4.2多用电表的原理与使用 学案

4.2多用电表的原理与使用
[目标定位]　1.理解并掌握多用电表的工作原理.2.学会用多用电表测量电压、电流、定值电阻.3.学会用多用电表检查电路的故障．
一、多用电表的原理
1．主要构造
表头G是一只直流灵敏电流计．表头与电阻、拨动开关等组成不同的测量电路．
2．工作原理
(1)多用电表测直流电流和电压是利用电阻的分流和分压原理．
(2)多用电表电阻挡测电阻是利用闭合电路的欧姆定律．
(3)多用电表的结构：
①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，由于串联阻值的大小不同，量程也不同，1的量程较大．
②当选择开关拨至触点3或4时，表头与电阻串联，所以3、4为电压挡．由于串联阻值的大小不同，量程也不同．
③当选择开关拨至触点5时，接通内部电源，此时为欧姆挡(如图1所示)．
图1
二、操作实践——练习使用多用电表
1．电压、电流的测量
(1)选择直流电流挡或电压挡合适的量程．
(2)把多用电表串联或并联到电路中进行测量，注意使电流从红表笔进入电表，从黑表笔流出电表．
2．电阻的测量
(1)先把开关旋到电阻挡的适当倍率，将红、黑两表笔的金属部分直接相连(短接)，然后调节调零旋钮，使偏转的指针恰好停在“电阻挡”刻度线的零刻度处．
(2)将红、黑表笔搭在电阻两端，读取表盘指针所指“电阻挡”刻度线的示数，指针的示数再乘以相应的倍率，即为所测电阻阻值.
一、多用电表测量电阻的原理(欧姆表的原理)
1．欧姆表测量电阻的理论根据是闭合电路欧姆定律(如图2甲所示)，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2乙所示)；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2丙所示)．
图2
3．I与Rx不成比例，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“∞”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．
二、用多用电表测电流、电压和电阻
1．测量前首先进行机械调零，使用前若表针没有停在左端的“0”位置，要用螺丝刀转动调零定位螺丝，使指针指零．然后将红表笔插入“＋”插孔，黑表笔插入“－”插孔．
2．测量时应把选择开关旋到相应的测量挡位和量程上，读数时要读跟选择开关的挡位相应的刻度盘上的示数．多用电表的面板上半部为表盘，下半部为选择开关.
3．多用电表测电压、电流
使用多用电表测电压、电流，应将选择开关旋到合适的挡位，使指针处于联偏值的左右，可使读数更准确一些．测电流时应将表串联在电路中，测电压时，应将表并联在电路中，且电流都从红表笔流进，从黑表笔流出．
4．多用电表测量定值电阻
(1)选挡：估计待测电阻的大小，旋转选择开关，使其尖端对准欧姆挡的合适挡位.
(2)欧姆调零：将红、黑表笔短接，调整调零电阻旋钮，使指针指在表盘右端“0”刻度处．
(3)测量读数：将两表笔分别与待测电阻的两端接触，表针示数乘以量程倍率即为待测电阻阻值．
(4)换倍率测另一电阻时需要再一次进行欧姆挡调零，即需要重复(1)(2)(3)．
(5)实验完毕，两表笔从插孔中拔出，并将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡，若长期不用，应把电池取出．
5．注意事项
(1)测电压、电流时，读表盘的中间刻度线．要看清选择开关所选择的量程，弄清楚每一小格表示多少，确定应读到的有效数字的位数．
(2)测电阻时注意：
①选挡后要进行欧姆调零，换挡后要重新欧姆调零.
②欧姆表选挡时应合理选择倍率，让指针指到中央刻度线附近，读数较为准确.
③被测电阻要与电源、其他元件分离；不能用手接触表笔的金属杆．
典例精析
例1　把一量程6mA、内阻100Ω的电流表改装成欧姆表，线路如图3所示，现备有如下器材：A.电源E＝3V(内阻不计)；B.滑动变阻器0～100Ω；C.滑动变阻器0～500Ω；D.红表笔；E.黑表笔．
图3
(1)滑动变阻器选用________．
(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________．
答案　(1)C　(2)N　M　(3)1000Ω
解析　(1)两表笔直接接触时，调节滑动变阻器阻值使电流达到满偏Ig＝，解得R0＝400Ω，故滑动变阻器应选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＝，解得
Rx＝1000Ω.
例2　为确定某电子元件的电气特性，做如下测量．
(1)用多用电表测量该元件的电阻，选用“×100”倍率的电阻挡测量，发现多用电表指针偏转过大，因此需选择________倍率的电阻挡(填：“×10”或“×1k”)，并________再进行测量，多用表的示数如图4(a)所示，测量结果为________Ω.
(a)　　　　　　　　　　　　(b)
图4
(2)将待测元件(额定电压9V)、蓄电池(动电势为6V)、滑动变阻器、电流表、多用电表、开关及若干导线连接成电路如图(b)所示．添加连线，使电路能测量该元件完整的伏安特性．
本实验中使用多用表测电压，多用表的选择开关应调到________挡(填“直流电压10V”或“直流电压50V”)．
答案　(1)×10　欧姆调零　70
(2)连线如图　直流电压10V
解析　(1)用多用电表测量该元件的电阻，选用“×100”倍率的电阻挡测量，发现多用电表指针偏转过大，说明电阻较小，因此需选择“×10”倍率的电阻挡，并欧姆调零后再进行测量，多用表的示数如题图(a)所示，测量结果为70Ω.
(2)要测量该元件完整的伏安特性，必须连接成分压电路．本实验中使用多用电表测电压，电动势为6V，选择开关应调到直流电压10V挡．
例3　如图5所示为一多用电表表盘．
图5
(1)如果用直流10V挡测量电压，则读数为________V.
(2)如果用直流100mA挡测量电流，则读数为______mA.
(3)如果用“×100”挡测电阻，则读数为________Ω.
答案　(1)6.6　(2)66　(3)800
解析　电压、电流读数时用中间刻度线，电压表读数为6.6V，电流表读数为66mA，欧姆表读数用上面刻度线，读数为800Ω.
多用电表测量原理
1．如图6所示是把量程为3mA的电流表改装成欧姆表的结构示意图，其中电池电动势E＝1.5V，改装后，原来电流表3mA刻度处的刻度值定为零位置，则2mA刻度处应标为________，1mA刻度处应标为________．
图6
答案　250Ω　1000Ω
解析　因为R内＝＝
＝500Ω，
I1＝，
2×10－3A＝，
所以Rx1＝250Ω.因为I2＝，
1×10－3A＝，所以Rx2＝1000Ω.
多用电表的使用和读数
2．某同学利用多用电表做了以下实验：
(1)使用多用电表测电阻，他的主要实验步骤如下：
①把选择开关旋到“×100”的欧姆挡上；
②把表笔插入测试插孔中，先把两根表笔相接触，旋转欧姆调零旋钮，使指针指在电阻刻度的零刻度线上；
③把两根表笔分别与某一待测电阻的两端相接，发现这时指针偏转较小；
④换用“×10”的欧姆挡，随即记下欧姆数值；
⑤把表笔从测试笔插孔中拔出后，就把多用电表放回桌上原处，实验完毕．
这个学生在测量时已注意到：待测电阻与其他元件和电源断开，不用手碰表笔的金属杆，那么该学生在实验中有哪些操作是错误的？(三个错误)
错误一：________________________________________________________________________；
错误二：________________________________________________________________________；
错误三：________________________________________________________________________.
(2)如图7所示，为多用电表的表盘，测电阻时，若用的是“×100”挡，这时指针所示被测电阻的阻值应为________Ω；测直流电流时，用的是100mA的量程，指针所示电流值为________mA；测直流电压时，用的是50V量程，则指针所示的电压值为________V.
图7
答案　(1)错误一：换用“×10”的欧姆挡，应该换用“×1k”的欧姆挡．错误二：换挡后没有进行欧姆调零．错误三：使用完后没有将选择开关转到“OFF”挡或交流电压最高挡．
(2)1700　47　23.5
解析　(1)错误一：在用“×100”挡位置测量时，指针偏转较小，说明所测电阻阻值较大，为了减小读数误差，应使指针向右摆动，所以应该换用“×1k”的欧姆挡位；
错误二：换挡后，还要重新进行欧姆调零；
错误三：使用多用电表结束后，还要将选择开关转到“OFF”挡或交流电压最高挡．
(2)若用“×100”挡测电阻时，指针读数为：
17．0×100Ω＝1700Ω
若用量程100mA测直流电流时，读数为：
4．7×10mA＝47mA
若用量程50V测直流电压时，读数为23.5V.
题组一　欧姆表的原理
1．一个用满偏电流为3mA的电流表改装成的欧姆表，调零后用它测量500Ω的标准电阻时，指针恰好指在刻度盘的正中间．如用它测量一个未知电阻时，指针指在1mA处，则被测电阻的阻值为(　　)
A．1000Ω
B．5000Ω
C．1500Ω
D．2000Ω
答案　A
解析　本题主要考查对欧姆表的原理的理解．设欧姆表的内阻为R内，由欧姆定律知：3×10－3A＝，1.5×10－3A＝，所以R内＝500Ω，E＝1.5V，又1×10－3A＝，所以Rx＝1000Ω.
2．如图1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1
A．4R
B．5R
C．10R
D．16R
答案　D
解析　当进行欧姆调零时，根据闭合电路的欧姆定律，此时欧姆表满偏，即Ig＝，当测量阻值为R的电阻时，有＝，设待测电阻阻值为R′，则有＝，联立各式即可得到结论．
3．如图2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＝300μA，内阻Rg＝100Ω，可变电阻R的最大阻值为10kΩ，电池的电动势E＝1.5V，内阻r＝0.5Ω，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2
答案　红　5　变大
解析　由I＝及Ig＝，且指针指中央，I＝Ig＝150μA，联立解得Rx＝5kΩ；因欧姆表的内阻变大，同样的电阻值，电流变小，读数变大．
题组二　多用电表的使用
4．甲、乙两同学使用多用电表欧姆挡测同一个电阻时，他们都把选择开关旋到“×100”挡，并能正确操作．他们发现指针偏角太小，于是甲把选择开关旋到“×1k”挡，乙把选择开关旋到“×10”挡，但乙重新调零，而甲没有重新调零．则以下说法正确的是(　　)
A．甲选挡错误，而操作正确
B．乙选挡正确，而操作错误
C．甲选挡错误，操作也错误
D．乙选挡错误，而操作正确
答案　D
解析　在使用多用电表的欧姆挡时一定要先进行欧姆调零，再测量；同时为了减小误差，要尽量使指针指在中间刻度附近，即要合理地选择倍率挡位．
5．用多用电表的欧姆挡(×1k)检验性能良好的晶体二极管，发现多用电表的指针向右偏转的角度很小，这说明(　　)
A．二极管加有正向电压，故测得电阻很小
B．二极管加有反向电压，故测得电阻很大
C．此时红表笔接的是二极管的正极
D．此时红表笔接的是二极管的负极
答案　BC
题组三　多用电表的测量和读数
6．为了测量某一个电阻Rx的阻值：
某同学先用多用电表粗测其电阻．用已经调零且选择开关指向欧姆挡“×100”挡位的多用电表测量，发现指针的偏转角度太大，这时他应将选择开关换成欧姆挡“________”挡位(填“×1k”或“×10”)，然后______________，再次测量电阻Rx的阻值，其表盘及指针所指位置如图3所示，则此段电阻Rx的电阻值为________Ω.测量完毕，断开红、黑表笔，将选择开关指向________．
图3
答案　×10　把红、黑表笔对接进行欧姆调零　110　“OFF”挡或交流电压最高挡
7．用多用电表的欧姆挡测量一未知电阻的阻值，若将选择倍率的旋钮拨至“×100”的挡时，测量时指针停在刻度盘0Ω附近处，为了提高测量的精确度，有下列可供选择的步骤：
A．将两根表笔短接
B．将选择开关拨至“×1k”挡
C．将选择开关拨至“×10”挡
D．将两根表笔分别接触待测电阻的两端，记下读数
E．调节调零电阻，使指针停在0Ω刻度线上
F．将选择开关拨至交流电压最高挡上
将上述步骤中必要的步骤选出来，这些必要步骤的合理顺序是________(填写步骤的代号)；若操作正确，上述D步骤中，指针偏转情况如图4所示，则此未知电阻的阻值是Rx＝________.
图4
答案　CAEDF　160Ω
8．在练习使用多用电表的实验中
(1)某同学连接的电路如图5所示
图5
①若旋转选择开关，使尖端对准直流电流挡，此时测得的是通过________的电流；
②若断开电路中的开关，旋转选择开关使其尖端对准欧姆挡，此时测得的是__________的电阻；
③若旋转选择开关，使尖端对准直流电压挡，闭合开关，并将滑动变阻器的滑片移至最左端，此时测得的是__________两端的电压．
(2)在使用多用电表的欧姆挡测量电阻时，若(　　)
A．双手捏住两表笔金属杆，测量值将偏大
B．测量时发现指针向左偏离中央刻度过大，则必须减小倍率，重新调零后再进行测量
C．选择“×10”倍率测量时发现指针位于20与30正中间，则测量值小于25Ω
D．欧姆表内的电池使用时间太长，虽然完成调零，但测量值将略偏大
答案　(1)①R1　②R1和R2串联　③R2(或电源)　(2)D
解析　(1)①当多用电表选择开关尖端对准直流电流挡时，多用电表与R1串联，此时多用电表测得的是通过R1的电流．
②切断电路，选择开关尖端对准欧姆挡时，测得的是R1和R2的串联总电阻．
③选择开关尖端对准直流电压挡，闭合开关，且滑动变阻器的滑片移至最左端时，电阻R1被短路，此时多用电表示数等于电阻R2两端的电压，也等于电源的路端电压．
(2)双手捏住两表笔金属杆时，测量值为被测电阻与人体电阻的并联阻值，应偏小，A选项错误；测量时指针若向左偏离中央刻度过大，应增大倍率，B选项错误；选择开关对应“×10”倍率时，指针位于20与30正中间时，测量值应小于250
Ω，C错误；电池用时间太久，电动势减小，虽然完成调零，但中值电阻偏小，测量时读数将比真实值偏大，D选项正确．
9．用如图6所示的多用电表测量电阻，要用到选择开关K和两个部件S、T.请根据下列步骤完成电阻测量：
图6
(1)旋动部件________，使指针对准电表的“0”刻线．
(2)将K旋转到电阻挡“×100”的位置．
(3)将插入“＋”、“－”插孔的表笔短接，旋动部件______．使指针对准电阻的________(选填“0刻线”或“∞刻线”)．
(4)将两表笔分别与待测电阻相接，发现指针偏转角度过小．为了得到比较准确的测量结果，请从下列选项中挑出合理的步骤，并按________的顺序进行操作，再完成读数测量．
A．将K旋转到电阻挡“×1k”的位置
B．将K旋转到电阻挡“×10”的位置
C．将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接
D．将两表笔短接，旋动合适部件，对电表进行校准
答案　(1)S　(3)T　0刻线　(4)ADC
解析　用多用电表测量电阻时，在测量之前就要观察指针是否在零刻度线上，若指针不在零刻度线上，用螺丝刀小心旋动指针定位螺丝S，使指针对准电流的“0刻线”．然后旋动选择开关K，选择量程，再将两表笔短接，调整调零电阻的旋钮T，使指针对准满偏刻度(即电阻的“0刻线”)，接下来才能将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接，测量被测电阻的阻值．若在测量过程中，发现指针偏转角度过小，表明被测的电阻阻值很大，这时要换用更高倍率的挡位，例如，本题就要从“×100”挡位更换到“×1
k”挡位.
题组四　用多用电表检查电路故障
10．如图7所示，电路中有三根导线，其中一根是断的，电源、电阻R1、R2及另外两根导线是好的．为了查出断导线，某学生想先用多用电表的红表笔连接在电源的正极a，再将黑表笔连接在电阻R1的b端和R2的c端，并观察多用电表指针的示数．下列选项中符合操作规程的是(　　)
图7
A．直流10V挡
B．直流0.5A挡
C．直流2.5V挡
D．欧姆挡
答案　A
解析　因为被检测的电路为含电源电路，所以选用欧姆挡一定不行．由于电路中电源电动势为6V，所以选用直流2.5V挡也不安全．估测电路中电流的最大值可能为Im＝＝A＝1.2A，所以选用直流0.5A挡也不对，只能选用直流10V挡．
11．如图8为一电路板的示意图，a、b、c、d为接线柱，a、d与220V的交流电源连接，ab间，bc间、cd间分别连接一个电阻．现发现电路中没有电流，为检查电路故障，用一交流电压表分别测得b、d两点间以及a、c两点间的电压均为220V，由此可知(　　)
图8
A．ab间电路通，cd间电路不通
B．ab间电路不通，bc间电路通
C．ab间电路通，bc间电路不通
D．bc间电路不通，cd间电路通
答案　CD
解析　测量ac时电压为220
V，说明abc这一段电路某点断路，测bd时电压为220
V，说明bcd间某点断路，显然，这两种情况综合的结果便是bc断路．故选C、D.
12．如图9所示的电路中，1、2、3、4、5、6为连接点的标号．在开关闭合后，发现小灯泡不亮．现用多用电表检查电路故障，需要检测的有：电源、开关、小灯泡、3根导线以及电路中的各连接点．
图9
(1)为了检测小灯泡以及3根导线，在连接点1、2已接好的情况下，应当选用多用电表的________挡．在连接点1、2同时断开的情况下，应当选用多用电表的________挡．
(2)在开关闭合情况下，若测得5、6两点间的电压接近电源的电动势，则表明__________________可能有故障．
(3)将小灯泡拆离电路，写出用多用电表检测该小灯泡是否有故障的具体步骤．
答案　(1)电压　欧姆
(2)开关或连接点5、6
(3)①调到欧姆挡；
②将红、黑表笔相接，检查欧姆挡能否正常工作；
③测量小灯泡的电阻．如果电阻无穷大，表明小灯泡有故障．
解析　(1)当连接点1、2已接好时，电路中已有电压存在，故需用电压挡来检测电路．当连接点1、2同时断开时，电路中没有电源提供电压，要检测电路故障，只有通过测各段电路的电阻是否异常，故采用欧姆挡．
(2)当电路中两点间有电压时，这表明在此两点之外的电路与电源两极是连通的．当测出两点间电压等于电源电压而又确定电路故障是断路引起时，就可以确定断路位置在此两点之间．