2017_2018学年高中物理第二章恒定电流第11讲多用电表的原理学案新人教版选修3_1

多用电表的原理[目标定位] 1.知道欧姆表测量电阻的原理，进一步提高应用闭合电路欧姆定律分析问题的能力.2.了解欧姆表的内部结构和刻度特点.3.了解多用电表的基本结构，知道多用电表的测量功能．一、欧姆表1．内部构造：表头、电源和可变电阻三部分组成．2．原理：依据闭合电路欧姆定律制成，由电流表改装而成．3．测量原理：如图1所示，当红、黑表笔间接入被测电阻R x 时，通过表头的电流I ＝ER x ＋R ＋R g ＋r .改变被测电阻R x 的阻值，电流I 随着改变，每个R x 值都对应一个电流值，在刻度盘上直接标出与I 值对应的R x 值，就可以从刻度盘上直接读出被测电阻的阻值．图14．内阻：将红、黑表笔短接，调节滑动变阻器使电流表达到满偏电流I g ，根据闭合电路欧姆定律知I g ＝E r ＋R g ＋R ，故欧姆表内电阻R 内＝E I g＝r ＋R g ＋R . 深度思考(1)当红、黑表笔短接时，指针指示的位置标出的电阻值为多少？红、黑表笔断开时，指针指示的位置标出的电阻值为多少？(2)当在红、黑表笔间接入某一电阻R x ，指针恰好指在刻度盘的中间位置，此时R x 与欧姆表内阻有什么关系？答案 (1)0 ∞ (2)相等例1 把一量程6mA 、内阻100Ω的电流表改装成欧姆表，电路如图2所示，现备有如下器材：A.电源E ＝3V(内阻不计)；B.变阻器0～100Ω；C.变阻器0～500Ω；D.红表笔；E.黑表笔．图2(1)变阻器选用________．(2)红表笔接________端，黑表笔接________端．(3)电流表2mA 刻度处换成电阻刻度，其电阻值应为________；电流表3mA 刻度处换成电阻刻度，其电阻值应为________．解析 (1)两表笔直接接触时，调节变阻器的阻值使电流达到满偏I g ＝E R g ＋R 0，解得R 0＝400Ω，故变阻器应选C.(2)红表笔接内部电源的负极，黑表笔接内部电源的正极，所以红表笔接N 端，黑表笔接M 端．(3)电流I ＝2mA 时，有I ＝E R g ＋R 0＋R x，解得 R x ＝1000Ω.电流I ′＝3mA 时，I ′＝E R g ＋R 0＋R x ′，解得R x ′＝500Ω. 答案 (1)C (2)N M (3)1000Ω 500Ω(1)当红、黑表笔断开时，电流表中电流为零，此时表笔间电阻无穷大，所以在表盘上电流零处标电阻“∞”；当红、黑表笔短接时，调节欧姆调零旋钮，使电流表指针满偏，所以在电流满偏处标电阻“0”．(如图3所示)图3(2)I 与R x 不成比例，欧姆表的刻度不均匀．(3)欧姆表偏角(偏角是相对零电流位置或左端的“∞”刻度而言的)越大，表明被测电阻越小．(4)中值电阻：当外加电阻R x ＝r ＋R g ＋R 时，电流为I ＝ER x ＋R ＋R g ＋r ＝12I g ，此时指针指在刻度盘的中央，该电阻叫中值电阻．二、多用电表1．最简单的多用电表原理如图4所示，分别把电流表、欧姆表、电压表的电路示意图组合在一起，就是最简单的多用电表的电路．图4(1)电流表的改装原理：由同一表头并联不同电阻改装而成的几个量程不同的电流表．(2)电压表的改装原理：由同一表头串联不同电阻改装而成的几个量程不同的电压表．(3)欧姆表的改装原理：内部有电源，将对应R x的电流刻度值改为电阻值即为欧姆表．2．外形构造如图5所示，使用前应该调整“指针定位螺丝”，使其指针指到零刻度．不使用的时候应该把选择开关旋转到OFF位置．图5例2 如图6所示是简化的多用电表的电路图．转换开关S与不同接点连接，就组成不同的电表，已知R3＜R4，下面是几位同学对这一问题的议论，请你判断下列说法正确的是( )图6A ．S 与1或2连接时，多用电表就成了电流表，且前者量程较大B ．S 与3或4连接时，多用电表就成了电流表，且前者量程较大C ．S 与3或4连接时，多用电表就成了电压表，且前者量程较大D ．S 与5连接时，多用电表就成了欧姆表解析 S 与1连接时，电阻R 1起分流作用，S 与2连接时，电阻R 1＋R 2起分流作用，所以S 与1或2连接时，多用电表就成了电流表，由于前者分流电阻较小，所以前者量程较大；S 与3或4连接时，表头与分压电阻串联，多用电表就成了电压表，由于R 3＜R 4，所以前者量程较小；S 与5连接时，多用电表就成了欧姆表，R 6为欧姆挡调零电阻．综上所述，正确答案为A 、D.答案 AD多用电表中电流的流向：红表笔接“＋”插孔，黑表笔接“－”插孔.1 电流挡串联接入电路，电流从红表笔流进电表，从黑表笔流出.2 电压挡并联接入电路，红表笔接高电势点，黑表笔接低电势点，电流仍然是“红进、黑出”.3 使用欧姆挡时，红表笔连接表内电源的负极，黑表笔连接表内电源的正极，电流仍然是“红进、黑出”.1．(欧姆表的原理)用欧姆表测电阻的优点是快捷、方便，缺点是读数不够精确，尤其是当表内电池的电动势下降后，测出的电阻值与真实值之间有较大的差异．如图7甲是一个欧姆表的电路结构图，图乙是其表盘的刻度(该刻度值是按照表内电池电动势为1.5V 的正常值而刻制的)．已知在电流满偏刻度的12处所标的电阻值为15Ω，如图乙所示．问：图7(1)该欧姆表的内阻(即R g 、r 和R 之和)多大？(2)在满偏刻度13的B 点所标的电阻值为多大？答案 (1)15Ω (2)30Ω解析 (1)该欧姆表的内阻等于电流满偏刻度的12处所标的电阻值，即R 内＝15 Ω. (2)设电流表的满偏刻度为I g ，根据闭合电路欧姆定律，有：I g ＝E R 内① 当电流为满偏刻度13时，有I g 3＝E R 内＋R B② 由①②解得：R B ＝2R 内＝30 Ω2．(多用电表的认识)(多选)关于多用电表表盘上的刻度线，下列说法中正确的是( )A ．直流电流刻度线和直流电压刻度线都是均匀的，可以共用一刻度B ．电阻刻度是不均匀的C ．电阻刻度上零刻度与直流电流的最大刻度线相对应D ．电阻刻度上的零刻度与直流电流的最大刻度线不对应答案 ABC解析 直流电流刻度线和直流电压刻度线都是均匀的，可以共用一刻度，故A 正确；由I ＝ER 内＋R x ，故电阻的刻度线是不均匀的，刻度值越大处刻度线越密，故B 正确；多用表的电阻刻度线大小与电流、电压的刻度线大小相反，电流最大处，电阻为0.故C 正确，D 错误．题组一 欧姆表的原理1．(多选)欧姆表的内部电路如图1所示，已知电流计的电阻为R g ，滑动变阻器接入电路的阻值为R 0，电源的电动势和内阻分别为E 、r .下列说法正确的是( )图1A ．欧姆表的工作原理是闭合电路的欧姆定律B ．电路图中左侧的表笔为黑表笔C ．欧姆表表盘的最左端为欧姆“0”刻度D ．欧姆表表盘的中间刻度值为R 中＝r ＋R g ＋R 0答案 AD解析 欧姆表是根据闭合电路的欧姆定律制成的，A 正确；电流从黑表笔出，红表笔进，B错误；“∞”刻度在刻度盘的左端，C 错误；当欧姆表指针指在中间位置时，I g 2＝ER 0＋R g ＋r ＋R x ，I g ＝E R 0＋r ＋R g，所以R x ＝R g ＋R 0＋r ，即中间刻度值为R 中＝r ＋R g ＋R 0，D 正确． 2．用欧姆表测一个电阻R 的阻值，选择旋钮置于“×10”挡，测量时指针指在100与200刻度弧线的正中间，可以确定( )A ．R ＝150ΩB ．R ＝1500ΩC ．1000Ω＜R ＜1500ΩD ．1500Ω＜R ＜2000Ω答案 C解析 表盘右疏左密，所以指针指在100与200刻度弧线的正中间，可以确定1000Ω＜R ＜1500Ω，故选C.3．一个用满偏电流为3mA 的电流表改装成的欧姆表，调零后用它测量500Ω的标准电阻时，指针恰好指在刻度盘的正中间．如用它测量一个未知电阻时，指针指在1mA 处，则被测电阻的阻值为( )A ．1000ΩB ．5000ΩC ．1500ΩD ．2000Ω 答案 A解析 设欧姆表的内阻为R 内，由欧姆定律知：3×10－3A ＝E R 内，1.5×10－3A ＝E R 内＋500Ω，所以R 内＝500Ω，E ＝1.5V ，又1×10－3A ＝ER 内＋R x ，所以R x ＝1000Ω.4．如图2是一个将电流表改装成欧姆表的示意图，此欧姆表已经调零，用此欧姆表测一阻值为R 的电阻时，指针偏转至满刻度45处．现用该表测一未知电阻，指针偏转至满刻度的15处，则该电阻的阻值为( )图2A ．4RB ．5RC ．10RD ．16R答案 D解析 当进行欧姆调零时，根据闭合电路欧姆定律，此时欧姆表满偏，即I g ＝E R 内，当测量阻值为R 的电阻时，有4I g 5＝E R 内＋R ，设待测电阻的阻值为R x ，则有I g 5＝E R 内＋R x，联立各式解得R x ＝16R ，故D 对．5．如图3所示，欧姆表刻度盘中，未使用时指针指A ，两表笔短接时指针指B .若欧姆表的总内阻为24Ω，C 是A 、B 的中点，D 是A 、C 的中点，则D 点的刻度值为( )图3A ．36ΩB ．72ΩC ．24ΩD ．12Ω 答案 C解析 由欧姆表原理：I g ＝E R 内，当指针指在D 点时，电流为满偏电流的14，则由I g 4＝E R 内＋R x，得：R x ＝3R 内＝72Ω.题组二 多用电表的简单认识6．(多选)关于多用电表，下列说法正确的是( )A ．多用电表是电压表、电流表、欧姆表共有一个表头改装而成的B ．用多用电表无论是测电压、电流还是测电阻，红表笔的电势都高于黑表笔的电势C ．多用电表的电压挡、电流挡和欧姆挡都是靠外部提供电流的D ．用多用电表测电压、测电流和测电阻时，电流都是从红表笔流入的答案 AD7．多用电表是实验室常用的实验器材之一，其原理是闭合电路的欧姆定律，它能测电阻、电压、电流等．如图4为多用电表的内部构造，如果用它来测量某电阻的阻值，则应将开关扳到________或________位置；其中5、6挡位为测量________挡，且________挡量程比较大，1、2挡位为测量________挡，________挡量程比较大．图4答案 3 4 电压 6 电流 1解析 使用欧姆挡时需要电表内接电源，所以3、4为欧姆挡；由于串联电阻具有分压作用，所以将灵敏电流计的表头改装成电压表时应串联电阻，故5、6为电压挡，又因串联电阻越大，量程越大，所以6挡量程比较大；由并联电阻的分流作用知1、2为电流挡，1、2两挡测电流的对应量程分别为I 1＝I g (R g ＋R 2)R 1＋I g ，I 2＝I g R g R 1＋R 2＋I g ，可知I 1＞I 2. 题组三 综合应用8．如图5所示为一简单欧姆表的原理示意图，其中电流表的满偏电流I g ＝300μA ，内阻R g ＝100Ω，可变电阻R 的最大阻值为10k Ω，电池的电动势E ＝1.5V ，内阻r ＝0.5Ω，图中与接线柱A 相连的表笔颜色应是________色．按正确使用方法测量电阻R x 的阻值时，指针指在刻度盘的正中央，则R x ＝________k Ω，若该欧姆表使用一段时间后，电池电动势变小、内阻变大，但此表仍能调零，按正确使用方法再测上述R x ，其测量结果与原结果相比将________(填“变大”、“变小”或“不变”)．图5答案 红 5 变大解析 由I ＝ER g ＋R ＋r ＋R x 及I g ＝E R g ＋R ＋r ，且指针指在刻度盘中央，I ＝12I g ＝150μA ，联立解得R x ＝5k Ω；因欧姆表的内阻变大，接入同样的被测电阻，通过的电流变小，欧姆表读数变大．。