2021-2022高二物理粤教版选修3-1 学案：第二章 第5讲 认识多用电表 Word版含答案

第5讲生疏多用电表
[目标定位] 1.理解并把握电流表和电压表的改装原理.2.把握欧姆表的原理和多用电表的结构.
一、多用电表的表头
1.表头的主要构造：表头G是一个灵敏直流电流表，主要部分是永久磁铁和可动线圈.当电流通过线圈时，线圈在磁场的作用下带动指针偏转，电流的大小由指针偏转的角度大小表示.
2.多用电表表头G的主要参数：①满偏电流I g；②表头线圈的内阻R g；③满偏电压U g.
想一想满偏电流I g、内阻R g、满偏电压U g三者之间有什么关系？
答案由部分电路欧姆定律可知，通过表头的电流跟加在表头两端的电压成正比，U g＝I g R g.
二、多用电表的结构
多用电表由表头、直流电流测量电路、直流电压测量电路、电阻测量电路以及转换开关S等组成.
一、电压表的改装原理
1.小量程电流表G(表头)的三个参数
(1)电流表的内阻R g.
(2)满偏电流I g.
(3)满偏电压U g＝I g R g很小.
2.电压表的改装原理
表头的满偏电压U g一般都很小，给它串联一个电阻把它改装成大量程的电压表，电路结构如图1.
图1
依据串联电路的特点：U＝I g(R＋R g)
所以串联的电阻的阻值：R＝U
I g－R g
改装后的电压表的内阻R V＝R g＋R
3.量程扩大的倍数越高，串联的电阻值越大.
例1电流表的内阻是R g＝200 Ω，满刻度电流值是I g＝500 μA，现欲把这个电流表改装成量程为1.0 V的电压表，正确的方法是()A.应串联一个0.1 Ω的电阻
B.应并联一个0.1 Ω的电阻
C.应串联一个1 800 Ω的电阻
D.应并联一个1 800 Ω的电阻
答案C
解析依据改装原理可知，需要串联一个电阻R＝
U
I g
－R g＝1.0 V
0.5 mA
－200 Ω＝1 800 Ω，故选C.
二、电流表的改装原理
1.原理：表头的满偏电流很小，给它并联一个电阻，改装成一个大量程的电流表.电路结构如图
2.
图2
依据并联电路的特点：I g R g＝(I－I g)R，
可得：R＝
I g
I－I g
R g
改装后的电流表的内阻为R A＝
RR g
R＋R g
2.量程扩大的倍数越高，并联的电阻越小.
例2有一电流表G，内阻R g＝10 Ω，满偏电流I g＝3 mA，要把它改装成量程为0～0.6 A的电流表，需要并联一个多大的电阻？改装后电流表的内阻是多大？
答案0.05 Ω0.05 Ω
解析改装成量程为0～0.6 A的电流表，
当达到满偏时，
分流电阻R的分流I R＝I－I g＝0.597 A
所以分流电阻R＝U g
I R≈0.05 Ω
改装后电流表的内阻R A＝R g R
R g＋R
≈0.05 Ω
借题发挥关于电表改装，要分清改装成电压表时需串联电阻，改装成电流表时需并联电阻，然后再结合电路学问及部分电路欧姆定律加以解决.
(1)先明确小量程电流表G的两个参数：I g、R g，并算出满偏电压U g＝I g R g.
(2)用欧姆定律求改装时需要串联或并联的电阻
①改装成电压表时要串联一个阻值较大的电阻以分压，它的阻值用它分担的电压(改装后的电压表量程减去U g )除以最大电流(即I g )确定.
②改装成电流表时要并联一个阻值较小的电阻以分流，它的阻值用它两端的电压(即表头的U g )除以通过它的
电流(即改装后的电流表量程减去I g )确定. 三、欧姆表的原理
1.欧姆表测量电阻是依据闭合电路欧姆定律，所以通过表头的电流为：I ＝E
R x ＋R ＋R g ＋r ，R x 与电流I 一一对
应，故可以将表盘上的电流值改为电阻值，这样就制成了一个欧姆表.其中，R 也叫调零电阻，R ＋R g ＋r 为欧姆表的内阻.
2.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“∞”(如图3甲所示)；当红、黑表笔短接时，调整欧姆调零电阻，使电流表指针满偏，所以在电流满偏处标电阻“0”(如图乙所示).
图3
3.I 与R x 不成比例，所以欧姆表的刻度不均匀.
4.欧姆表偏角(偏角是指相对零电流位置或左端的“0”刻度而言的)越大，表明被测电阻越小.
5.中值电阻：当外加电阻R x ＝r ＋R g ＋R 时，电流为I ＝E R x ＋R ＋R g ＋r ＝1
2I g ，此时电流表指针指在刻度盘的中
心，该电阻叫中值电阻.
例3 把一量程6 mA 、内阻100 Ω的电流表改装成欧姆表，线路如图4所示，现备有如下器材：A.电源E ＝3 V(内阻不计)；B.变阻器0～100 Ω；C.变阻器0～500 Ω；D.红表笔；E.黑表笔.
图4
(1)变阻器选用________.
(2)红表笔接________端，黑表笔接________端.
(3)电流表2 mA 刻度处换成电阻刻度，其电阻值应为________. 答案 (1)C (2)N M (3)1 000 Ω 解析 (1)两表笔直接接触时，
调整变阻器阻值使电流达到满偏I g ＝E
R g ＋R 0
， 解得R 0＝400 Ω，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 ＝2 mA 时，有I ＝E
R g ＋R 0＋R x ，解得
R x ＝1 000 Ω.
四、多用电表的结构和原理
如图5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，就是最简洁的多用电表的电路.
图5
1.电流表：当选择开关拨至触点1或2，表头与电阻并联，所以1、2为电流挡，由于并联阻值的大小不同，量程也不同.
2.电压表：当选择开关拨至触点5或6时，表头与电阻串联，所以5、6为电压挡，由于串联的阻值大小不同，量程也不同
3.欧姆表：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.
4.电流进出电表的流向
(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，电流仍旧是“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.电流仍旧是“红进、黑出”. 例4 (双选)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R 3＜R 4，下面是几位同学对这一问题的谈论，请你推断下列说法正确的是( )。