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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(pán)刻度等問(wèn)題，并學(xué)會(huì)使用歐姆表.2.了解多用電表的構(gòu)造及制作原理.3.動(dòng)手操作，學(xué)會(huì)用多用電表測(cè)量電壓、電流及二極管的正、反向電阻． 一、認(rèn)識(shí)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(cè)量原理：如圖1所示 ，當(dāng)紅、黑表筆間接入待測(cè)電阻R時(shí)，通過(guò)表頭的電流為I時(shí)，待測(cè)阻值R＝－(r＋Rg＋R0)，由于待測(cè)電阻的數(shù)值與電流表的示數(shù)是一一對(duì)應(yīng)的，只要把表頭的刻度盤(pán)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(gè)表頭，就成為多用電表，也稱(chēng)萬(wàn)用表． 4．作為電流表使用時(shí)，表頭并聯(lián)有分流電阻． 5．作為電壓表使用時(shí)，表頭串聯(lián)有分壓電阻． 6．作為歐姆表使用時(shí)，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(gè)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(kāi)關(guān)． 二、練習(xí)使用多用電表 1．用多用電表測(cè)量電流和電壓：接入多用電表時(shí)要注意電流從紅表筆進(jìn)入電表；從黑表筆流出電表，讀數(shù)時(shí)要注意所選擇的量程． 2．用多用電表測(cè)量電阻： (1)先把選擇開(kāi)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(xiàn)處；(3)再把待測(cè)電阻(待測(cè)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(cè)電阻阻值． 3．用多用電表判斷二極管的正負(fù)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(xiàn)；(2)變換兩表筆位置再次與二極管的兩根引線(xiàn)接觸；(3)電阻較小時(shí)接觸黑表筆的一端是正極，另一端是負(fù)極． 一、歐姆表 [問(wèn)題設(shè)計(jì)] 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(cè)量電阻的歐姆表？畫(huà)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(shí)(如圖2所示)，調(diào)節(jié)R的阻值，使指針指到滿(mǎn)刻度，此時(shí)紅、黑表筆之間電阻為多大？當(dāng)紅、黑表筆不接觸時(shí)(如圖3所示)，指針不偏轉(zhuǎn)，即指向電流表的零點(diǎn)．此時(shí)，紅、黑表筆之間電阻為多大？ 　 　　　　　 圖2　　 　　　圖3 答案　零　無(wú)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(pán)的中間位置，此時(shí)Rx與歐姆表內(nèi)阻有什么關(guān)系？ 答案　阻值相等 [要點(diǎn)提煉] 1．當(dāng)紅、黑表筆斷開(kāi)時(shí)，電流表中電流為零，此時(shí)表筆間電阻無(wú)窮大，所以在表盤(pán)上電流零處標(biāo)電阻“∞”；當(dāng)紅、黑表筆短接時(shí)，調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零電阻，使電流表指針滿(mǎn)偏，此時(shí)表筆間電阻為零，所以在電流滿(mǎn)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(cè)電阻越?。? 4．中值電阻：當(dāng)外加電阻Rx＝r＋Rg＋R0時(shí)，電流為I＝＝Ig，此時(shí)電流表指針指在刻度盤(pán)的中央，該電阻叫中值電阻． 二、多用電表 [問(wèn)題設(shè)計(jì)] 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(huà)出最簡(jiǎn)單的多用電表的電路． 圖4 圖5 答案　 [要點(diǎn)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(duì)應(yīng)Rx的電流刻度值改為電阻值即為歐姆表． 4．電流進(jìn)、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(jìn)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(shì)點(diǎn)，黑表筆接低電勢(shì)點(diǎn)，電流仍然是“紅進(jìn)、黑出”； (3)使用歐姆擋時(shí)，紅表筆連接表內(nèi)電源的負(fù)極，黑表筆連接表內(nèi)電源的正極．電流仍然是“紅進(jìn)、黑出”． 三、使用多用電表的注意事項(xiàng) 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(kāi)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(cè)電阻時(shí)注意： (1)測(cè)電阻必須把待測(cè)電阻隔離． (2)兩個(gè)調(diào)零過(guò)程，切記換擋需進(jìn)行歐姆調(diào)零． (3)讀數(shù)時(shí)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(pán)刻度不均，一般不估讀． (6)電池用舊后，內(nèi)電阻會(huì)變大，要及時(shí)換電池． 4．實(shí)驗(yàn)完畢，將表筆從插孔中拔出，并將選擇開(kāi)關(guān)置于“OFF”擋或旋至交流電壓的最大量程處．若長(zhǎng)期不用，應(yīng)將多用電表內(nèi)的電池取出． 一、歐姆表測(cè)電阻的原理 例1　若某歐姆表表頭的滿(mǎn)偏電流為5 mA，內(nèi)裝一節(jié)干電池，電動(dòng)勢(shì)為1.5 V，那么該歐姆表的內(nèi)阻為_(kāi)_______ Ω，待測(cè)電阻接入紅、黑兩表筆之間時(shí)，指針指在刻度盤(pán)的中央，則待測(cè)電阻的阻值為_(kāi)_______ Ω，若指針指在滿(mǎn)刻度的處，則待測(cè)電阻的阻值為_(kāi)_______ 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(cè)量． (1)用多用表測(cè)量該元件的電阻，選用“100”倍率的電阻擋測(cè)量，發(fā)現(xiàn)多用表指針偏轉(zhuǎn)過(guò)大，因此需選擇________倍率的電阻擋(填：“10”或“1k”)，并________再進(jìn)行測(cè)量，多用表的示數(shù)如圖6所示，測(cè)量結(jié)果為_(kāi)_______Ω. 圖6 (2)將待測(cè)元件(額定電壓9 V)、蓄電池、滑動(dòng)變阻器、電流表、多用表、電鍵及若干導(dǎo)線(xiàn)連接成電路如圖7所示．添加連線(xiàn)，使電路能測(cè)量該元件完整的伏安特性． 圖7 本實(shí)驗(yàn)中使用多用表測(cè)電壓，多用表的選擇開(kāi)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(cè)量該元件的電阻，選用“100”倍率的電阻擋測(cè)量，發(fā)現(xiàn)多用表指針偏轉(zhuǎn)過(guò)大，說(shuō)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(jìn)行測(cè)量，多用表的示數(shù)如題圖所示，測(cè)量結(jié)果為70 Ω. (2) 要測(cè)量該元件完整的伏安特性，必須連接成分壓電路．本實(shí)驗(yàn)中使用多用表測(cè)電壓，多用表的選擇開(kāi)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(wèn)題： 圖8 (1)當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)位置旋至“mA”擋中的“10”擋位時(shí)，則測(cè)量的是__________________． (2)當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)位置旋至“V”擋中的“50”擋位時(shí)，則測(cè)量的是______________________． (3)當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)位置旋至“Ω”擋中的“100”擋位時(shí)，則測(cè)量的電阻大小等于____________________． (4)當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)位置旋至“Ω”擋中的“100”擋位時(shí)，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(wú)論用多用電表進(jìn)行何種(直流)操作測(cè)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(jìn)行調(diào)零?、蹖㈦娮枧c其他元件斷開(kāi)后進(jìn)行測(cè)量　(5)紅　“＋” 解析　當(dāng)多用電表的選擇開(kāi)關(guān)置于相應(yīng)的物理量區(qū)域時(shí)，多用電表就可以測(cè)量該量，開(kāi)關(guān)所指的數(shù)值就是所測(cè)量的量程，需要注意的是：由于測(cè)電阻的原理和測(cè)電流、電壓的原理不同，當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)在測(cè)電阻區(qū)域時(shí)，對(duì)應(yīng)的數(shù)值是倍率，而不是量程．當(dāng)然，倍率越大，測(cè)量的電阻也就越大；倍率越小，測(cè)量的電阻就越?。捎跍y(cè)電阻是應(yīng)用閉合電路的歐姆定律，每次換擋位時(shí)，都會(huì)改變閉合電路的阻值，因此換擋位后必須進(jìn)行歐姆調(diào)零．多用電表在測(cè)量時(shí)，紅表筆要插入“＋”插孔，黑表筆要插入“－”插孔，這樣，在測(cè)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(xiàng)B的歐姆表中沒(méi)有可調(diào)電阻，B錯(cuò)；選項(xiàng)D電流表的負(fù)極接到了電源的正極，D錯(cuò)；紅表筆應(yīng)接電源的負(fù)極，黑表筆應(yīng)接電源的正極，A錯(cuò)，C對(duì)． 2．用歐姆表測(cè)一個(gè)電阻的阻值R，選擇旋鈕置于“10”擋，測(cè)量時(shí)指針指在100與200刻度弧線(xiàn)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(pán)右疏左密，所以指針指在100與200刻度弧線(xiàn)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(jiǎn)單歐姆表原理示意圖，其中電流表的滿(mǎn)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(dòng)勢(shì)E＝1.5 V，內(nèi)阻r＝0.5 Ω，圖中與接線(xiàn)柱A相連的表筆顏色應(yīng)是________色，按正確使用方法測(cè)量電阻Rx的阻值時(shí)，指針指在刻度盤(pán)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(pán)． 圖2 (1)如果用直流10 V擋測(cè)量電壓，則讀數(shù)為_(kāi)_____ V. (2)如果用直流100 mA擋測(cè)量電流，則讀數(shù)為_(kāi)_______ mA. (3)如果用100擋測(cè)電阻，則讀數(shù)為_(kāi)_______ Ω. 答案　(1)6.6　(2)66　(3)800 解析　直流電壓、電流讀數(shù)時(shí)用中間刻度線(xiàn)，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(shí)用上面刻度線(xiàn)，讀數(shù)為800 Ω. 5．如圖3所示為多用電表的表盤(pán)，測(cè)電阻時(shí)，若用的是“100”擋，這時(shí)指針?biāo)颈粶y(cè)電阻的阻值應(yīng)為_(kāi)_______Ω；測(cè)直流電流時(shí)，用的是100 mA的量程，指針?biāo)倦娏髦禐開(kāi)_______mA；測(cè)直流電壓時(shí)，用的是50 V量程，則指針?biāo)镜碾妷褐禐開(kāi)_______V. 圖3 答案　1 700　47　23.5 解析　若用“100”擋測(cè)電阻時(shí)，指針讀數(shù)為：17100 Ω＝1 700 Ω 若用量程100 mA測(cè)直流電流時(shí)，讀數(shù)為：4.710 mA＝47 mA 若用量程50 V測(cè)直流電壓時(shí)，讀數(shù)為23.5 V 題組三　多用電表的使用和測(cè)量 6．在使用多用電表測(cè)電阻時(shí)，以下說(shuō)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(jìn)行歐姆調(diào)零 C．在外電路中，電流從黑表筆流經(jīng)被測(cè)電阻到紅表筆 D．測(cè)量時(shí)，若指針偏角較小，應(yīng)換倍率較小的擋位來(lái)測(cè)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(cè)量，故D錯(cuò)誤． 7．一學(xué)生使用多用電表測(cè)電阻，他在實(shí)驗(yàn)中有違反使用規(guī)則的地方．他的主要實(shí)驗(yàn)步驟如下： A．把選擇開(kāi)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(xiàn)上； C．把兩表筆分別與某一待測(cè)電阻的兩端相連，發(fā)現(xiàn)這時(shí)指針偏轉(zhuǎn)角度較小； D．換用“100”擋，發(fā)現(xiàn)這時(shí)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(shí)驗(yàn)完畢． 這個(gè)學(xué)生已經(jīng)注意到在測(cè)量時(shí)待測(cè)電阻與其他元件或電源斷開(kāi)，不用手碰表筆的金屬桿．這個(gè)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中哪一個(gè)或哪些步驟違反了使用規(guī)則？ 答案　見(jiàn)解析 解析　D步驟中應(yīng)先調(diào)零后再測(cè)電阻；E步驟中應(yīng)將選擇開(kāi)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(cè)量電阻，要用到選擇開(kāi)關(guān)K和兩個(gè)部件S、T.請(qǐng)根據(jù)下列步驟完成電阻測(cè)量： 圖4 (1)旋動(dòng)部件________，使指針對(duì)準(zhǔn)電流的“0”刻線(xiàn)． (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(dòng)部件______，使指針對(duì)準(zhǔn)電阻的________(填“0刻線(xiàn)”或“∞刻線(xiàn)”)． (4)將兩表筆分別與待測(cè)電阻相接，發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)角度過(guò)?。疄榱说玫奖容^準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，請(qǐng)從下列選項(xiàng)中挑出合理的步驟，并按______的順序進(jìn)行操作，再完成讀數(shù)測(cè)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(cè)電阻的兩根引線(xiàn)相接 D．將兩表筆短接，旋動(dòng)合適部件，對(duì)電表進(jìn)行校準(zhǔn) 答案　(1)S　(3)T　0刻線(xiàn)　(4)ADC 解析　使指針對(duì)準(zhǔn)電流的“0”刻線(xiàn)，應(yīng)旋動(dòng)機(jī)械調(diào)零部件S；使指針對(duì)準(zhǔn)電阻的“0”刻線(xiàn)，應(yīng)旋動(dòng)歐姆調(diào)零部件T；測(cè)電阻時(shí)若指針偏轉(zhuǎn)角度過(guò)小，則待測(cè)電阻的阻值很大，據(jù)歐姆表測(cè)電阻時(shí)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(cè)電阻時(shí)兩表筆的金屬部分分別與被測(cè)電阻的兩根引線(xiàn)相連，應(yīng)選C. 題組四　綜合題組 9．實(shí)驗(yàn)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(hào))．改裝好的歐姆表中心刻度的阻值為_(kāi)_______________． 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(gè)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(mǎn)足，故電流表選B，變阻器選D.由于只有一個(gè)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(dòng)勢(shì)E＝1.5 V，內(nèi)阻r＝0.5 Ω，電流表滿(mǎn)偏電流Ig＝10 mA，電流表電阻Rg＝7.5 Ω，A、B為接線(xiàn)柱． 圖5 (1)用一根導(dǎo)線(xiàn)把A、B直接連起來(lái)，此時(shí)，應(yīng)把可變電阻R1調(diào)節(jié)為多少才能使電流表恰好達(dá)到滿(mǎn)偏電流； (2)調(diào)至滿(mǎn)偏后保持R1的值不變，在A、B間接入一個(gè)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(shí)可以把電流表視為一個(gè)電阻來(lái)計(jì)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(gè)接線(xiàn)柱直接連到一起，且表頭指針恰好滿(mǎn)偏時(shí)，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(shí)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