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(shí)驗(yàn)：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(yàn)：練習(xí)運(yùn)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(cè)量原理如圖所示，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Ig＝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．電阻擋的零刻度為什么在刻度盤(pán)最右端？提示：當(dāng)所測(cè)電阻Rx＝0時(shí)，電流表中的電流最大，為表頭的滿(mǎn)偏電流．二、多用電表1．用途：共用一個(gè)表頭，可分別測(cè)量電壓、電流、電阻等物理量．2．最簡(jiǎn)潔的多用電表原理圖如圖甲所示，當(dāng)單刀多擲開(kāi)關(guān)接通1時(shí)，可作為電流表運(yùn)用；接通2時(shí)，可作為歐姆表運(yùn)用；接通3時(shí)，可作為電壓表運(yùn)用．3．外形構(gòu)造如圖乙所示(把圖上內(nèi)容補(bǔ)充完整)，選擇開(kāi)關(guān)四周有不同的測(cè)量功能區(qū)域及量程，選擇開(kāi)關(guān)旋到不同的位置，多用電表內(nèi)對(duì)應(yīng)的儀表電路被接通，就相當(dāng)于對(duì)應(yīng)的儀表．在不運(yùn)用時(shí)，應(yīng)把選擇開(kāi)關(guān)旋到OFF擋或溝通電壓最高擋．多用電表在運(yùn)用完畢后，為什么將選擇開(kāi)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(kāi)表內(nèi)電源電路，以防電源放電，損壞電源；二是為了在運(yùn)用不當(dāng)時(shí)愛(ài)護(hù)電表.考點(diǎn)一歐姆表測(cè)電阻的原理1．原理如圖所示歐姆表測(cè)量電阻的理論依據(jù)是閉合電路歐姆定律，所以通過(guò)表頭的電流為：I＝eq\f(E,Rx＋R＋Rg＋r)，Rx與電流I一一對(duì)應(yīng)，故可以將表盤(pán)上的電流值改為電阻值，就可以從表盤(pán)上干脆讀出電阻的數(shù)值，這樣就制成了一個(gè)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(yùn)用歐姆擋測(cè)電阻時(shí)，指針的偏角越大，測(cè)量電阻值越小，指針的偏角越小，測(cè)量電阻值越大.2流過(guò)歐姆表的電流是自己內(nèi)部電源供應(yīng)的，流過(guò)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(mǎn)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(mǎn)刻度的eq\f(1,3)時(shí)，待測(cè)電阻為_(kāi)_______Ω.(1)由閉合電路的歐姆定律確定電流和測(cè)量電阻之間的關(guān)系來(lái)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(duì)應(yīng)電流“0”刻度的電阻刻度為“∞”，對(duì)應(yīng)滿(mǎn)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(mǎn)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.圖甲為某同學(xué)組裝完成的簡(jiǎn)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(xiàn)方框內(nèi)為換擋開(kāi)關(guān)，A端和B端分別與兩表筆相連．該多用電表有5個(gè)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(kāi)關(guān)S接位置2(填“1”或“2”)時(shí)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(cè)量時(shí)該多用電表指針位置如圖乙所示．若此時(shí)B端是與“1”相連的，則多用電表讀數(shù)為60_mA；若此時(shí)B端是與“3”相連的，則讀數(shù)為110_Ω.(4)當(dāng)電池長(zhǎng)期運(yùn)用使得電動(dòng)勢(shì)變小，則該電池的多用電表測(cè)量電阻時(shí)，所測(cè)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(fù)極相連的是紅表筆，故圖中的B端與紅色表筆相連接．(2)開(kāi)關(guān)S接位置2時(shí)，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(kāi)關(guān)S接位置1時(shí)，是電流擋的大量程，依據(jù)題給條件可得R1＝eq\f(IgRg＋I(xiàn)gR2,I2－Ig)，解得R1＝30Ω，R2＝270Ω，開(kāi)關(guān)S接位置4時(shí)，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(dòng)勢(shì)變小時(shí)，須要重新調(diào)零，由于滿(mǎn)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(cè)電阻的測(cè)量值是通過(guò)電流表的示數(shù)體現(xiàn)出來(lái)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(shí)，I變小，指針跟原來(lái)的位置相比偏左，歐姆表的示數(shù)變大．考點(diǎn)二多用電表測(cè)電阻的方法1．運(yùn)用多用電表測(cè)電阻的步驟(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)測(cè)另一電阻時(shí)重復(fù)(2)(3)(4)．(6)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．2．測(cè)電阻時(shí)應(yīng)留意的問(wèn)題(1)選擋后要進(jìn)行歐姆調(diào)零．(2)換擋后要重新歐姆調(diào)零．(3)被測(cè)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(cè)電阻阻值等于指針示數(shù)乘以倍率．(5)運(yùn)用后，要將兩表筆從插孔中拔出，并將選擇開(kāi)關(guān)旋至“OFF”擋或溝通電壓最高擋．(6)若長(zhǎng)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(xiàn)旁邊，一般應(yīng)在的范圍內(nèi).2選擋時(shí)若無(wú)法估計(jì)待測(cè)電阻大小，則應(yīng)將選擇開(kāi)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(cè)量阻值約為幾十千歐的電阻Rx，以下給出的是可能的試驗(yàn)操作步驟，其中S為選擇開(kāi)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(xiě)在下面的橫線(xiàn)上．a(chǎn)．將兩表筆短接，調(diào)整P使指針對(duì)準(zhǔn)刻度盤(pán)上電阻擋的“0”刻度，斷開(kāi)兩表筆b．將兩表筆分別連接到被測(cè)電阻的兩端，讀出Rx的阻值后，斷開(kāi)兩表筆c．旋轉(zhuǎn)S使其尖端對(duì)準(zhǔn)電阻擋“×1k”d．旋轉(zhuǎn)S使其尖端對(duì)準(zhǔn)電阻擋“×100”e．旋轉(zhuǎn)S使其尖端對(duì)準(zhǔn)溝通500V擋，并拔出兩表筆合理的依次為_(kāi)_______．依據(jù)如圖所示指針位置，該被測(cè)電阻的阻值約為_(kāi)_______kΩ.(2)下列關(guān)于用多用電表電阻擋測(cè)電阻的說(shuō)法中正確的是________．A．測(cè)量電阻時(shí)，假如指針偏轉(zhuǎn)過(guò)大，應(yīng)將選擇開(kāi)關(guān)S撥至倍率較小的擋位，重新調(diào)零后測(cè)量B．測(cè)量電阻時(shí)，假如紅、黑表筆分別插在“－”、“＋”插孔，則會(huì)影響測(cè)量結(jié)果C．測(cè)量電路中的某個(gè)電阻時(shí)，應(yīng)把該電阻與電路斷開(kāi)D．測(cè)量阻值不同的電阻時(shí)，都必需重新調(diào)零多用電表電阻擋的運(yùn)用步驟：選擋→調(diào)零→測(cè)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(cè)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(cè)量電阻時(shí)，若指針偏轉(zhuǎn)過(guò)大，說(shuō)明被測(cè)電阻較小，應(yīng)選用倍率較小的擋位，選項(xiàng)A正確；測(cè)量時(shí)按規(guī)定紅、黑表筆分別插在“＋”、“－”插孔，但表筆只是測(cè)量的兩個(gè)引線(xiàn)，本身并沒(méi)有正負(fù)，故調(diào)換不會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；依據(jù)多用電表電阻擋的運(yùn)用規(guī)則知，選項(xiàng)C正確；換擋后必需重新調(diào)零，若測(cè)量不同的電阻，不用換擋則不須要重新調(diào)零，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤．總結(jié)提能在運(yùn)用多用電表測(cè)電阻時(shí)，換擋后要重新進(jìn)行歐姆調(diào)零，測(cè)量完畢后應(yīng)將選擇開(kāi)關(guān)置于溝通電壓最高擋或“OFF”位置，這兩個(gè)步驟簡(jiǎn)潔忽視或遺忘，應(yīng)強(qiáng)化記憶．如圖所示為一可供運(yùn)用的多用電表，S為選擇開(kāi)關(guān)，Q為電阻擋調(diào)零旋鈕．現(xiàn)在要用它檢測(cè)兩個(gè)電阻的阻值(圖中未畫(huà)電阻)．已知阻值分別為R1＝60Ω，R2＝470kΩ，下面提出了在測(cè)量過(guò)程中一系列可能的操作，請(qǐng)你選出能盡可能精確地測(cè)定各阻值和符合多用電表平安運(yùn)用規(guī)則的各項(xiàng)操作，并且將它們按合理依次填寫(xiě)在后面的橫線(xiàn)上．A．旋動(dòng)S使其尖端對(duì)準(zhǔn)電阻擋×1kB．旋動(dòng)S使其尖端對(duì)準(zhǔn)電阻擋×100C．旋動(dòng)S使其尖端對(duì)準(zhǔn)電阻擋×10D．旋動(dòng)S使其尖端對(duì)準(zhǔn)電阻擋×1E．旋動(dòng)S使其尖端對(duì)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(kāi)G．將兩表筆分別接到R2的兩端，讀出R2的阻值，隨后即斷開(kāi)H．兩表筆短接，調(diào)整Q使表針對(duì)準(zhǔn)電阻擋刻度盤(pán)上的0，隨后即斷開(kāi)所選操作及其依次為(用字母代號(hào)填寫(xiě))：AHGDHFE(或DHFAHGE)．(操作步驟可以重復(fù)選用)解析：多用電表測(cè)量電阻時(shí)，量程的選擇以指針指中心旁邊時(shí)讀數(shù)較精確，由表盤(pán)中值示數(shù)約為150可知，測(cè)R1＝60Ω的電阻時(shí)，只能選“×1”擋；測(cè)R2＝470kΩ時(shí)，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(jìn)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(cè)量過(guò)程中對(duì)R1與R2測(cè)量的先后沒(méi)有什么限制，但測(cè)量完畢后，功能選擇開(kāi)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(diǎn)三電學(xué)黑箱問(wèn)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(diǎn)項(xiàng)目特點(diǎn)電阻無(wú)極性，即正向和反向電阻相等電容器用多用電表測(cè)其電阻時(shí)，起初電阻很小，然后漸漸增大直至無(wú)窮大二極管具有單向?qū)щ娦?，即正向電阻較小，反向電阻很大或接近無(wú)窮大2.用多用電表探測(cè)黑盒內(nèi)的電學(xué)元件的基本思路依據(jù)以上思路探測(cè)出黑盒內(nèi)有哪些電學(xué)元件后，再依據(jù)各接點(diǎn)間的測(cè)量數(shù)據(jù)和串聯(lián)、并聯(lián)電路的特點(diǎn)進(jìn)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(cè)黑盒內(nèi)各接點(diǎn)間的電阻前，必需先用電壓擋測(cè)量各接點(diǎn)間的電壓，看是否有電壓，有電壓的接點(diǎn)間絕不能再用電阻擋進(jìn)行測(cè)量．在分析和解答黑盒問(wèn)題時(shí)，還必需留意問(wèn)題的多解性，因?yàn)椴煌膬?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(gè)接線(xiàn)柱A、B、C、D，盒內(nèi)有四個(gè)阻值都是6Ω的電阻，分別通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)接在接線(xiàn)柱上，用多用電表的電阻擋測(cè)得各接線(xiàn)柱間的電阻值如下：RAB＝6Ω，RAC＝RAD＝10Ω，RCD＝RBC＝RBD＝4Ω.試畫(huà)出黑盒內(nèi)電阻的連接圖．解答本題時(shí)應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：(1)兩個(gè)6Ω的電阻串聯(lián)再和一個(gè)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(gè)6Ω的電阻串聯(lián)，可以得到10Ω的電阻值．【答案】見(jiàn)解析圖【解析】由測(cè)量數(shù)據(jù)推斷盒內(nèi)電阻的連接狀況．RAB＝6Ω，說(shuō)明A、B兩接線(xiàn)柱之間只有一個(gè)6Ω的電阻；RAC＝RAD＝10Ω，說(shuō)明在A、C及A、D兩組接線(xiàn)柱之間除有上面分析的一個(gè)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(gè)電阻中的兩個(gè)串聯(lián)再和另一個(gè)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(gè)接線(xiàn)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(gè)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(gè)接線(xiàn)柱，已知黑箱內(nèi)的電器元件只有兩個(gè)，某同學(xué)利用多用電表電壓擋測(cè)量，各接線(xiàn)柱間電壓均為零，利用歐姆擋依次進(jìn)行6次測(cè)量，將每次紅黑表筆的位置、測(cè)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(huà)出黑箱中的電路圖．答案：見(jiàn)解析圖解析：用電壓表測(cè)量各接線(xiàn)柱間電壓為零，說(shuō)明電路中無(wú)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(shuō)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(fù)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(xiàng)B中沒(méi)有可調(diào)電阻，錯(cuò)誤；選項(xiàng)A中電源正、負(fù)極接反了，錯(cuò)誤；選項(xiàng)D電流表的正、負(fù)接線(xiàn)柱接反了，錯(cuò)誤；C正確．2．下圖所示是一個(gè)歐姆表的外部構(gòu)造示意圖，其正、負(fù)插孔內(nèi)分別插有紅、黑表筆，則虛線(xiàn)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(mǎn)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(dòng)勢(shì)E＝1.5V．用它測(cè)量電阻Rx，能精確測(cè)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(cè)量電阻時(shí)，指針指在表盤(pán)中心旁邊時(shí)測(cè)量結(jié)果比較精確．當(dāng)電流最大時(shí)，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(cè)