2024-2025学年高中物理第2章电路第4节认识多用电表教案粤教版选修3-1

PAGE11-第四节相识多用电表[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]学会运用欧姆表测电阻．(重点)3.[科学思维]理解并驾驭多用电表的工作原理．(重点、难点)4.[科学探究]驾驭运用多用电表测电压、电流及推断二极管的质量和极性，会用其探究简洁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、黑表笔干脆接触时，被测电阻Rx＝0，调整R值使电流计的指针达到满偏，即Ig＝E/(r＋Rg＋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Rx＝∞．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Rx时，电流表中的电流I＝eq\f(E,R＋Rg＋r＋Rx)，因调零后R＋Rg＋r保持不变，所以Rx与I一一对应．若在电流表刻度盘上干脆标出与I相对应的Rx值，就可以从刻度盘上干脆读出Rx值了．二、多用电表的运用1．运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．运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．用多用电表推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．用多用电表可以推断二极管的质量，或区分它的正、负极．1．正误推断(1)利用多用电表既可以测电流、电压、电阻，还可以推断电路故障． (√)(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，指针摇摆的角度越大，则被测电阻越大． (×)(4)运用多用电表欧姆挡测电阻时，指针摇摆角度越大，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心，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心，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Rg，调零电阻为R0，电池的电动势为E，内阻为r，则下列说法中不正确的是()A.它是依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＋Rg＋RC[多用电表是依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，eq\f(Ig,2)＝eq\f(E,Rg＋R＋r＋Rx)，Ig＝eq\f(E,Rg＋r＋R)；所以Rx＝Rg＋R＋r，即中心刻度值为r＋Rg＋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＝eq\f(U,Ig)－Rg＝(n－1)Rgeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n＝\f(U,Ug)))R＝eq\f(IgRg,I－Ig)＝eq\f(Rg,n－1)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n＝\f(I,Ig)))电表的总内阻RV＝Rg＋R＝eq\f(U,Ig)RA＝eq\f(RRg,R＋Rg)＝eq\f(IgRg,I)2.电表改装问题的两点提示(1)无论表头G改装成电压表还是电流表，它的三个特征量Ug、Ig、Rg是不变的，即通过表头的最大电流Ig并不变更．(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＝eq\f(Ug,I－Ig)＝100Ω，R2＝eq\f(U－IgRg,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．eq\a\vs4\al([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Ig＝1mA，内电阻Rg＝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＝eq\f(IgRg,I－Ig)＝eq\f(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，当运用a、b两个端点时，量程为0～10V，当运用a、c两个端点时，量程为0～100V．已知电流表的内阻Rg为500Ω，满偏电流Ig为1mA，则电阻R1、R2的值()A．9500Ω90000Ω B．90000Ω9500ΩC．9500Ω9000Ω D．9000Ω9500ΩA[接a、b时，由串联电路特点有R总＝R1＋Rg＝eq\f(U1,Ig)，则R1＝eq\f(U1,Ig)－Rg＝9500Ω；接a、c时，同理有R总′＝R1＋R2＋Rg＝eq\f(U2,Ig)，则R2＝eq\f(U2,Ig)－Rg－R1＝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依据是闭合电路欧姆定律，所以通过表头的电流为：I＝eq\f(E,Rx＋R＋Rg＋r)，Rx与电流I一一对应，故可以将表盘上的电流值改为电阻值，就可以从表盘上干脆读出电阻的数值，这样就制成了一个欧姆表．其中，R也叫调零电阻，R＋Rg＋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、黑表笔相接调整调零电阻使指针满偏被测电阻Rx＝0满偏电流Ig处“∞”红、黑表笔不接触表头指针不偏转被测电阻Rx＝∞电流为零处中值电阻Rx＝r＋R＋Rg刻度盘正中心“Rx”红、黑表笔接RxIx＝eq\f(E,（r＋R＋Rg）＋Rx)Rx与Ix一一对应与Rx对应电流Ix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0～100ΩC．变阻器0～500ΩD．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)两表笔干脆接触时，调整变阻器的阻值使电流达到满偏Ig＝eq\f(E,Rg＋R0)，解得R0＝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＝eq\f(E,Rg＋R0＋Rx)，解得Rx＝1000Ω；电流I′＝3mA时，I′＝eq\f(E,Rg＋R0＋Rx′)，解得Rx′＝500Ω.[答案](1)C(2)NM(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，调整欧姆调零旋钮，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Rx不成比例，欧姆表的刻度不匀称．(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．eq\a\vs4\al([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Ig＝3mA＝3×10－3A，当将红、黑表笔短路时，电路的总电阻为(Rg＋R0＋r)，其中Rg是电流表内阻，R0是调零电阻，r是电池内阻，我们将(Rg＋R0＋r)叫做多用电表内阻，用R内表示，R内＝eq\f(E,Ig)＝500Ω.指针在2mA处，设待测电阻为Rx，则eq\f(2,3)Ig＝eq\f(E,Rx＋R内)＝2×10－3＝eq\f(1.5,Rx＋500)，得Rx＝250Ω，2mA刻度处应标250Ω.指针在1mA处，设待测电阻Rx′，则eq\f(1,3)Ig＝eq\f(E,Rx′＋R内)＝1×10－3＝eq\f(1.5,Rx′＋500)，得Rx′＝1000Ω，则1mA处应标1000Ω.[答案]2501000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，电流仍旧是“红进、黑出”．(3)运用欧姆挡时，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探讨，请你推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．]eq\a\vs4\al([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实力．2．能依据串、并联电路的学问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Ig＝eq\f(Ug,Rg)＝2×10－3A，由电流表的改装原理可知，需再并联一个阻值为Rx的电阻，则Rx＝eq\f(Ug,I－Ig)＝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