(nèi)容補充完整)，選擇開關(guān)四周有不同的測量功能區(qū)域及量程，選擇開關(guān)旋到不同的位置，多用電表內(nèi)對應(yīng)的儀表電路被接通，就相當(dāng)于對應(yīng)的儀表．在不運用時，應(yīng)把選擇開關(guān)旋到OFF擋或溝通電壓最高擋．多用電表在運用完畢后，為什么將選擇開關(guān)置于“OFF”擋或溝通電壓的最高擋？提示：緣由有二：一是為了斷開表內(nèi)電源電路，以防電源放電，損壞電源；二是為了在運用不當(dāng)時愛護電表.考點一歐姆表測電阻的原理1．原理如圖所示歐姆表測量電阻的理論依據(jù)是閉合電路歐姆定律，所以通過表頭的電流為：I＝eq\f(E,Rx＋R＋Rg＋r)，Rx與電流I一一對應(yīng)，故可以將表盤上的電流值改為電阻值，就可以從表盤上干脆讀出電阻的數(shù)值，這樣就制成了一個歐姆表．其中，R也叫調(diào)零電阻，R＋Rg＋r為歐姆表的內(nèi)阻．2．刻度標(biāo)注1運用歐姆擋測電阻時，指針的偏角越大，測量電阻值越小，指針的偏角越小，測量電阻值越大.2流過歐姆表的電流是自己內(nèi)部電源供應(yīng)的，流過電壓表和電流表的電流是外電路的電源供應(yīng)的.【例1】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(yīng)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.(1)由閉合電路的歐姆定律確定電流和測量電阻之間的關(guān)系來求出電阻刻度的數(shù)值；(2)偏轉(zhuǎn)角為指針與左側(cè)零刻度的夾角．【答案】(1)4.5×103Ω2×103Ω(2)30006000【解析】(1)對應(yīng)電流“0”刻度的電阻刻度為“∞”，對應(yīng)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(dāng)I＝200μA時，Rx＝eq\f(1.5V,200×10－6A)－3000Ω＝4.5×103Ω當(dāng)I′＝300μA時，Rx′＝eq\f(1.5V,300×10－6A)－3000Ω＝2×103Ω.(2)當(dāng)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.圖甲為某同學(xué)組裝完成的簡易多用電表的電路圖．圖中E是電池；R1、R2、R3、R4和R5是定值電阻，R6是可變電阻；表頭電流表G的量程為0～5mA，內(nèi)阻Rg＝300Ω.虛線方框內(nèi)為換擋開關(guān)，A端和B端分別與兩表筆相連．該多用電表有5個擋位，分別為直流電壓5V擋和10V擋，直流電流10mA擋和100mA擋，歐姆“×10Ω”擋．(1)圖甲中的B端與紅(填“紅”或“黑”)色表筆相連接．(2)開關(guān)S接位置2(填“1”或“2”)時是電流擋的小量程，依據(jù)題給條件可得R1＝30Ω，R2＝270Ω，R4＝350Ω.(3)某次測量時該多用電表指針位置如圖乙所示．若此時B端是與“1”相連的，則多用電表讀數(shù)為60_mA；若此時B端是與“3”相連的，則讀數(shù)為110_Ω.(4)當(dāng)電池長期運用使得電動勢變小，則該電池的多用電表測量電阻時，所測得的阻值將偏大(填“偏大”“偏小”或“不變”)．解析：(1)與多用電表內(nèi)電源正極相連的是黑表筆，與多用電表內(nèi)電源負極相連的是紅表筆，故圖中的B端與紅色表筆相連接．(2)開關(guān)S接位置2時，是電流擋的小量程，依據(jù)題給條件可得R1＋R2＝eq\f(IgRg,I1－Ig)；開關(guān)S接位置1時，是電流擋的大量程，依據(jù)題給條件可得R1＝eq\f(IgRg＋IgR2,I2－Ig)，解得R1＝30Ω，R2＝270Ω，開關(guān)S接位置4時，是電壓擋的小量程，依據(jù)題給條件可得eq\f(U－IgRg,R4)＝I1，解得R4＝350Ω.(3)若B端與“1”相連，則為電流擋的大量程，分度值是2mA，指針指在30格，則多用電表讀數(shù)為2mA×30＝60mA；若B端與“3”相連，則為歐姆“×10Ω”擋，指針指在11的位置，則讀數(shù)為11×10Ω＝110Ω.(4)當(dāng)電池電動勢變小時，須要重新調(diào)零，由于滿偏電流Ig不變，由公式Ig＝eq\f(E,R內(nèi))，調(diào)零后內(nèi)阻R內(nèi)比之前小，待測電阻的測量值是通過電流表的示數(shù)體現(xiàn)出來的，由I＝eq\f(E,R內(nèi)＋Rx)＝eq\f(IgR內(nèi),R內(nèi)＋Rx)＝eq\f(Ig,1＋\f(Rx,R內(nèi)))，可知當(dāng)R內(nèi)變小時，I變小，指針跟原來的位置相比偏左，歐姆表的示數(shù)變大．考點二多用電表測電阻的方法1．運用多用電表測電阻的步驟(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(zhǔn)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)測另一電阻時重復(fù)(2)(3)(4)．(6)試驗完畢，應(yīng)將選擇開關(guān)置于“OFF”擋或溝通電壓最高擋．2．測電阻時應(yīng)留意的問題(1)選擋后要進行歐姆調(diào)零．(2)換擋后要重新歐姆調(diào)零．(3)被測電阻要與電源、其他元件分別，不能用手接觸表筆的金屬桿．(4)被測電阻阻值等于指針示數(shù)乘以倍率．(5)運用后，要將兩表筆從插孔中拔出，并將選擇開關(guān)旋至“OFF”擋或溝通電壓最高擋．(6)若長期不用，應(yīng)把電池取出．1合理選擇量程，使指針盡可能指在中間刻度線旁邊，一般應(yīng)在的范圍內(nèi).2選擋時若無法估計待測電阻大小，則應(yīng)將選擇開關(guān)旋到“×1”擋，歐姆調(diào)零后，將紅、黑表筆分別接到電阻兩端，若指針偏角太小，則漸漸增大量程，直到指針指到中值電阻旁邊為止.【例2】(1)用多用電表的電阻擋測量阻值約為幾十千歐的電阻Rx，以下給出的是可能的試驗操作步驟，其中S為選擇開關(guān)，P為歐姆調(diào)零旋鈕．把你認(rèn)為正確的步驟前的字母按合理的依次填寫在下面的橫線上．a(chǎn)．將兩表筆短接，調(diào)整P使指針對準(zhǔn)刻度盤上電阻擋的“0”刻度，斷開兩表筆b．將兩表筆分別連接到被測電阻的兩端，讀出Rx的阻值后，斷開兩表筆c．旋轉(zhuǎn)S使其尖端對準(zhǔn)電阻擋“×1k”d．旋轉(zhuǎn)S使其尖端對準(zhǔn)電阻擋“×100”e．旋轉(zhuǎn)S使其尖端對準(zhǔn)溝通500V擋，并拔出兩表筆合理的依次為________．依據(jù)如圖所示指針位置，該被測電阻的阻值約為________kΩ.(2)下列關(guān)于用多用電表電阻擋測電阻的說法中正確的是________．A．測量電阻時，假如指針偏轉(zhuǎn)過大，應(yīng)將選擇開關(guān)S撥至倍率較小的擋位，重新調(diào)零后測量B．測量電阻時，假如紅、黑表筆分別插在“－”、“＋”插孔，則會影響測量結(jié)果C．測量電路中的某個電阻時，應(yīng)把該電阻與電路斷開D．測量阻值不同的電阻時，都必需重新調(diào)零多用電表電阻擋的運用步驟：選擋→調(diào)零→測量(在中值刻度旁邊)→置于“OFF”位置或溝通電壓最高擋．【答案】(1)cabe30(2)AC【解析】(1)依據(jù)被測電阻的阻值知，應(yīng)選“×1k”擋；依據(jù)多用電表的讀數(shù)規(guī)則知阻值為30×1kΩ＝30kΩ.(2)測量電阻時，若指針偏轉(zhuǎn)過大，說明被測電阻較小，應(yīng)選用倍率較小的擋位，選項A正確；測量時按規(guī)定紅、黑表筆分別插在“＋”、“－”插孔，但表筆只是測量的兩個引線，本身并沒有正負，故調(diào)換不會影響測量結(jié)果，選項B錯誤；依據(jù)多用電表電阻擋的運用規(guī)則知，選項C正確；換擋后必需重新調(diào)零，若測量不同的電阻，不用換擋則不須要重新調(diào)零，故選項D錯誤．總結(jié)提能在運用多用電表測電阻時，換擋后要重新進行歐姆調(diào)零，測量完畢后應(yīng)將選擇開關(guān)置于溝通電壓最高擋或“OFF”位置，這兩個步驟簡潔忽視或遺忘，應(yīng)強化記憶．如圖所示為一可供運用的多用電表，S為選擇開關(guān)，Q為電阻擋調(diào)零旋鈕．現(xiàn)在要用它檢測兩個電阻的阻值(圖中未畫電阻)．已知阻值分別為R1＝60Ω，R2＝470kΩ，下面提出了在測量過程中一系列可能的操作，請你選出能盡可能精確地測定各阻值和符合多用電表平安運用規(guī)則的各項操作，并且將它們按合理依次填寫在后面的橫線上．A．旋動S使其尖端對準(zhǔn)電阻擋×1kB．旋動S使其尖端對準(zhǔn)電阻擋×100C．旋動S使其尖端對準(zhǔn)電阻擋×10D．旋動S使其尖端對準(zhǔn)電阻擋×1E．旋動S使其尖端對準(zhǔn)“OFF”處F．將兩表筆分別接到R1的兩端，讀出R1的阻值，隨后即斷開G．將兩表筆分別接到R2的兩端，讀出R2的阻值，隨后即斷開H．兩表筆短接，調(diào)整Q使表針對準(zhǔn)電阻擋刻度盤上的0，隨后即斷開所選操作及其依次為(用字母代號填寫)：AHGDHFE(或DHFAHGE)．(操作步驟可以重復(fù)選用)解析：多用電表測量電阻時，量程的選擇以指針指中心旁邊時讀數(shù)較精確，由表盤中值示數(shù)約為150可知，測R1＝60Ω的電阻時，只能選“×1”擋；測R2＝470kΩ時，應(yīng)選擇“×1k”擋，并且在每次選定量程后，都必需將兩表筆短接，進行電阻擋調(diào)零，所以題目中所給操作H需重復(fù)選用．在測量過程中對R1與R2測量的先后沒有什么限制，但測量完畢后，功能選擇開關(guān)必需旋離電阻擋，撥至溝通電壓最高擋或“OFF”處，所以合理的操作及依次為AHGDHFE或DHFAHGE.考點三電學(xué)黑箱問題一般的“電學(xué)黑盒”有四種：一是純電阻黑盒；二是純電源黑盒；三是由電阻和電源組成的閉合電路黑盒；四是含電容器、二極管的黑盒．1．電阻、電容器、二極管的特點項目特點電阻無極性，即正向和反向電阻相等電容器用多用電表測其電阻時，起初電阻很小，然后漸漸增大直至無窮大二極管具有單向?qū)щ娦裕凑螂娮栎^小，反向電阻很大或接近無窮大2.用多用電表探測黑盒內(nèi)的電學(xué)元件的基本思路依據(jù)以上思路探測出黑盒內(nèi)有哪些電學(xué)元件后，再依據(jù)各接點間的測量數(shù)據(jù)和串聯(lián)、并聯(lián)電路的特點進行邏輯推理，最終確定出元件的位置和連接方式．留意：用多用電表的電阻擋測黑盒內(nèi)各接點間的電阻前，必需先用電壓擋測量各接點間的電壓，看是否有電壓，有電壓的接點間絕不能再用電阻擋進行測量．在分析和解答黑盒問題時，還必需留意問題的多解性，因為不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其外觀表現(xiàn)可能相同，所以答案可能多種多樣．【例3】如圖所示，一黑盒外有四個接線柱A、B、C、D，盒內(nèi)有四個阻值都是6Ω的電阻，分別通過導(dǎo)線接在接線柱上，用多用電表的電阻擋測得各接線柱間的電阻值如下：RAB＝6Ω，RAC＝RAD＝10Ω，RCD＝RBC＝RBD＝4Ω.試畫出黑盒內(nèi)電阻的連接圖．解答本題時應(yīng)把握以下兩點：(1)兩個6Ω的電阻串聯(lián)再和一個6Ω的電阻并聯(lián)，可以得到4Ω的電阻值．(2)將得到的4Ω的電阻值再和一個6Ω的電阻串聯(lián)，可以得到10Ω的電阻值．【答案】見解析圖【解析】由測量數(shù)據(jù)推斷盒內(nèi)電阻的連接狀況．RAB＝6Ω，說明A、B兩接線柱之間只有一個6Ω的電阻；RAC＝RAD＝10Ω，說明在A、C及A、D兩組接線柱之間除有上面分析的一個6Ω的電阻外，還接有其他電阻，其他電阻的總阻值為10Ω－6Ω＝4Ω，要用6Ω的電阻組合成4Ω的總阻值，可用剩下的三個電阻中的兩個串聯(lián)再和另一個并聯(lián)得到．這種連接又要留意到RCD＝RBC＝RBD＝4Ω，不能造成任何兩個接線柱間短路現(xiàn)象．故B、D之間，B、C之間，C、D之間都接了一個6Ω的電阻，盒內(nèi)電路如圖所示．如圖所示，一只黑箱有A、B、C三個接線柱，已知黑箱內(nèi)的電器元件只有兩個，某同學(xué)利用多用電表電壓擋測量，各接線柱間電壓均為零，利用歐姆擋依次進行6次測量，將每次紅黑表筆的位置、測得的阻值都填入表中.黑表筆BABCCA紅表筆ACCABB阻值(kΩ)5.329.52∞∞試畫出黑箱中的電路圖．答案：見解析圖解析：用電壓表測量各接線柱間電壓為零，說明電路中無電源，歐姆表正反接電阻不同，表明電路中有二極管，A、C間正反向電阻相等，說明其間為純電阻，由于二極管正向電阻較小，反向電阻很大，所以B、A之間為二極管，且B為二極管的正極，A為二極管的負極，電路圖如圖所示．1．以下是歐姆表原理的電路示意圖，正確的是(C)解析：選項B中沒有可調(diào)電阻，錯誤；選項A中電源正、負極接反了，錯誤；選項D電流表的正、負接線柱接反了，錯誤；C正確．2．下圖所示是一個歐姆表的外部構(gòu)造示意圖，其正、負插孔內(nèi)分別插有紅、黑表筆，則虛線內(nèi)的電路圖應(yīng)是下圖中的(A)3．如圖所示為多用電表歐姆擋的原理示意圖．其中，電流表的滿偏電流為300μA，內(nèi)阻rg＝100Ω，調(diào)零電阻的最大值R＝50kΩ，串聯(lián)的定值電阻R0＝50Ω，電池電動勢E＝1.5V．用它測量電阻Rx，能精確測量的阻值范圍是(B)A．30kΩ～80kΩ B．3kΩ～8kΩC．300Ω～800Ω D．30Ω～80Ω解析：用歐姆擋測量電阻時，指針指在表盤中心旁邊時測量結(jié)果比較精確．當(dāng)電流最大時，Ig＝eq\f(E,R內(nèi))，其中R內(nèi)為歐姆表的內(nèi)阻．則R內(nèi)＝eq\f(E,Ig)＝eq\f(1.5,300×10－6)Ω＝5000Ω.用它測