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2019-2020年高中物理教科版選修3-1：第二章 直流電路 學(xué)案10 [學(xué)習(xí)目標(biāo)定位] 1.了解歐姆表的原理，了解歐姆表的表盤刻度等問題，并學(xué)會使用歐姆表.2.了解多用電表的構(gòu)造及制作原理.3.動手操作，學(xué)會用多用電表測量電壓、電流及二極管的正、反向電阻． 一、認識多用電表 1．歐姆表內(nèi)部構(gòu)造：由表頭、電池和可變電阻三部分組成． 2.歐姆表的測量原理：如圖1所示 ，當(dāng)紅、黑表筆間接入待測電阻R時，通過表頭的電流為I時，待測阻值R＝－(r＋Rg＋R0)，由于待測電阻的數(shù)值與電流表的示數(shù)是一一對應(yīng)的，只要把表頭的刻度盤改刻成相應(yīng)電阻的數(shù)值，該裝置就成為直接讀出電阻值的歐姆表了． 圖1 3．將電流表、電壓表和歐姆表共同使用一個表頭，就成為多用電表，也稱萬用表． 4．作為電流表使用時，表頭并聯(lián)有分流電阻． 5．作為電壓表使用時，表頭串聯(lián)有分壓電阻． 6．作為歐姆表使用時，表頭串聯(lián)了電池和調(diào)零電阻． 7．外形結(jié)構(gòu)：上半部是表頭，表頭的下部有一個定位螺絲，使用前，應(yīng)先檢查指針是否指在左邊“0”刻度處；下半部的中心部位是選擇開關(guān)． 二、練習(xí)使用多用電表 1．用多用電表測量電流和電壓：接入多用電表時要注意電流從紅表筆進入電表；從黑表筆流出電表，讀數(shù)時要注意所選擇的量程． 2．用多用電表測量電阻： (1)先把選擇開關(guān)旋到電阻擋的適當(dāng)倍率處；(2)把兩支表筆相互接觸，調(diào)整電阻擋調(diào)零旋鈕，使指針指在電阻擋的“0”刻度線處；(3)再把待測電阻(待測電阻不能與其他電源或其他電阻連接)的兩端分別與兩支表筆接觸，讀出指針的示數(shù)再乘以相應(yīng)的倍率，即為所測電阻阻值． 3．用多用電表判斷二極管的正負極： (1)選擇電阻擋的適當(dāng)量程，讓兩支表筆分別接觸二極管的兩根引線；(2)變換兩表筆位置再次與二極管的兩根引線接觸；(3)電阻較小時接觸黑表筆的一端是正極，另一端是負極． 一、歐姆表 [問題設(shè)計] 1．電壓表、大量程電流表都是由電流表改裝的，那么我們?nèi)绾伟央娏鞅砀难b成測量電阻的歐姆表？畫出原理圖． 答案　可以用如圖所示的電路將電流表改裝成歐姆表． 2．當(dāng)紅、黑表筆短接時(如圖2所示)，調(diào)節(jié)R的阻值，使指針指到滿刻度，此時紅、黑表筆之間電阻為多大？當(dāng)紅、黑表筆不接觸時(如圖3所示)，指針不偏轉(zhuǎn)，即指向電流表的零點．此時，紅、黑表筆之間電阻為多大？ 　 　　　　　 圖2　　 　　　圖3 答案　零　無窮大 3．當(dāng)在紅、黑表筆間接入某一電阻Rx，指針恰好指在刻度盤的中間位置，此時Rx與歐姆表內(nèi)阻有什么關(guān)系？ 答案　阻值相等 [要點提煉] 1．當(dāng)紅、黑表筆斷開時，電流表中電流為零，此時表筆間電阻無窮大，所以在表盤上電流零處標(biāo)電阻“∞”；當(dāng)紅、黑表筆短接時，調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零電阻，使電流表指針滿偏，此時表筆間電阻為零，所以在電流滿偏處標(biāo)電阻“0”． 2．I與Rx不成比例，歐姆表的刻度不均勻． 3．歐姆表偏角越大，表明被測電阻越?。? 4．中值電阻：當(dāng)外加電阻Rx＝r＋Rg＋R0時，電流為I＝＝Ig，此時電流表指針指在刻度盤的中央，該電阻叫中值電阻． 二、多用電表 [問題設(shè)計] 圖4分別表示電流表、歐姆表、電壓表的電路示意圖，試把它們組合在一起，在圖5的基礎(chǔ)上畫出最簡單的多用電表的電路． 圖4 圖5 答案　 [要點提煉] 1．電流表的改裝原理：由同一表頭并聯(lián)(“串聯(lián)”或“并聯(lián)”)不同電阻改裝而成的量程不同的電流表． 2．電壓表的改裝原理：由同一表頭串聯(lián)(“串聯(lián)”或“并聯(lián)”)不同電阻改裝而成的量程不同的電壓表． 3．歐姆表的改裝原理：將對應(yīng)Rx的電流刻度值改為電阻值即為歐姆表． 4．電流進、出電表的流向： (1)電流檔串聯(lián)接入電路，電流從紅表筆流進電表，從黑表筆流出； (2)電壓檔并聯(lián)接入電路，紅表筆接高電勢點，黑表筆接低電勢點，電流仍然是“紅進、黑出”； (3)使用歐姆擋時，紅表筆連接表內(nèi)電源的負極，黑表筆連接表內(nèi)電源的正極．電流仍然是“紅進、黑出”． 三、使用多用電表的注意事項 1．電流都是從紅表筆流入，從黑表筆流出． 2．電壓、電流的讀數(shù)要看清選擇開關(guān)所選擇的量程，搞清楚每一小格表示多少，及應(yīng)讀到的有效數(shù)字位數(shù)． 3．測電阻時注意： (1)測電阻必須把待測電阻隔離． (2)兩個調(diào)零過程，切記換擋需進行歐姆調(diào)零． (3)讀數(shù)時應(yīng)乘以相應(yīng)的倍率． (4)合理選擇量程，使指針盡可能指在中值附近． (5)歐姆表的表盤刻度不均，一般不估讀． (6)電池用舊后，內(nèi)電阻會變大，要及時換電池． 4．實驗完畢，將表筆從插孔中拔出，并將選擇開關(guān)置于“OFF”擋或旋至交流電壓的最大量程處．若長期不用，應(yīng)將多用電表內(nèi)的電池取出． 一、歐姆表測電阻的原理 例1　若某歐姆表表頭的滿偏電流為5 mA，內(nèi)裝一節(jié)干電池，電動勢為1.5 V，那么該歐姆表的內(nèi)阻為________ Ω，待測電阻接入紅、黑兩表筆之間時，指針指在刻度盤的中央，則待測電阻的阻值為________ Ω，若指針指在滿刻度的處，則待測電阻的阻值為________ Ω. 答案　300　300　100 二、多用電表的使用和讀數(shù) 例2　為確定某電子元件的電氣特性，做如下測量． (1)用多用表測量該元件的電阻，選用“100”倍率的電阻擋測量，發(fā)現(xiàn)多用表指針偏轉(zhuǎn)過大，因此需選擇________倍率的電阻擋(填：“10”或“1k”)，并________再進行測量，多用表的示數(shù)如圖6所示，測量結(jié)果為________Ω. 圖6 (2)將待測元件(額定電壓9 V)、蓄電池、滑動變阻器、電流表、多用表、電鍵及若干導(dǎo)線連接成電路如圖7所示．添加連線，使電路能測量該元件完整的伏安特性． 圖7 本實驗中使用多用表測電壓，多用表的選擇開關(guān)應(yīng)調(diào)到______________擋(填：“直流電壓10 V”或“直流電壓50 V”)． 解析　(1)用多用表測量該元件的電阻，選用“100”倍率的電阻擋測量，發(fā)現(xiàn)多用表指針偏轉(zhuǎn)過大，說明電阻較小，因此需選擇10倍率的電阻擋，并歐姆調(diào)零后再進行測量，多用表的示數(shù)如題圖所示，測量結(jié)果為70 Ω. (2) 要測量該元件完整的伏安特性，必須連接成分壓電路．本實驗中使用多用表測電壓，多用表的選擇開關(guān)應(yīng)調(diào)到直流電壓10 V擋． 答案　(1)10　歐姆調(diào)零　70 (2)電路如圖所示　直流電壓10 V 如圖8所示為多用電表的示意圖，試回答下列問題： 圖8 (1)當(dāng)選擇開關(guān)位置旋至“mA”擋中的“10”擋位時，則測量的是__________________． (2)當(dāng)選擇開關(guān)位置旋至“V”擋中的“50”擋位時，則測量的是______________________． (3)當(dāng)選擇開關(guān)位置旋至“Ω”擋中的“100”擋位時，則測量的電阻大小等于____________________． (4)當(dāng)選擇開關(guān)位置旋至“Ω”擋中的“100”擋位時，正確操作后發(fā)現(xiàn)指針的偏轉(zhuǎn)角很小，那么正確的操作步驟依次是：①______________，②______________，③________________. (5)無論用多用電表進行何種(直流)操作測量，電流都應(yīng)該是從__________表筆經(jīng)____________插孔流入電表． 答案　(1)量程為0～10 mA的直流電流　(2)量程為0～50 V的直流電壓　(3)讀數(shù)100 Ω　(4)①換擋位“1 k”　②將表筆短接重新進行調(diào)零?、蹖㈦娮枧c其他元件斷開后進行測量　(5)紅　“＋” 解析　當(dāng)多用電表的選擇開關(guān)置于相應(yīng)的物理量區(qū)域時，多用電表就可以測量該量，開關(guān)所指的數(shù)值就是所測量的量程，需要注意的是：由于測電阻的原理和測電流、電壓的原理不同，當(dāng)選擇開關(guān)在測電阻區(qū)域時，對應(yīng)的數(shù)值是倍率，而不是量程．當(dāng)然，倍率越大，測量的電阻也就越大；倍率越小，測量的電阻就越?。捎跍y電阻是應(yīng)用閉合電路的歐姆定律，每次換擋位時，都會改變閉合電路的阻值，因此換擋位后必須進行歐姆調(diào)零．多用電表在測量時，紅表筆要插入“＋”插孔，黑表筆要插入“－”插孔，這樣，在測量電路中，電流應(yīng)從紅表筆流入． 題組一　多用電表的原理 1．以下是歐姆表原理的電路示意圖，正確的是(　　) 答案　C 解析　選項B的歐姆表中沒有可調(diào)電阻，B錯；選項D電流表的負極接到了電源的正極，D錯；紅表筆應(yīng)接電源的負極，黑表筆應(yīng)接電源的正極，A錯，C對． 2．用歐姆表測一個電阻的阻值R，選擇旋鈕置于“10”擋，測量時指針指在100與200刻度弧線的正中間，可以確定(　　) A．R＝150 Ω B．R＝1 500 Ω C．1 000 Ω＜R＜1 500 Ω D．1 500 Ω＜R＜2 000 Ω 答案　C 解析　表盤右疏左密，所以指針指在100與200刻度弧線的正中間，可以確定1 000 Ω＜R＜1 500 Ω，故選C. 3．如圖1所示為簡單歐姆表原理示意圖，其中電流表的滿偏電流Ig＝300 μA，內(nèi)阻Rg＝100 Ω，可變電阻R的最大阻值為10 kΩ，電源的電動勢E＝1.5 V，內(nèi)阻r＝0.5 Ω，圖中與接線柱A相連的表筆顏色應(yīng)是________色，按正確使用方法測量電阻Rx的阻值時，指針指在刻度盤的正中央，則Rx＝________ kΩ. 圖1 答案　紅　5 題組二　多用電表的讀數(shù) 4．如圖2所示為一多用電表表盤． 圖2 (1)如果用直流10 V擋測量電壓，則讀數(shù)為______ V. (2)如果用直流100 mA擋測量電流，則讀數(shù)為________ mA. (3)如果用100擋測電阻，則讀數(shù)為________ Ω. 答案　(1)6.6　(2)66　(3)800 解析　直流電壓、電流讀數(shù)時用中間刻度線，電壓表讀數(shù)為6.6 V，電流表讀數(shù)為66 mA，歐姆表讀數(shù)時用上面刻度線，讀數(shù)為800 Ω. 5．如圖3所示為多用電表的表盤，測電阻時，若用的是“100”擋，這時指針?biāo)颈粶y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?biāo)倦娏髦禐開_______mA；測直流電壓時，用的是50 V量程，則指針?biāo)镜碾妷褐禐開_______V. 圖3 答案　1 700　47　23.5 解析　若用“100”擋測電阻時，指針讀數(shù)為：17100 Ω＝1 700 Ω 若用量程100 mA測直流電流時，讀數(shù)為：4.710 mA＝47 mA 若用量程50 V測直流電壓時，讀數(shù)為23.5 V 題組三　多用電表的使用和測量 6．在使用多用電表測電阻時，以下說法正確的是(　　) A．使用前檢查指針是否指在電阻擋的“∞”處 B．每換一次擋位，都必須重新進行歐姆調(diào)零 C．在外電路中，電流從黑表筆流經(jīng)被測電阻到紅表筆 D．測量時，若指針偏角較小，應(yīng)換倍率較小的擋位來測量 答案　ABC 解析　指針偏角小，示數(shù)大，應(yīng)換用倍率大的擋位重新測量，故D錯誤． 7．一學(xué)生使用多用電表測電阻，他在實驗中有違反使用規(guī)則的地方．他的主要實驗步驟如下： A．把選擇開關(guān)置于“1”的歐姆擋； B．把表筆插入插孔中，先把兩表筆相接觸，旋轉(zhuǎn)調(diào)零旋鈕，使指針指在電阻刻度的零刻線上； C．把兩表筆分別與某一待測電阻的兩端相連，發(fā)現(xiàn)這時指針偏轉(zhuǎn)角度較??； D．換用“100”擋，發(fā)現(xiàn)這時指針偏轉(zhuǎn)適中，隨即記下電阻值； E．把表筆從插孔中拔出后，就把多用電表放回桌上原處，實驗完畢． 這個學(xué)生已經(jīng)注意到在測量時待測電阻與其他元件或電源斷開，不用手碰表筆的金屬桿．這個學(xué)生在實驗中哪一個或哪些步驟違反了使用規(guī)則？ 答案　見解析 解析　D步驟中應(yīng)先調(diào)零后再測電阻；E步驟中應(yīng)將選擇開關(guān)置于“OFF”或交流電壓最高擋． 8．用如圖4所示的多用電表測量電阻，要用到選擇開關(guān)K和兩個部件S、T.請根據(jù)下列步驟完成電阻測量： 圖4 (1)旋動部件________，使指針對準電流的“0”刻線． (2)將K旋轉(zhuǎn)到電阻擋“100”的位置． (3)將插入“＋”、“－”插孔的表筆短接，旋動部件______，使指針對準電阻的________(填“0刻線”或“∞刻線”)． (4)將兩表筆分別與待測電阻相接，發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)角度過?。疄榱说玫奖容^準確的測量結(jié)果，請從下列選項中挑出合理的步驟，并按______的順序進行操作，再完成讀數(shù)測量． A．將K旋轉(zhuǎn)到電阻擋“1 k”的位置 B．將K旋轉(zhuǎn)到電阻擋“10”的位置 C．將兩表筆的金屬部分分別與被測電阻的兩根引線相接 D．將兩表筆短接，旋動合適部件，對電表進行校準 答案　(1)S　(3)T　0刻線　(4)ADC 解析　使指針對準電流的“0”刻線，應(yīng)旋動機械調(diào)零部件S；使指針對準電阻的“0”刻線，應(yīng)旋動歐姆調(diào)零部件T；測電阻時若指針偏轉(zhuǎn)角度過小，則待測電阻的阻值很大，據(jù)歐姆表測電阻時指針盡可能接近“中值”的原則知，應(yīng)換用較大倍率的擋位，因此A合理；每換一次擋位應(yīng)重新調(diào)零，則選D；測電阻時兩表筆的金屬部分分別與被測電阻的兩根引線相連，應(yīng)選C. 題組四　綜合題組 9．實驗室有下列器材： A．電流表(0～100 μA,1.5 kΩ)； B．電流表(0～1 mA,1 kΩ)； C．變阻器(0～300 Ω)； D．變阻器(0～800 Ω)； E．干電池(1.5 V，r＝0)； 現(xiàn)要改裝一只歐姆表，從上述備用器材中，電流表應(yīng)選用______________，變阻器應(yīng)選用____________，電源應(yīng)選用________(填序號)．改裝好的歐姆表中心刻度的阻值為________________． 答案　B　D　E　1.5 kΩ 解析　若選用A電流表，需要變阻器的最小阻值為R＝－1.5 kΩ＝13.5 kΩ，C、D兩個變阻器都不能用，故不能選A電流表．若選用B電流表，需要變阻器的最小阻值為R＝－1 kΩ＝0.5 kΩ＝500 Ω，D變阻器可以滿足，故電流表選B，變阻器選D.由于只有一個電源，故電源選E.歐姆表中心刻度的阻值為R中＝R內(nèi)＝＝＝1.5 kΩ. 10．在如圖5所示的電路中，電源的電動勢E＝1.5 V，內(nèi)阻r＝0.5 Ω，電流表滿偏電流Ig＝10 mA，電流表電阻Rg＝7.5 Ω，A、B為接線柱． 圖5 (1)用一根導(dǎo)線把A、B直接連起來，此時，應(yīng)把可變電阻R1調(diào)節(jié)為多少才能使電流表恰好達到滿偏電流； (2)調(diào)至滿偏后保持R1的值不變，在A、B間接入一個150 Ω的定值電阻R2，電流表指針指著多少刻度的位置； (3)如果把任意電阻R接在A、B之間，電流表讀數(shù)I與R的值有什么關(guān)系． 答案　(1)142 Ω　(2)5 mA　(3)R＝－150Ω 解析　(1)因電流表電阻Rg的值不能忽略，此時可以把電流表視為一個電阻來計算．由閉合電路歐姆定律，有Ig＝ 從中解出可變電阻R1＝－Rg－r＝(－7.5－0.5)Ω＝142 Ω 這表示，當(dāng)兩個接線柱直接連到一起，且表頭指針恰好滿偏時，可變電阻R1的值需調(diào)節(jié)到142 Ω. (2)保持可變電阻R1的值不變，把R2＝150 Ω接在A、B之間，設(shè)這時電流表讀數(shù)為I2，由閉合電路歐姆定律得： I2＝＝ A ＝0.005 A＝5 mA 這表示，接入R2后，電流表指針指在“5 mA”刻度的位置． (3)把任意電阻R接到A、B之間、設(shè)電流表讀數(shù)為I，則I＝ 代入數(shù)值后，得I＝ 解出R＝－150Ω