2024-2025學(xué)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(xué)案魯科版選修3-1

PAGE10-第2節(jié)多用電表的原理與運(yùn)用[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.通過(guò)分析多用電表的電路圖，駕馭多用電表的原理。(科學(xué)思維)2.知道多用電表運(yùn)用的留意事項(xiàng)，會(huì)用多用電表測(cè)量電壓、電流和電阻。(科學(xué)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(jì)G，即“表頭”。表頭與電阻、撥動(dòng)開(kāi)關(guān)等組成不同的測(cè)量電路。2．多用電表測(cè)直流電流、電壓的原理(1)表頭與電阻串聯(lián)組成測(cè)直流電壓的分壓電路。(2)表頭與電阻并聯(lián)組成測(cè)直流電流的分流電路。3．歐姆表測(cè)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(dāng)紅、黑表筆間接入被測(cè)電阻Rx時(shí)，通過(guò)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(gè)Rx值都對(duì)應(yīng)一個(gè)電流值，在刻度盤(pán)上干脆標(biāo)出與I值對(duì)應(yīng)的Rx值就可以從刻度盤(pán)上干脆讀出被測(cè)電阻的阻值。當(dāng)Rx＝r＋Rg＋R時(shí)，指針指向刻度盤(pán)正中心，這時(shí)Rx的電阻被稱(chēng)為中值電阻。二、練習(xí)運(yùn)用多用電表1．相識(shí)多用電表2．多用電表的運(yùn)用(1)測(cè)量前，先調(diào)零，再將紅、黑表筆分別插入正、負(fù)測(cè)試筆插孔。(2)測(cè)量時(shí)，應(yīng)把選擇開(kāi)關(guān)旋到相應(yīng)的測(cè)量項(xiàng)目和量程上，讀數(shù)時(shí)，要讀與選擇開(kāi)關(guān)的擋位相應(yīng)的刻度盤(pán)上的示數(shù)。(3)測(cè)電流、電壓時(shí)，選擇恰當(dāng)?shù)牧砍?，使指針?yīng)偏轉(zhuǎn)到滿刻度的eq\f(1,3)以上。(4)測(cè)電阻時(shí)，先估測(cè)電阻阻值，將選擇開(kāi)關(guān)撥到適當(dāng)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(pán)指針?biāo)鸽娮钃蹩潭染€的示數(shù)，電阻值等于示數(shù)乘以倍率。(5)運(yùn)用后，要把表筆從測(cè)試插孔中拔出，并把選擇開(kāi)關(guān)撥至“OFF”擋或溝通電壓最高擋。1．思索推斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)歐姆表的紅表筆接內(nèi)部電源的負(fù)極。 (√)(2)歐姆表的刻度是勻稱(chēng)的。 (×)[提示]歐姆表的刻度不勻稱(chēng)。(3)歐姆表的零刻度在表盤(pán)的最右端。 (√)(4)測(cè)電阻時(shí)，每次測(cè)電阻前都要進(jìn)行歐姆調(diào)零。 (×)[提示]每次換擋要進(jìn)行歐姆調(diào)零。(5)測(cè)電阻時(shí)，指針偏角很小，說(shuō)明電阻很小。 (×)[提示]偏角小，說(shuō)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(fù)、正極相連，A、B錯(cuò)誤；閉合電路中的外電路，電流從電源的正極流向負(fù)極，對(duì)于電流計(jì)電流應(yīng)從正接線柱進(jìn)，從負(fù)接線柱出，C對(duì)，D錯(cuò)。]3．(1)參考多用電表面板，完成下列填空：用多用電表測(cè)直流電流時(shí)，應(yīng)把選擇開(kāi)關(guān)旋至標(biāo)有________處，并把多用電表________連接到被測(cè)電路中；若測(cè)電壓時(shí)，應(yīng)把選擇開(kāi)關(guān)旋至標(biāo)有__________處，并把多用電表與被測(cè)電路__________聯(lián)。測(cè)直流電壓和電流時(shí)，都必需把紅表筆接在電勢(shì)____________處，即電流從__________表筆流進(jìn)多用電表。(2)如圖為一正在測(cè)量中的多用電表表盤(pán)。①假如是用“×10”擋測(cè)量電阻，則讀數(shù)為_(kāi)_______Ω。②假如是用直流10mA擋測(cè)量電流，則讀數(shù)為_(kāi)_______mA。③假如是用直流5V擋測(cè)量電壓，則讀數(shù)為_(kāi)_______V。[解析](1)用多用電表測(cè)直流電流時(shí)，選擇開(kāi)關(guān)應(yīng)置于“mA”擋，且把電表串聯(lián)接入被測(cè)電路中；測(cè)電壓時(shí)，把選擇開(kāi)關(guān)置于標(biāo)有“V”處，且并聯(lián)于被測(cè)電路兩端，因紅表筆與表頭正接線柱相連，黑表筆與表頭負(fù)接線柱相連，因此測(cè)直流電壓和直流電流時(shí)，都必需把紅表筆接在電勢(shì)高處，即電流從紅表筆進(jìn)入多用電表。(2)用多用電表測(cè)電流或電壓時(shí)，只要依據(jù)旋鈕所指示的量程看相對(duì)應(yīng)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(cè)量值。①因?yàn)檫x的是“×10”擋，所以讀數(shù)為6×10Ω＝60Ω。②因?yàn)橛弥绷?0mA擋測(cè)電流，所以對(duì)應(yīng)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(cè)時(shí)，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(jiǎn)化的多用電表電路圖。它由表頭G、直流電流測(cè)量電路、直流電壓測(cè)量電路、電阻測(cè)量電路以及轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)S等部分組成。其中1、2為電流測(cè)量端，3、4為電壓測(cè)量端，5為電阻測(cè)量端。測(cè)量時(shí)，黑表筆插入“－”插孔，紅表筆插入“＋”插孔，并通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)接入與待測(cè)量相應(yīng)的測(cè)量端。運(yùn)用時(shí)，電路只有一部分起作用。2．多用電表測(cè)直流電流和電壓的原理測(cè)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(kāi)關(guān)接1或2時(shí)測(cè)直流電流，其中接1時(shí)量程較大；接3或4時(shí)測(cè)直流電壓；轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)接5時(shí)，測(cè)電阻。3．多用電表電阻擋原理(1)“調(diào)零”原理：當(dāng)紅、黑表筆相接時(shí)(如圖甲所示)，相當(dāng)于被測(cè)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(pán)上指針指在滿偏處定為電阻刻度的零點(diǎn)。因此，歐姆表的零刻度在表盤(pán)右端，r＋Rg＋R是歐姆表的內(nèi)阻。當(dāng)紅、黑表筆不接觸時(shí)(如圖乙所示)，相當(dāng)于被測(cè)電阻Rx→∞，電流表中沒(méi)有電流，表頭的指針不偏轉(zhuǎn)，此時(shí)指針?biāo)傅奈恢檬强潭鹊摹啊蕖秉c(diǎn)。(2)中值電阻：R＋Rg＋r是多用電表電阻擋的內(nèi)阻，當(dāng)被測(cè)電阻Rx＝R＋Rg＋r時(shí)，通過(guò)表頭的電流I＝eq\f(E,（R＋Rg＋r）＋Rx)＝eq\f(Ig,2)，即通過(guò)表頭的電流為滿偏電流的一半，此時(shí)指針指在刻度盤(pán)的中心，所以一般電阻擋的內(nèi)阻稱(chēng)為中值電阻。(3)刻度不勻稱(chēng)：由I＝eq\f(E,（R＋Rg＋r）＋Rx)可以知道，不同的Rx對(duì)應(yīng)不同的電流I，假如在刻度盤(pán)上干脆標(biāo)出與電流I對(duì)應(yīng)的電阻Rx值，可以從刻度盤(pán)上干脆讀出被測(cè)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(chēng)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(dòng)勢(shì)為1.5V，把靈敏電流表的電流刻度值對(duì)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_(kāi)_______Ω，表針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的eq\f(1,3)時(shí)，待測(cè)電阻為_(kāi)_______Ω。[解析](1)對(duì)應(yīng)電流“0”刻度的電阻刻度為“∞”，對(duì)應(yīng)滿偏電流“500μA”刻度的電阻刻度為“0”，所以調(diào)零時(shí)，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(cè)量電阻Rx時(shí)有I＝eq\f(E,R內(nèi)＋Rx)，得Rx＝eq\f(E,I)－R內(nèi)，當(dāng)I＝200μA時(shí)，Rx＝eq\f(1.5V,200×10－6A)－3000Ω＝4.5×103Ω，當(dāng)I′＝300μA時(shí)，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(shí)，通過(guò)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(diǎn)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(duì)應(yīng)關(guān)系。(2)R＋Rg＋r為歐姆表的內(nèi)阻。eq\a\vs4\al([跟進(jìn)訓(xùn)練])1．多用電表是試驗(yàn)室和生產(chǎn)試驗(yàn)中常用的儀器之一，它具有測(cè)量電壓、電流及電阻等多種測(cè)量功能。如圖所示是多用電表的內(nèi)部電路圖，在進(jìn)行電阻測(cè)量時(shí)，應(yīng)將開(kāi)關(guān)S撥到________或________兩個(gè)位置；若測(cè)量電壓時(shí)只有10V到50V兩個(gè)量程，在測(cè)量時(shí)選擇50V量程，應(yīng)將開(kāi)關(guān)S撥到________位置；若測(cè)量電流時(shí)只有25mA和100mA兩個(gè)量程，在測(cè)量時(shí)選擇25mA量程，應(yīng)將開(kāi)關(guān)S撥到________位置。[解析]在進(jìn)行電阻測(cè)量時(shí)，因?yàn)闅W姆擋的電路與電源連接，則將多擲開(kāi)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(dāng)多擲開(kāi)關(guān)S撥到5、6時(shí)，可以測(cè)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(shí)，應(yīng)將開(kāi)關(guān)S撥到6位置。電流擋要并聯(lián)電阻分壓，不接電源。當(dāng)多擲開(kāi)關(guān)S撥到1、2時(shí)，可以測(cè)量電流，并聯(lián)的電阻越小，電流表的量程越大，測(cè)量時(shí)選擇25mA量程應(yīng)選擇并聯(lián)較大電阻的電流擋，故開(kāi)關(guān)S撥到2位置。[答案]3462多用電表測(cè)電壓、電流和電阻的方法1.測(cè)電壓、電流(1)檢查多用電表的指針是否停在表盤(pán)刻度左端的零位置。若不指零，則可用小螺絲刀進(jìn)行機(jī)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(kāi)關(guān)置于直流電壓擋，測(cè)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(kāi)關(guān)置于直流電流擋，測(cè)量通過(guò)小燈泡的電流。2．測(cè)電阻(1)機(jī)械調(diào)零：運(yùn)用前若表針沒(méi)有停在左端“0”位置，要用螺絲刀轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)零定位螺絲，使指針指零。(2)選擋：估計(jì)待測(cè)電阻的大小，旋轉(zhuǎn)選擇開(kāi)關(guān)，使其尖端對(duì)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(pán)右端“0”刻度處。(4)測(cè)量讀數(shù)：將兩表筆分別與待測(cè)電阻的兩端接觸，表針示數(shù)乘以量程倍率即為待測(cè)電阻阻值。(5)試驗(yàn)完畢，應(yīng)將選擇開(kāi)關(guān)置于“OFF”擋或溝通電壓最高擋?！纠?】在練習(xí)運(yùn)用多用電表的試驗(yàn)中：(1)某同學(xué)連接的電路如圖所示。①若旋轉(zhuǎn)選擇開(kāi)關(guān)，使尖端對(duì)準(zhǔn)直流電流擋，此時(shí)測(cè)得的是通過(guò)________的電流；②若斷開(kāi)電路中的開(kāi)關(guān)，旋轉(zhuǎn)選擇開(kāi)關(guān)使其尖端對(duì)準(zhǔn)電阻擋，此時(shí)測(cè)得的是________的電阻；③若旋轉(zhuǎn)選擇開(kāi)關(guān)，使尖端對(duì)準(zhǔn)直流電壓擋，閉合開(kāi)關(guān)，并將滑動(dòng)變阻器的滑片移至最左端，此時(shí)測(cè)得的是________兩端的電壓。(2)在運(yùn)用多用電表的電阻擋測(cè)量電阻時(shí)，若()A．雙手捏住兩表筆金屬桿，測(cè)量值將偏大B．測(cè)量時(shí)發(fā)覺(jué)指針偏離中心刻度過(guò)大，則必需減小倍率，重新調(diào)零后再進(jìn)行測(cè)量C．選擇“×10”倍率測(cè)量時(shí)發(fā)覺(jué)指針位于20與30刻度的正中間，則測(cè)量值小于25ΩD．歐姆表內(nèi)的電池運(yùn)用時(shí)間太長(zhǎng)，雖然完成調(diào)零，但測(cè)量值將略偏大[解析]解題關(guān)鍵在于，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，多用電表測(cè)量的是電阻；開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電表測(cè)量的是電壓或電流。(1)①多用電表作為電流表測(cè)電流時(shí)應(yīng)與待測(cè)電阻串聯(lián)，因此測(cè)的是流過(guò)R1的電流；②斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，兩個(gè)電阻串聯(lián)，此時(shí)多用電表作為歐姆表測(cè)量的是滑動(dòng)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(dòng)變阻器的滑片移到最左端時(shí)，R1無(wú)阻值接入，外電阻就剩一個(gè)R2，此時(shí)多用電表測(cè)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(cè)量值將是人體與待測(cè)電阻并聯(lián)之后的總電阻，測(cè)量值將偏小，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；測(cè)量時(shí)發(fā)覺(jué)指針偏離中心刻度過(guò)大，分兩種狀況：若偏轉(zhuǎn)角過(guò)大，應(yīng)減小倍率；若偏轉(zhuǎn)角過(guò)小，應(yīng)增大倍率，因此B選項(xiàng)錯(cuò)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(yīng)小于250Ω，C選項(xiàng)錯(cuò)誤。只有D選項(xiàng)正確。[答案](1)①R1②滑動(dòng)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(yùn)用的五點(diǎn)留意(1)選擇適當(dāng)?shù)牧砍?，選擋時(shí)若無(wú)法估計(jì)待測(cè)電阻的阻值，應(yīng)將選擇開(kāi)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(jìn)行歐姆調(diào)零，運(yùn)用同一量程測(cè)量不同的電阻時(shí)，無(wú)須重新調(diào)零。(3)測(cè)量時(shí)待測(cè)電阻要同其他元件、電源斷開(kāi)。(4)要盡量利用歐姆表刻度盤(pán)的中心部分，估讀示數(shù)時(shí)要考慮刻度不勻稱(chēng)。(5)多用電表用完后，選擇開(kāi)關(guān)要旋到溝通電壓的最高擋或“OFF”擋。eq\a\vs4\al([跟進(jìn)訓(xùn)練])2．如圖所示為一正在測(cè)量中的多用電表表盤(pán)。(1)假如是用直流10V擋測(cè)量電壓，則讀數(shù)為_(kāi)___________V。(2)假如是用“×100”擋測(cè)量電阻，則讀數(shù)為_(kāi)_______Ω。(3)假如是用直流5mA擋測(cè)量電流，則讀數(shù)為_(kāi)___________mA。[解析]在題圖所示的多用電表表盤(pán)中，假如是用10V直流電壓擋測(cè)量電壓，讀數(shù)時(shí)要找到對(duì)應(yīng)的刻度和量程，讀數(shù)為6.4V；用5mA直流電流擋測(cè)量電流時(shí)讀數(shù)為3.20mA；用“×100”的電阻擋測(cè)量電阻，被測(cè)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(shí)脈絡(luò)1個(gè)電表——多用電表1條關(guān)鍵——換擋調(diào)零3種常用——測(cè)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(jì)的電阻為Rg，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為R0，電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻分別為E、r。下列說(shuō)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(pán)的最左端為歐姆“0”刻度D．歐姆表表盤(pán)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(jìn)，B錯(cuò)誤；“∞”刻度在刻度盤(pán)的左端，C錯(cuò)誤；當(dāng)歐姆表指針指在中間位置時(shí)，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(cuò)誤。]2．甲、乙兩同學(xué)運(yùn)用歐姆擋測(cè)同一個(gè)電阻時(shí)，他們都把選擇開(kāi)關(guān)旋到“×100”擋，并能正確操作。他們發(fā)覺(jué)指針偏角太小，于是甲就把選擇開(kāi)關(guān)旋到“×1k”擋，乙把選擇開(kāi)關(guān)旋到“×10”擋，但乙重新調(diào)零，而甲沒(méi)有重新調(diào)零，則以下說(shuō)法正確的是()A．甲選擋錯(cuò)誤，而操作正確B．乙選擋正確，而操作錯(cuò)誤C．甲選擋錯(cuò)誤，操作也錯(cuò)誤D．乙選擋錯(cuò)誤，而操作正確D[指針偏轉(zhuǎn)角度小說(shuō)明通過(guò)表頭的電流較小，待測(cè)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(cè)量電阻阻值，所以乙的操作是正確的。]3．在“練習(xí)運(yùn)用多用電表”的試驗(yàn)中：(1)用多用電表測(cè)某電阻，擋位鈕指“