2-4认识多用电表 学案

第5讲　认识多用电表
[目标定位]　1.理解并掌握电流表和电压表的改装原理.2.掌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Ig；②表头线圈的内阻Rg；③满偏电压Ug.
想一想　满偏电流Ig、内阻Rg、满偏电压Ug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，Ug＝IgRg.
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Rg.
(2)满偏电流Ig.
(3)满偏电压Ug＝IgRg很小.
2.电压表的改装原理
表头的满偏电压Ug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
根据串联电路的特点：U＝Ig(R＋Rg)
所以串联的电阻的阻值：R＝－Rg
改装后的电压表的内阻RV＝Rg＋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Rg＝200
Ω，满刻度电流值是Ig＝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　根据改装原理可知，需要串联一个电阻R＝－Rg＝－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
根据并联电路的特点：IgRg＝(I－Ig)R
，
可得：R＝Rg
改装后的电流表的内阻为RA＝
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Rg＝10
Ω，满偏电流Ig＝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
Ω　0.05
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IR＝I－Ig＝0.597
A
所以分流电阻R＝≈0.05
Ω
改装后电流表的内阻RA＝≈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，然后再结合电路知识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：Ig、Rg，并算出满偏电压Ug＝IgRg.
(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Ug)除以最大电流(即Ig)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Ug)除以通过它的电流(即改装后的电流表量程减去Ig)确定.
三、欧姆表的原理
1.欧姆表测量电阻是根据闭合电路欧姆定律，所以通过表头的电流为：I＝，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，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.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，调节欧姆调零电阻，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Rx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Rx＝r＋Rg＋R时，电流为I＝＝Ig，此时电流表指针指在刻度盘的中央，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，
调节变阻器阻值使电流达到满偏Ig＝，
解得R0＝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＝，解得
Rx＝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，就是最简单的多用电表的电路.
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Rx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6
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
答案　AD
解析　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，表头与分压电阻串联，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，正确答案为A、D.
电表的改装
1.一量程为100
μA的电流表，内阻为100
Ω，表盘刻度均匀，现串联一个9
900
Ω的电阻将它改装成电压表，则该电压表的量程为______
V.用它来测量电压时，表盘指针位置如图7所示，此时电压表的读数大小为______
V.
图7
答案　1　0.80
解析　
欧姆表的原理
2.如图8所示是把量程为3
mA的电流表改装成欧姆表的结构示意图，其中电池电动势E＝1.5
V，改装后，原来电流表3
mA刻度处的刻度值定为零位置，则2
mA刻度处应标为________，1
mA刻度处应标为________.
图8
答案　250
Ω　1
000
Ω
解析　因为R内＝＝＝500
Ω，
I1＝即2
mA＝，
所以Rx1＝250
Ω.
因为I2＝，1
mA＝，
所以Rx2＝1
000
Ω.
多用电表的结构和原理
3.如图9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(　　)
图9
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
答案　B
解析　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.
(时间：60分钟)
题组一　电表的改装
1.有一电流表G，内阻Rg＝10
Ω，满偏电流Ig＝3
mA，要把它改装成量程为0～3
V的电压表，正确的方法是(　　)
A.应串联一个0.3
Ω的电阻
B.应并联一个0.3
Ω的电阻
C.应串联一个990
Ω的电阻
D.应并联一个990
Ω的电阻
答案　C
解析　由题意知电流表G的满偏电压Ug＝IgRg＝0.03
V；改装成量程为0～3
V的电压表，当达到满偏时，分压电阻R的分压UR＝U－Ug＝2.97
V，所以串联的电阻R＝＝
Ω＝990
Ω.
2.(双选)把表头G改装成大量程电流表时，下列说法正确的是(　　)
A.改装原理为并联电阻能增大通过G的电流
B.改装成电流表后，表头G本身允许通过的最大电流并不改变
C.改装后，表头G自身的电阻减小了
D.改装后使用时，表头G本身的参量都不改变，整个并联电路允许通过的电流增大了
答案　BD
解析　把表头G改装成大量程的电流表时，只是并联了一个分流电阻，使整体并联电路允许通过的最大电流增大，但表头的各特征量都不变，故B、D对，A、C错.
3.(双选)如图1所示，甲、乙两个电路都是由一个灵敏电流表G和一个变阻器R组成的，下列说法正确的是(　　)
图1
A.甲表是安培表，R增大时量程增大
B.甲表是安培表，R增大时量程减小
C.乙表是伏特表，R增大时量程增大
D.乙表是伏特表，R增大时量程减小
答案　BC
解析　由一个灵敏电流表G和一个变阻器R并联，利用并联电阻的分流，改装成电流表.电流表的量程I＝Ig＋，可知当R减小时量程I增大，故A错误，B正确.由一个灵敏电流表G和一个变阻器R串联，利用串联电阻的分压，改装成电压表.电压表的量程U＝Ig(Rg＋R)，可知R增大时量程增大，故C正确，D错误.故选B、C.
4.(双选)如图2所示电路，将两个相同的电流计分别改装成电流表A1(0～3
A)和电流表A2(0～0.6
A)，把这两个电流表并联接入电路中测量电流.则下列说法中正确的是(　　)
图2
A.A1的指针半偏时，A2的指针也半偏
B.A1的指针还没有满偏，A2的指针已经满偏
C.A1的读数为1
A时，A2的读数为0.6
A
D.A1的读数为1
A时，干路中的电流为1.2
A
答案　AD
解析　电流表是由电流计并联一个电阻改装而成，两电流表并联，所以两表头也并联，流过两表头的电流相等，A1的指针半偏时，A2的指针也半偏，A正确，B错误；两电流表的内阻之比为1∶5，则电流之比为5∶1.A1的读数为1
A时，A2的读数为0.2
A，干路中的电流为1.2
A，C错误，D正确；故选A、D.
5.一个电流表由小量程的电流表G与电阻R并联而成.若在使用中发现此电流表读数比准确值稍小些，下列采取的措施正确的是(　　)
A.在R上串联一个比R小得多的电阻
B.在R上串联一个比R大得多的电阻
C.在R上并联一个比R小得多的电阻
D.在R上并联一个比R大得多的电阻
答案　A
解析　电流表读数比准确值稍小些，是由于并联的电阻R阻值偏小，而使流经小量程的电流表的电流偏小造成的，所以应该给电阻R串联一个阻值比R小得多得电阻，从而使通过G的电流变大.
6.如图3所示为一双量程电压表的示意图.已知电流表G的量程为0～100
μA，内阻为600
Ω，则图中串联的分压电阻R1＝__________Ω，R2＝________Ω.
图3
答案　4.94×104　1.0×105
解析　
7.(双选)下列说法中正确的是(　　)
A.欧姆表的每一挡测量范围都是0到∞
B.欧姆表只能用来粗略地测量电阻
C.用欧姆表测电阻，指针越接近刻度中央误差越大
D.用欧姆表测电阻，指针越靠近刻度右边误差越小
答案　AB
解析　由于欧姆表刻度不均匀，只能对电阻粗略地进行测量.
8.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＝150
Ω
B.R＝1
500
Ω
C.1
000
Ω＜R＜1
500
Ω
D.1
500
Ω＜R＜2
000
Ω
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1
000
Ω＜R＜1
500
Ω，故选C.
9.如图4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，指针偏转至满刻度处.现用该表测一未知电阻，指针偏转到满刻度的处，则该电阻的阻值为(　　)
图4
A.4R
B.5R
C.10R
D.16R
答案　D
解析　当进行电阻调零时，根据闭合电路的欧姆定律，此时欧姆表满偏，即Ig＝，当测量电阻值为R的电阻时，有＝，设待测电阻阻值为R′，则有＝，联立各式解得R′＝16R.故D对.
10.如图5所示为一简单欧姆表原理示意图，其中电流表的满偏电流Ig＝300
μA，内阻Rg＝100
Ω，可变电阻R的最大阻值为10
kΩ，电池的电动势E＝1.5
V，内阻r＝0.5
Ω，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Rx的阻值时，指针指在刻度盘的正中央，则Rx＝________
kΩ，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Rx，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＝及Ig＝，且指针指中央，I＝Ig＝150
μA，联立解得Rx＝5
kΩ；因欧姆表的内阻变大，同样的电阻值，电流变小，读数变大.
11.(双选)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、欧姆表共用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　AD
解析　多用电表内只有一个表头，所以A选项正确；对于多用电表，无论是测电压还是测电流，外表笔的电势都高于黑表笔的电势，电流都是从红表笔流进，从黑表笔流出.电压挡电流挡的电流都是外电路提供的，但是欧姆挡和其它挡不同，它是靠内部电源提供的.
12.多用电表调到欧姆挡时，其内部等效电路是(　　)
　　　　
　　　　
答案　C
解析　多用电表调到欧姆挡时，其内部应有电池、滑动变阻器、电流表表头，并且黑表笔应与电池的正极相连，红表笔应与电池的负极相连，根据表头的左正右负，可知左端是红表笔，右端是黑表笔.故C正确.