高中物理第2章电路第4节认识多用电表教案粤教版选修3_1.doc

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＝ER＋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 ＋RC [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＝ER g ＋R ＋r ＋R x，I g ＝ER 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 1．两表改装对比改装成电压表V 改装成电流表A内部电路扩大后的量程 UI电阻R 的作用 分压分流电阻R 的数值 R ＝U I g －R g ＝(n －1)R g ⎝ ⎛⎭⎪⎫n ＝U U g R ＝I g R g I －I g ＝R g n －1⎝ ⎛⎭⎪⎫n ＝I I g电表的总内阻R V ＝R g ＋R ＝U I gR A ＝RR g R ＋R g ＝I g R gI(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100 μA，内阻900 Ω)；电阻箱R 1(阻值范围0～999.9 Ω)；电阻箱R 2(阻值范围0～99 999.9 Ω)；导线若干．要求利用所给器材先组装一个量程为1 mA 的直流电流表，在此基础上再将它改装成量程为3 V 的直流电压表．组装好的多用电表有电流1 mA 和电压3 V 两挡．回答下列问题：(1)在虚线框内画出电路图并标出R 1和R 2，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R 1＝________Ω，R 2＝________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)R 1＝U gI －I g＝100 Ω，R 2＝U －I g R gI＝2 910 Ω [答案] (1)如解析图所示 (2)100 2 910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 ＝1 mA ，内电阻R g ＝200 Ω，要把它改装成一个量程为0.5 A 的电流表，则应在电流表上( )A ．串联一个0.4 Ω的电阻B ．并联一个0.4 Ω的电阻C ．串联一个200 Ω的电阻D ．并联一个200 Ω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 ＝0.001×2000.5－0.001Ω≈0.4 Ω，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0～10 V ，当使用a 、c 两个端点时，量程为0～100 V ．已知电流表的内阻R g 为500 Ω，满偏电流I g 为1 mA ，则电阻R 1、R 2的值( )A ．9 500 Ω 90 000 ΩB ．90 000 Ω 9 500 ΩC ．9 500 Ω 9 000 ΩD ．9 000 Ω 9 500 ΩA [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 ＝9 500 Ω；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＝90 000 Ω，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 ＝ER 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 xR x 与I x 一一对应与R x 对应电流I x处【例2】 把一量程6 mA 、内阻100 Ω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 ＝3 V(内阻不计)B ．变阻器0～100 ΩC ．变阻器0～500 ΩD ．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2 mA 刻度处换成电阻刻度，其电阻值应为________；电流表3 mA 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 ＝ER 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 ＝ER g ＋R 0＋R x，解得R x ＝1 000 Ω；电流I ′＝3 mA 时，I ′＝ER g ＋R 0＋R x ′，解得R x ′＝500 Ω.[答案] (1)C (2)N M (3)1 000 Ω 500 Ω(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3 mA 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 ＝1.5 V ，经改装后，若将原电流表3 mA 刻度处的刻度值定为零位置，则2 mA 刻度处应标________Ω，1 mA 处应标________Ω.[解析] 电流表满偏电流I g ＝3 mA ＝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＝EI g＝500 Ω.指针在2 mA 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 ＝250 Ω，2mA 刻度处应标250 Ω.指针在1 mA 处，设待测电阻R x ′，则13I g ＝E R x ′＋R 内＝1×10－3＝ 1.5R x ′＋500，得R x ′＝1 000 Ω，则1 mA 处应标1 000 Ω.[答案] 250 1 000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100 Ω，量程为0～0.2 V ，现要改装成量程为0～10 A 的电流表，电压表上应( )A ．并联0.002 Ω的电阻B ．并联0.02 Ω的电阻C ．并联50 Ω的电阻D ．串联4 900 Ω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 gI －I g＝0.02 Ω，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5 mA ，内接一节干电池，电动势为1.5 V ，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＝300 Ω 当电流为34 I g 时，有34I g ＝E R 内＋R x ，即R 内＋R x ＝4E 3I g＝400 Ω，故R x ＝100 Ω. [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] 3 4 电压 6 电流 1。