【精准解析】高中物理粤教版选修3-1教师用书：第2章+第4节 认识多用电表+Word版含解析

第四节认识多用电表
[学习目标] 1.[物理观念]了解欧姆表的结构和刻度特点，理解欧姆表测电阻的原理．(重点) 2.[科学探究]学会使用欧姆表测电阻．(重点) 3.[科学思维]理解并掌握多用电表的工作原理．(重点、难点) 4.[科学探究]掌握使用多用电表测电压、电流及判断二极管的质量和极性，会用其探索简单黑箱中的电学元件及连接方式．(重点、难点)
一、多用电表的原理
1．构造：指针式多用电表由表头、测量电路、转换开关以及红、黑测量表笔等组成．
2．内部电路：(如图所示)
转换开关功能量程比较
接入1或2电流表接1端量程大
接入3或4电压表R3<R4时，接4量程大
3.测直流电流和直流电压的原理就是电路的分流和分压原理．
4．测电阻原理
(1)多用电表测量电阻的原理电路如图所示，其中R为可变电阻称为调零电阻．
(2)当红、黑表笔直接接触时，被测电阻R x＝0，调节R值使电流计的指针达到满偏，即I g＝E/(r＋R g＋R)，所以电流表满偏刻度处为电阻的零刻度线．
(3)当红、黑表笔不接触时，相当于被测电阻R x＝∞．电流表指针指零，所以电流表零刻度处是电阻的“∞”位置．
(4)当红、黑表笔间接入某一电阻R x时，电流表中的电流I＝E
R＋R g＋r＋R x，因调零后R＋R g＋r保持不变，所以R x与I一一对应．若在电流表刻度盘上直接标出与I相对应的R x值，就可以从刻度盘上直接读出R x值了．
二、多用电表的使用
1．使用多用电表测量电压
(1)选择直流电压挡合适的量程．
(2)将电表与被测电路并联．
2．使用多用电表测量电流
(1)选择直流电流挡合适的量程．
(2)将被测电路导线卸开一端，把多用电表串联在电路中，让电流从红表笔流入电表．
(3)读数时，首先要认清刻度盘上的量程．
3．用多用电表测电阻
将选择开关扳到欧姆挡上，此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．选好量程后，先欧姆调零，然后测量．测量完毕，应把选择开关旋转到OFF挡．
用多用电表测电压、测电流以及测电阻时，电流都是从红表笔流入电表，从黑表笔流出电表．
4．用多用电表判断二极管的质量及极性
晶体二极管有两个电极，一个叫正极，一个叫负极，二极管正向电阻比较小，反向电阻比较大．用多用电表可以判断二极管的质量，或区分它的正、负极．
1．正误判断
(1)利用多用电表既可以测电流、电压、电阻，还可以判断电路故障．(√)
(2)多用电表是借助了闭合电路欧姆定律和串、并联电路的特点制成的．
(√)
(3)用欧姆表测电阻，指针摆动的角度越大，则被测电阻越大．(×)(4)使用多用电表欧姆挡测电阻时，指针摆动角度越大，测量越精确．(×)(5)欧姆表的每一挡的测量范围都是0～∞.(√)
2．下列说法中正确的是(
)
A ．欧姆表的每一挡的测量范围都是0～∞
B ．用不同挡的欧姆表测量同一电阻的阻值时，误差大小是一样的
C ．用欧姆表测电阻，指针越接近刻度盘中央，误差越大
D ．用欧姆表测电阻时，选不同挡位时，指针越靠近右边误差越小A
[欧姆表的每一挡的测量范围是0～∞，所以A 对；用不同挡的欧姆表测
量同一电阻的阻值时，误差大小是不一样的，所以B 错；用欧姆表测电阻，指针越接近刻度盘中央，误差越小，所以C 、D 错．]
3．如图所示为多用电表电阻挡的原理图，表头内阻为R g ，调零电阻为R 0，电池的电动势为E ，内阻为r ，则下列说法中不正确的是(
)
A.它是根据闭合电路欧姆定律制成的B ．接表内电池负极的应是红表笔
C ．电阻挡对应的“∞”刻度一般在刻度盘的右端
D ．调零后刻度盘的中心刻度值是r ＋R g ＋R C
[多用电表是根据闭合电路的欧姆定律制成的，A 对；电流从黑表笔出，
红表笔进，B 对；“∞”刻度在刻度盘的左端，C 错；当多用电表指针指在中间位置时，I
g 2＝E R g ＋R ＋r ＋R x ，I g ＝E R g ＋r ＋R ；所以R x ＝R g ＋R ＋r ，即中心刻度值为
r ＋R g ＋R ，D 对．]
电表的改装及计算
1．两表改装对比
(1)无论表头G改装成电压表还是电流表，它的三个特征量U g、I g、R g是不变的，即通过表头的最大电流I g并不改变．
(2)改装后电压表的量程指小量程电流表表头满偏时对应的R与表头串联电路的电压；改装后电流表的量程指小量程电流表表头满偏时对应的R与表头并联电路的总电流．
【例1】某同学组装一个多用电表．可选用的器材有：微安表头(量程100μA，内阻900Ω)；电阻箱R1(阻值范围0～999.9Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～99999.9Ω)；导线若干．
要求利用所给器材先组装一个量程为1mA的直流电流表，在此基础上再将它改装成量程为3V的直流电压表．组装好的多用电表有电流1mA和电压3V两挡．回答下列问题：
(1)在虚线框内画出电路图并标出R1和R2，其中*为公共接线柱，a和b分别是电流挡和电压挡的接线柱．
(2)电阻箱的阻值应取R1＝________Ω，R2＝________Ω.(保留到个位)
[解析](1)先并联改装电流表，再串联改装电压表．
(2)R1＝U g
I－I g＝100Ω，R2＝U－I g R g
I＝2910Ω
[答案](1)如解析图所示(2)1002910
将改装前电流表的表盘量程刻度改换成改装后相应电表的量程刻度，则改装后的电压表的表盘上显示的是表头和分压电阻两端的总电压，改装后的电流表表盘上显示的是通过表头和分流电阻的总电流．
[跟进训练]
训练角度1.电流表的改装
1．一电流表的满偏电流I g＝1mA，内电阻R g＝200Ω，要把它改装成一个量程为0.5A的电流表，则应在电流表上()
A．串联一个0.4Ω的电阻
B．并联一个0.4Ω的电阻
C．串联一个200Ω的电阻
D．并联一个200Ω的电阻
B[给一个小量程的电流表并联上一个较小电阻，凭借它的分流作用可以改
装为一个大量程的电流表，A、C错；电流表改装时所并联电阻大小R＝I g R g I－I g＝
0.001×200
0.5－0.001
Ω≈0.4Ω，故B对，D错．]
训练角度2.电压表的改装
2．如图是有两个量程的电压表，当使用a、b两个端点时，量程为0～10V，当使用a、c两个端点时，量程为0～100V．已知电流表的内阻R g为500Ω，满偏电流I g为1mA，则电阻R1、R2的值()
A ．9500Ω90000Ω
B ．90000Ω9500Ω
C ．9500Ω9000Ω
D ．9000Ω
9500Ω
A [接a 、b 时，由串联电路特点有R 总＝R 1＋R g ＝U 1I g ，则R 1＝U
1I g
－R g ＝9500Ω；接a 、c 时，同理有R 总′＝R 1＋R 2＋R g ＝U 2I g ，则R 2＝U
2I g
－R g －R 1＝90000Ω，故A 正确．]
欧姆表的原理
1．欧姆表的原理(如图所示)
欧姆表的测量电阻的理论根据是闭合电路欧姆定律，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，
就可以从表盘上直接读出电阻的数值，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．欧姆表的刻度标注刻度标注方法
标注位置“0”红、黑表笔相接调节调零电阻使指针满偏被测电阻R x ＝0
满偏电流I g 处“∞”红、黑表笔不接触表头指针不偏转被测电阻R x ＝∞
电流为零处中值电阻R x ＝r ＋R ＋R g
刻度盘正中央
“R x ”
红、黑表笔接R x I x ＝
E
（r ＋R ＋R g ）＋R x
R x 与I x 一一与R x 对应电流
对应I x处【例2】把一量程6mA、内阻100Ω的电流表改装成欧姆表，电路如图所示，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
(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
＝400Ω，故变阻器应选C.
R g＋R0，解得R0
(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＋R0＋R x，解得
R x＝1000Ω；电流I′＝3mA时，I′＝E
′＝500Ω.
R g＋R0＋R x′，解得R x [答案](1)C(2)N M(3)1000Ω500Ω
(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”．(如图所示)
(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．
[跟进训练]
3.如图所示是把量程为3mA 的电流表改装成多用电表的结构示意图，其中电池电动势E ＝1.5V ，经改装后，若将原电流表3mA 刻度处的刻度值定为零位置，则2mA 刻度处应标________Ω，1mA 处应标________Ω.
[解析]电流表满偏电流I g ＝3mA ＝3×10－3A ，当将红、黑表笔短路时，电
路的总电阻为(R g ＋R 0＋r )，其中R g 是电流表内阻，R 0是调零电阻，r 是电池内阻，我们将(R g ＋R 0＋r )叫做多用电表内阻，用R 内表示，R 内＝E
I g
＝500Ω.
指针在2mA 处，设待测电阻为R x ，则23I g ＝E R x ＋R 内＝2×10－
3＝ 1.5R x ＋500，得
R x ＝250Ω，2mA 刻度处应标250Ω.指针在1mA 处，设待测电阻R x ′，则1
3I g
＝
E R x ′＋R 内＝1×10－3＝ 1.5
R x ′＋500，得R x ′＝1000Ω，则1mA 处应标1000Ω.
[答案]
250
1000
多用电表的改装原理1．多用电表的改装原理
如图甲、乙、丙所示，分别为电流表、欧姆表、电压表的示意图，把它们组合在一起构成多用电表，如图丁所示．
2．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，从黑表笔流出电表．
(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”．
【例3】如图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讨论，请你判断下列说法正确的是()
A．S与1或2连接时，多用电表就成了电流表，且前者量程较小
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
D[S与1连接时，电阻R1起分流作用，S与2连接时，电阻R1、R2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，电流表与分压电阻串联，多用电表就成了电压表，由于R3＜R4，所以前者量程较小；S与5连接时，多用电表就成了欧姆表，R6为欧姆挡调零电阻．综上所述，D正确．]
[跟进训练]
4．(多选)某同学设计了一个多量程多用电表，其内部结构原理图如图所示．测电流和测电压时各有两个量程，还有两个挡位用来测电阻．下列说法正确的是()
A．当功能选择开关S与触点1、2相接时，测的是电流
B．当功能选择开关S与触点3、4相接时，测的是电压
C．A表笔为红表笔，B表笔为黑表笔
D．功能选择开关S旋到触点5时的量程比旋到触点6时的量程大
AC[当功能选择开关S与触点1、2相接时，表头并联电阻，改装为电流表，选项A正确；当功能选择开关S与触点3、4相接时，内含电源和调零电阻，测的是电阻，选项B错误；电流从红表笔流进，则A表笔为红表笔，B表笔为黑表笔，选项C正确；功能选择开关S旋到触点5时串联一个电阻，串联的电阻值比旋到触点6时小，旋到触点5时的量程比旋到触点6时的量程小，选项D错误．]
[物理观念]多用电表测电阻的原理电压表和电流表的改装原理
[科学思维] 1.通过对欧姆表原理的分析，进一步提高应用闭合电路欧姆定律分析问题的能力．
2．能根据串、并联电路的知识进行有关电表改装的计算．
1．有一只电压表，它的内阻是100Ω，量程为0～0.2V，现要改装成量程为0～10A的电流表，电压表上应()
A．并联0.002Ω的电阻
B．并联0.02Ω的电阻
C．并联50Ω的电阻
D．串联4900Ω的电阻
B[改装前电压表的满偏电流I g＝U g
R g＝2×10－
3A，由电流表的改装原理可知，
需再并联一个阻值为R x的电阻，则R x＝
U g
I－I g＝0.02Ω，故B正确．]
2．如图所示，用多用电表测量直流电压U和电阻R，若红表笔插入多用电表的正(＋)插孔，则()
A．前者电流从红表笔流入多用电表，后者电流从红表笔流出多用电表
B．前者电流从红表笔流入多用电表，后者电流从红表笔流入多用电表
C.前者电流从红表笔流出多用电表，后者电流从红表笔流出多用电表
D ．前者电流从红表笔流出多用电表，后者电流从红表笔流入多用电表
B [题图中所示是多用电表的示意图，无论是测电压U 还是测电阻R ，电流都是从红表笔流入多用电表，从黑表笔流出多用电表，选项B 正确．]
3．若某欧姆表表头的满偏电流为5mA ，内接一节干电池，电动势为1.5V ，那么该欧姆表的内阻为________Ω.待测电阻接入红、黑表笔之间时，若指针转至
满刻度的34
处，则待测电阻的阻值为________Ω.[解析]将红、黑表笔短接，调节调零电阻的阻值，当电流满偏时I g ＝E R g ＋r ＋R 0
，欧姆表的内阻R 内＝R g ＋r ＋R 0＝E I g ＝ 1.55×10－3Ω＝300Ω当电流为34I g 时，有34I g ＝E R 内＋R x
，即R 内＋R x ＝4E 3I g ＝400Ω，故R x ＝100Ω.[答案]300
1004．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．
[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.
[答案]34电压6电流1。