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2019-2020年高中物理 第二章 恒定電流 2.8 多用電表的原理導學案新人教版選修3-1 學習 目標 1．通過用閉合電路歐姆定律對歐姆表的結(jié)構(gòu)分析，知道歐姆表測量電阻的原理。 2．知道歐姆表表盤的刻度特點和調(diào)零方法。 3．通過引導和學生討論，明白多量程多用電表的基本結(jié)構(gòu)和特點。 學習 疑問 學習 建議 知識點一、歐姆表原理(多用電表測電阻原理) 1.構(gòu)造：如圖所示，歐姆表由電流表G、電池、調(diào)零電阻R和紅、黑表筆組成. 歐姆表內(nèi)部：電流表、電池、調(diào)零電阻串聯(lián). 外部：接被測電阻Rx. 全電路電阻R總＝Rg＋R＋r＋Rx. 2.工作原理：閉合電路歐姆定律 I＝. 3.刻度的標定：紅、黑表筆短接(被測電阻Rx＝0)時，調(diào)節(jié)調(diào)零電阻R，使I＝Ig，電流表的指針達到滿偏，這一過程叫歐姆調(diào)零. (1)當I＝Ig時，Rx＝0，在滿偏電流Ig處標為“0”.(圖甲) (2)當I＝0時，Rx→∞，在I＝0處標為“∞”.(圖乙) (3)當I＝時，Rx＝Rg＋R＋r，此電阻值等于歐姆表的內(nèi)阻值，Rx叫中值電阻. 知識點二、多用電表 1．用途：共用一個表頭，可分別測量電壓、電阻、電流等物理量． 2．最簡單的多用電表原理圖： 如圖(1)所示，當單刀多擲開關(guān)接通1時，可作為 使用，接通2時，可作為 使用，接通3時，可作為 使用． 圖（1） 3．外部結(jié)構(gòu)名稱： ①如圖(2)是一種多用電表外形圖，表的上半部分為 ，下半部分 圖（2） 是 ，周圍標有測量功能的區(qū)域及量程． ②將選擇開關(guān)旋轉(zhuǎn)到電流擋，多用電表內(nèi)的電流表電路就被接通，選擇開關(guān)旋轉(zhuǎn)到電壓擋或電阻擋，表內(nèi)的電壓表電路或歐姆表電路就被接通． ③多用電表面板上還有：歐姆表的歐姆調(diào)零旋鈕(使電表指針指在右端零歐姆處)、指針定位螺絲(使電表指針指在左端的“0”位置)、表筆的正、負插孔(紅表筆插入“ ”插孔，黑表筆插入“ ”插孔)。 ④在不使用時，應(yīng)把選擇開關(guān)旋到“ ”擋，或交流電壓最高擋． 【合作探究一】練習使用多用電表 1.實驗器材 多用電表、直流電源、開關(guān)、導線若干、小燈泡、二極管、定值電阻(大、中、小)三個. 2.實驗步驟 (1)觀察：觀察多用電表的外形，認識選擇開關(guān)的測量項目及量程. (2)機械調(diào)零：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. (3)將紅、黑表筆分別插入“＋”、“－”插孔. (4)測量小燈泡的電壓和電流. ①按圖甲所示的電路圖連好電路，將多用電表選擇開關(guān)置于直流電壓擋，測小燈泡兩端的電壓. ②按圖乙所示的電路圖連好電路，將選擇開關(guān)置于直流電流擋，測量通過小燈泡的電流. (5)測量定值電阻 ①根據(jù)被測電阻的估計阻值，選擇合適的擋位，把兩表筆短接，觀察指針是否指在歐姆表的“0”刻度，若不指在歐姆表的“0”刻度，調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕，使指針指在歐姆表的“0”刻度處； ②將被測電阻接在兩表筆之間，待指針穩(wěn)定后讀數(shù)； ③讀出指針在刻度盤上所指的數(shù)值，用讀數(shù)乘以所選擋位的倍率，即得測量結(jié)果； ④測量完畢，將選擇開關(guān)置于交流電壓最高擋或“OFF”擋. (6)二極管的單向?qū)щ娦? ①晶體二極管是由半導體材料制成的，它有兩個極，即正極和負極，它的符號如圖甲所示. ②晶體二極管具有單向?qū)щ娦?符號上的箭頭表示允許電流通過的方向).當給二極管加正向電壓時，它的電阻很小，電路導通，如圖乙所示；當給二極管加反向電壓時，它的電阻很大，電路截止，如圖丙所示. ③將多用電表的選擇開關(guān)撥到歐姆擋，紅、黑表筆接到二極管的兩極上，當黑表筆接“正”極，紅表筆接“負”極時，電阻示數(shù)較小，反之電阻示數(shù)很大，由此可判斷出二極管的正、負極. 【歸納總結(jié)】 1.多用電表使用注意事項 (1)表內(nèi)電源正極接黑表筆，負極接紅表筆，但是紅表筆插入“＋”插孔，黑表筆插入“－”插孔，注意電流的實際方向應(yīng)為“紅入”，“黑出”. (2)區(qū)分“機械零點”與“歐姆零點”.機械零點是表盤刻度左側(cè)的“0”位置，調(diào)整的是表盤下邊中間的指針定位螺絲；歐姆零點是指刻度盤右側(cè)的“0”位置，調(diào)整的是歐姆調(diào)零旋鈕. (3)由于歐姆擋表盤難以估讀，測量結(jié)果只需取兩位有效數(shù)字，讀數(shù)時注意乘以相應(yīng)擋位的倍率. (4)使用多用電表時，手不能接觸表筆的金屬桿，特別是在測電阻時，更應(yīng)注意不要用手接觸表筆的金屬桿. (5)測量電阻時待測電阻要與其他元件和電源斷開，否則不但影響測量結(jié)果，甚至可能損壞電表. (6)測電阻時每換一擋必須重新歐姆調(diào)零. (7)使用完畢，選擇開關(guān)要置于交流電壓最高擋或“OFF”擋.長期不用，應(yīng)把表內(nèi)電池取出. 【典題探究】 例1．用多用表測直流電壓U和電阻R時，若紅表筆插入正(＋)插孔，則(　 　) A．前者(測電壓U)電流從紅表筆流入多用表，后者(測電阻R)電流從紅表筆流出多用表 B．前者電流從紅表筆流出多用表，后者電流從紅表筆流入多用表 C．前者電流從紅表筆流入多用表，后者電流也從紅表筆流入多用表 D．前者電流從紅表筆流出多用表，后者電流從紅表筆流出多用表 例2．（多選）調(diào)零后，用“10”擋測量一個電阻的阻值，發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)角度很小，正確的判斷和做法是(　 　) A．這個電阻阻值很小 B．這個電阻阻值較大 C．為了把電阻值測得更準一些，應(yīng)換用“1”擋重新測量 D．為了把電阻值測得更準一些，應(yīng)換用“100”擋重新測量 例3．（多選）用多用表歐姆擋測電阻，下列說法中那些是錯誤的(　 　) A．測量前必須調(diào)零，而且每測一次電阻都要重新調(diào)零 B．每次換擋后都必須重新調(diào)零 C．待測電阻如果是連在某電路中，應(yīng)該把它先與其他元件斷開，再進行測量 D．兩個表筆與待測電阻接觸良好才能測得較準，為此應(yīng)當將兩只手分別將兩只表筆與電阻兩端緊緊地捏在一起 【合作探究二】電表的讀數(shù)方法 1.歐姆表的度數(shù) 刻度盤上所指的數(shù)值，乘以所選擋位的倍率，即得測量結(jié)果。 2.電壓表和電流表的讀數(shù) 根據(jù)量程和格數(shù)，求出最小分度。最小分度是“1”的，估讀到最小分度的下一位，按最小分度的十分之一估讀。最小分度是“2“的估讀到最小分度的本位，不足半格的舍去，超過半格的按半格估讀。最小分度是“5”的估讀到最小分度的本位，按五分之幾估讀。 【典題探究】 例4．如圖為一正在測量中的多用電表表盤。 (1)如果是用直流2.5V擋測量電壓，則讀數(shù)為________V。 (2)如果是用直流5mA擋測量電流，則讀數(shù)為________mA。 (3)如果是用“100”擋測量電阻，則讀數(shù)為________Ω。 例5.如圖所示，為多用電表的表盤，測電阻時，若用的是“100”擋，這時指針所示被測電阻的阻值應(yīng)為________Ω；測直流電流時，用的是100 mA的量程，指針所示電流值為________mA；測直流電壓時，用的是50 V量程，則指針所示的電壓值為________V.　　 例6. 如圖所示為多用電表的刻度盤．若選用倍率為“100”的歐姆擋測電阻時，表針如圖所示，則： (1)所測電阻的阻值為__ ___Ω；如果要用此多用電表測量一個阻值約為2.0104 Ω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“1 k”)． (2)用此多用電表進行測量，當選用量程為50 mA的直流電流擋測量電流時，表針指于圖示位置，則所測電流為______mA；當選用量程為250 mA的直流電流擋測量電流時，表針指于圖示位置，則所測電流為________mA. (3)當選用量程為10 V的直流電壓擋測量電壓時，表針也指于圖示位置，則所測電壓為___ ___ V. 【合作探究三】多用電表對電路故障的檢測 1．斷路故障的檢測方法 ①將多用電表撥到直流電壓擋作為電壓表使用. a.將電壓表與電源并聯(lián)，若電壓表示數(shù)不為零，說明電源良好，若電壓表示數(shù)為零，說明電源損壞. b.在電源完好時，再將電壓表與外電路的各部分電路并聯(lián).若電壓表示數(shù)等于電源電動勢，則說明該部分電路中有斷點. ②將多用電表撥到直流電流擋作為電流表使用，將電流表串聯(lián)在電路中，若電流表的示數(shù)為零，則說明與電流表串聯(lián)的部分電路斷路. ③用歐姆擋檢測 將各元件與電源斷開，然后接到紅、黑表筆間，若有阻值(或有電流)說明元件完好，若電阻無窮大(或無電流)說明此元件斷路.不能用歐姆表檢測電源的情況. 2．短路故障的檢測方法 ①將電壓表與電源并聯(lián)，若電壓表示數(shù)為零，說明電源被短路；若電壓表示數(shù)不為零，則外電路的部分電路不被短路或不完全被短路. ②用電流表檢測，若串聯(lián)在電路中的電流表示數(shù)不為零，故障應(yīng)是短路. 【典題探究】 例7．如圖所示，電源電動勢為6V，當開關(guān)接通時，燈泡L1和L2都不亮，用電壓表測得各部分電壓Uad＝0，Ucd＝6V，由此可以判定(　 　) A．L1和L2的燈絲都斷了 B．L1的燈絲斷了 C．L2的燈絲斷了 D．變阻器R斷路 例8. (1)某同學按如圖15所示的電路圖連接元件后，閉合開關(guān)S，發(fā)現(xiàn)A、B燈都不亮，該同學用多用電表的歐姆擋檢查電路的故障，檢查前，應(yīng)將開關(guān)S________.(填“閉合”或“斷開”) (2)若(1)中同學檢查結(jié)果如下表所示，由此可以確定( 　) 測試點 b、f b、e b、d d、e 多用電表示數(shù) 無窮大 無窮大 500 Ω 無窮大 A.燈A斷路 B．燈B斷路 C．燈A、B都斷路 D．d、e間導線斷路 【層次一】 1．用歐姆表“10”擋測量一個電阻的阻值，調(diào)零后測量時，發(fā)現(xiàn)指針的偏轉(zhuǎn)角度很大，下列說法正確的是(　 　) A．流過歐姆表電流過小 B．這個電阻值很大 C．為了把電阻測得更準確些，應(yīng)換用“1”擋，重新調(diào)零后再測量 D．為了把電阻測得更準確些，應(yīng)換用“100”擋，重新調(diào)零后再測量 2．一個用滿偏電流為3 mA的電流表改裝成的歐姆表，調(diào)零后用它測量500 Ω的標準電阻時，指針恰好指在刻度盤的正中間．如用它測量一個未知電阻時，指針指在1 mA處，則被測電阻的阻值為(　 　) A．1 000 Ω B．5 000 Ω C．1 500 Ω D．2 000 Ω 3．（多選）關(guān)于多用電表的使用，下列說法不正確的是(　 　) A．待測電阻不跟別的元件斷開，其測量值將偏大 B．測量電阻時，用兩手碰表筆的金屬桿，其測量值偏小 C．測量電阻時，如果電路不和電源斷開，可能出現(xiàn)燒壞表頭的情況 D．用多用電表測量60 W燈泡的電阻，其阻值比用額定電壓和額定功率算出的電阻大 4. （多選）下列關(guān)于多用電表電阻擋的說法中，正確的是(　 　) A．表盤刻度是不均勻的，從零刻度處開始，刻度值越大處，刻度越疏 B．紅表筆是與表內(nèi)的電源的正極相連的 C．測電阻時，首先要把紅、黑表筆短接進行調(diào)零，然后再去測電阻 D．為了減小誤差，應(yīng)盡量使指針指在中間刻度附近 5. 某同學利用多用電表測量二極管的反向電阻．完成下列測量步驟： (1)檢查多用電表的機械零點． (2)將紅、黑表筆分別插入正、負表筆插孔，將選擇開關(guān)撥至電阻測量檔適當?shù)牧砍烫帲? (3)將紅、黑表筆________，進行歐姆調(diào)零． (4)測反向電阻時，將__ ___表筆接二極管正極，將________表筆接二極管負極，讀出電表示數(shù)． (5)為了得到準確的測量結(jié)果，應(yīng)讓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)撥向____ ____位置． 6. (1)用多用表的歐姆擋測量阻值約幾十千歐的電阻Rx，以下給出的是可能的實驗操作步驟，其中S為選擇開關(guān)，P為歐姆擋調(diào)零旋鈕．把你認為正確步驟前的字母按合理的順序填寫在下面的橫線上．______ ______________. a．將兩表筆短接，調(diào)節(jié)P使指針對準刻度盤上歐姆擋的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使其尖端對準歐姆擋1 k d．旋轉(zhuǎn)S使其尖端對準歐姆擋100 e．旋轉(zhuǎn)S使其尖端對準交流500 V擋，并拔出兩表筆 (2)根據(jù)如圖所示指針位置，此被測電阻的阻值約為___ _____ Ω. (3)下述關(guān)于用多用表歐姆擋測電阻的說法中正確的是___ _____． A．測量電阻時，如果指針偏轉(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，如果紅、黑表筆分別插在負、正插孔，則會影響測量結(jié)果； C．測量電路中的某個電阻，應(yīng)該把該電阻與電路斷開； D．測量阻值不同的電阻時，都必須重新調(diào)零。 7.在正確操作的情況下，多用電表的指針和螺旋測微器指在圖示位置。 （1）若選擇開關(guān)置于位置a，則測量的物理量是 ，測量結(jié)果 為 V。 （2）若選擇開關(guān)置于位置b，則測量的物理量是 ，測量結(jié)果為 mA。 （3）若選擇開關(guān)置于位置c，則測量結(jié)果 Ω。 （4）螺旋測微器的示數(shù)為 mm。 8. （多選）如圖所示是簡化的多用電表的電路。轉(zhuǎn)換開關(guān)S與不同接點連接，就組成不同的電表，下面是幾位同學對這一問題的議論，請你判斷他們中說法正確的是(　 　) A．S與1、2連接時，多用電表就成了電流表，且前者量程較大 B．S與3、4連接時，多用表就成了歐姆表，且A 接線柱為紅表筆 C．S與5、6連接時，多用表就成了電壓表，且前者量程較小 D．S與5、6連接時，多用表就成了電壓表，且前者量程較大 【層次二】 9.某同學用量程為1 mA、內(nèi)阻為120 Ω的表頭按圖9(a)所示電路改裝成量程分別為1 V和1 A的多用電表．圖中R1和R2為定值電阻，S為開關(guān)．回答下列問題： (1)根據(jù)圖(a)所示的電路，在圖(b)所示的實物圖上連線． (2)開關(guān)S閉合時，多用電表用于測量__________(選填“電流”“電壓”或“電阻”)；開關(guān)S斷開時，多用電表用于測量___ ______(選填“電流”、“電壓”或“電阻”)． (3)表筆A應(yīng)為________色(填“紅”或“黑”)． (4)定值電阻的阻值R1＝______ __ Ω，R2＝____ ____ Ω.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 10.多用電表表頭的示意圖如圖所示．在正確操作的情況下： (1)若選擇開關(guān)的位置如a箭頭所示，則測量的物理量是___ _， 測量結(jié)果為___ __ __V． (2)若選擇開關(guān)的位置如b箭頭所示，則測量的物理量是___ _ __， 測量結(jié)果為__ __ mA． (3)若選擇開關(guān)的位置如c箭頭所示，則測量的物理量是___ ___ _， 測量結(jié)果為_ _ __ kΩ． (4)若選擇開關(guān)的位置如c箭頭所示，正確操作后發(fā)現(xiàn)指針的偏轉(zhuǎn)角很小，那么接下來的正確操作步驟應(yīng)該依次為：___ ___， _ __， ___ __ ___. (5)全部測量結(jié)束后，應(yīng)把選擇開關(guān)撥到 __ 擋或者___ 擋． (6)無論用多用電表進行何種測量(限于直流)，電流都應(yīng)該從___ __色表筆經(jīng)__ ___插孔流入電表． 11．使用多用電表測量電阻時，多用電表內(nèi)部的電路可以等效為一個直流電源(一般為電池)、一個電阻和一表頭相串聯(lián)，兩個表筆分別位于此串聯(lián)電路的兩端?，F(xiàn)需要測量多用電表內(nèi)電池的電動勢，給定的器材有：待測多用電表，量程為60mA的電流表，電阻箱，導線若干。實驗時，將多用電表調(diào)至“1”擋，調(diào)好零點；電阻箱置于適當數(shù)值。完成下列填空： (1)儀器連線如圖1所示(a和b是多用電表的兩個表筆)。若兩電表均正常工作，則表筆a為________(填“紅”或“黑”)色。 (2)若適當調(diào)節(jié)電阻箱后，圖中多用電表、電流表與電阻箱的示數(shù)分別如圖2、3、4所示，則多用電表的讀數(shù)為________Ω，電流表的讀數(shù)為_ _____mA，電阻箱的讀數(shù)為________Ω。 (3)將圖中多用電表的兩表筆短接，此時流過多用電表的電流為________mA。(保留3位有效數(shù)字) (4)計算得到多用電表內(nèi)電池的電動勢為_____ ___V。(保留3位有效數(shù)字) 12.某學生實驗小組利用如圖所示電路，測量多用電表內(nèi)電池的電動勢和電阻“1 k”擋內(nèi)部電路的總電阻．使用的器材有： 多用電表； 電壓表：量程5 V，內(nèi)阻十幾千歐； 滑動變阻器：最大阻值5 kΩ； 導線若干． 回答下列問題： (1)將多用電表擋位調(diào)到電阻“1 k”擋，再將紅表筆和黑表筆___　_____，調(diào)零點． (2)將圖中多用電表的紅表筆和________(填“1”或“2”)端相連，黑表筆連接另一端． (3)將滑動變阻器的滑片調(diào)到適當位置，使多用電表的示數(shù)如下圖甲所示，這時電壓表的示數(shù)如圖乙所示．多用電表和電壓表的讀數(shù)分別為________ kΩ和________ V. (4)調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使其接入電路的阻值為零．此時多用電表和電壓表的讀數(shù)分別為12.0 kΩ和4.00 V．從測量數(shù)據(jù)可知，電壓表的內(nèi)阻為________ kΩ. (5)多用電表電阻擋內(nèi)部電路可等效為由一個無內(nèi)阻的電池、一個理想電流表和一個電阻串聯(lián)而成的電路，如右圖所示．根據(jù)前面的實驗數(shù)據(jù)計算可得，此多用電表內(nèi)電池的電動勢為___ ___ V，電阻“1 k”擋內(nèi)部電路的總電阻為___ _____ kΩ.