2.9实验：练习使用多用电表 教案 (4)

2.9实验　练习使用多用电表
教案
[学习目标]　1.初步了解多用电表的原理．(重点)
　2.通过对欧姆表的讨论，进一步提高应用闭合电路欧姆定律分析问题的能力，知道欧姆表测量电阻的原理．了解欧姆表的内部结构和刻度特点．(重点)
　3.了解多用电表的基本结构，通过实际操作学会使用多用电表测量电压、电流和电阻．　4.会用多用电表测量二极管的正、反向电阻，并据此判断二极管的正、负极，会用多用电表探索简单黑箱中的电学元件．(难点)
欧姆表
[先填空]
1．原理
依据闭合电路的欧姆定律制成的，它是由电流表改装而成的．
2．内部构造
由表头、电源和可变电阻三部分组成．
3．测量原理
图2－8－1
如图2－8－1所示，当红、黑表笔接入被测电阻Rx时，通过表头的电流I＝.改变Rx，电流I随着改变，每个Rx值都对应一个电流值，在刻度盘上直接标出与I值对应的Rx值，就可以从刻度盘上直接读出被测电阻的阻值．
当不接电阻直接将两表笔连接在一起时，调节滑动变阻器使电流表达到满偏，此时有Ig＝，若外加电阻Rx＝R＋Rg＋r时，电流为I＝＝Ig，此时电流表指针在刻度盘的中央，该电阻叫中值电阻．
[再思考]
当欧姆表的指针指在刻度盘的正中央时，被测电阻Rx的值是多少？
【提示】　根据Ig＝，Ig＝，
解得Rx＝Rg＋r＋R，称为中值电阻．欧姆表测电阻时，中值附近读数较为精确．
[后判断]
(1)欧姆表指针偏角越大，表明被测电阻越大．(×)
(2)欧姆表红表笔接表内电源的正极．(×)
(3)欧姆表测电阻时，指针偏角偏大，应换大倍率档．(×)
多用电表
[先填空]
1．用途
共用一个表头，可分别测量电压、电流、电阻等物理量．
2．最简单的多用电表原理图
如图2－8－2所示，当单刀多掷开关接通1时，可作为电流表使用，接通2时，可作为欧姆表使用，接通3时，可作为电压表使用．
图2－8－2
3．外形构造如图2－8－3所示，选择开关周围有不同的测量功能区域及量程，选择开关旋到不同的位置，多用电表内对应的仪表电路被接通，就相当于对应的仪表．在不使用时，应把选择开关旋转到OFF档或交流电压最高档．
图2－8－3
[再思考]
在学习多用电表这节课之前，老师给每一个学习小组一个多用电表，观察表盘后，一个同学发现表盘最上面的刻度是不均匀的，并且零点在右端．电流表的零刻度在左边，为什么欧姆表的刻度线的零点在右边？它为什么是不均匀的？
【提示】　这是欧姆表的刻度线，欧姆表的改装是根据闭合电路欧姆定律，用表头中的电流替代待测电阻，由电流为I＝可以知道，电流I与待测电阻Rx有一一对应关系，但不是正比关系，所以刻度是不均匀的，且Rx越小电流越大，指针的偏角越大，当Rx＝0(即两表笔短接)时电流最大，在刻度的最右端应该标0，故欧姆表的零刻度在右端．
[后判断]
(1)多用电表所有刻度线都是均匀的．(×)
(2)用多用表无论是测电压或是测电流时电流总是从红表笔流入，从黑表笔流出．(√)
多用电表的使用
[先填空]
1．测电压
(1)选择直流电压档合适的量程，并将选择开关旋至相应位置．
(2)将多用电表并联在待测电阻两端，注意红表笔接触点的电势应比黑表笔高．
(3)根据表盘上的直流电压标度读出电压值，读数时注意最小刻度所表达的电压值．
2．测电流
(1)选择直流电流档合适的量程．
(2)将被测电路导线卸开一端，把多用电表串联在电路中．
(3)读数时，要认清刻度盘上的最小刻度．
注意：电流应从红表笔流入多用电表．
3．测电阻
(1)要将选择开关扳到欧姆档上，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．选好倍率后，先
欧姆调零，然后测量．测量完毕，应把选择开关旋转到OFF档或交流电压最高档．
(2)用多用电表测电压、测电流及测电阻时，电流都是从红表笔流入电表，从黑表笔流出电表．
4．二极管的特点及其电阻测量
①特点：如图2－8－4所示，它由半导体材料制成，有两个电极．
图2－8－4
②电阻测量：正向电阻较小，反向电阻较大，可用多用电表判断它的正负极或区分它的好坏，二极管具有单向导电性．
[再思考]
用多用电表的欧姆档测甲元件的电阻时发现偏转角较大，接着去测乙元件的电阻时，发现偏转角很小，两个元件的电阻大小关系怎样？
【提示】　据多用电表的表盘可知，测甲元件偏转角大，说明电阻小，测乙元件偏转角小，说明电阻大，所以R乙＞R甲．
[后判断]
(1)使用多用电表欧姆档测电阻时，指针摆动角度越大，测量越精确．(×)
(2)欧姆表的每一档的测量范围都是0～∞，所以使用过程中可以不用换档，直接测电阻．(×)
(3)用不同档的欧姆表测量同一电阻的阻值时，误差大小是一样的．(×)
预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中
问题1
问题2
问题3
问题4
学生分组探究一　欧姆表的原理及应用(深化理解)
第1步　探究——分层设问，破解疑难
1．欧姆表测电阻时电流从红表笔流入欧姆表吗？
2．欧姆表的刻度盘是怎样刻度的？
第2步　结论——自我总结，素能培养
1．原理如图2－8－5所示
　
甲　　
　　乙　　
　　　丙
图2－8－5
其中R叫调零电阻，R＋Rg＋r为欧姆表的内阻．
2．刻度标注
刻度
标注方法
标注位置
“0”
红黑表笔短接调节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
刻度盘正中央
“Rx”
红黑表笔接RxIx＝Rx与Ix一一对应
与Rx对应的电流Ix处
第3步　例证——典例印证，思维深化
　如图2－8－6所示为欧姆表的原理示意图．其中，电流表的满偏电流为300
μA，内阻Rg＝100
Ω，调零电阻最大值R＝50
kΩ，串联的定值电阻R0＝50
Ω，电源电动势E＝1.5
V．当电流是满偏电流的二分之一时，用它测得的电阻Rx是多少？
图2－8－6
【思路点拨】　欧姆表测电阻时，本质上组成了闭合电路，此题可借助欧姆定律分析．
【解析】　用欧姆档测量电阻时，对电路应用闭合电路欧姆定律，当电流表满偏时有：
Ig＝，其中R内为欧姆表的内阻．
所以有：R内＝＝
Ω＝5
000
Ω
用它测量电阻Rx时，当指针指在表盘中央时有
Ig＝得：Rx＝－R内＝5
000
Ω
故测得的电阻Rx是5
000
Ω.
【答案】　5
000
Ω
利用欧姆表测电阻时，欧姆表与被测电阻组成了闭合电路，欧姆调零时，满足Ig＝，当被测电阻为R测时，满足I＝.
第4步　巧练——精选习题，落实强化
1．关于欧姆表，下列说法正确的是(　　)
A．欧姆表是根据闭合电路欧姆定律制成的
B．由于电流和电阻成反比，所以刻度盘上的刻度是均匀的
C．使用欧姆表时，选择好一定量程的欧姆档后首先应该将两表笔短接，进行电阻调零，换档后不必重新调零
D．若测量时指针偏角较小，应换用较小倍率档测量
【解析】　由I＝知I与Rx不成反比，刻度不均匀，B错；换档后要调零，C错．指针偏角较小说明被测电阻较大，应换大倍率档，D错．
【答案】　A
2．把一个满偏为6
mA的电流表改装成欧姆表，其中电源电动势为3
V．在测电阻时，电流表指针指在表盘上2
mA处，则改成相应的电阻刻度时，应是(　　)
A．250
Ω　　　　　　　
B．500
Ω
C．1
000
Ω
D．1
500
Ω
【解析】　当短接电流表满偏时，欧姆表的内阻为R内＝
Ω＝500
Ω，当电流表指针指在表盘上2
mA处时，整个回路的电阻Rx＋R内＝
Ω＝1
500
Ω，所以Rx＝1
000
Ω.
【答案】　C
学生分组探究二　多用表测电阻的使用方法(深化理解)
第1步　探究——分层设问，破解疑难
1．使用多用表能否直接测正在发光小灯泡的电阻？
2．若用多用表测电阻时，发现指针偏角偏大，说明被测电阻是大电阻还是小电阻？
第2步　结论——自我总结，素能培养
1．使用多用电表测电阻的步骤
(1)机械调零：使用前若表针没有停在左端“0”位置，要用螺丝刀转动指针定位螺丝，使指针指电流的零．
(2)选档：估计待测电阻的大小，旋转选择开关，使其尖端对准欧姆档的合适档位．
(3)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．
(4)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．
(5)测另一电阻时重复(2)(3)(4)．
(6)实验完毕，应将选择开关置于“OFF”档或交流电压最高档．
2．测电阻时应注意的问题
(1)选档后要进行欧姆调零．
(2)换档后要重新欧姆调零．
(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．
(4)被测电阻阻值等于指针示数乘以倍率．
(5)使用后，要将两表笔从插孔中拔出，并将选择开关旋至“OFF”档或交流电压最高档．
(6)若长期不用，应把电池取出．
第3步　例证——典例印证，思维深化
　(2011·北京高考)用如图2－8－7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2－8－7
(1)旋动部件________，使指针对准电流的“0”刻线．
(2)将K旋转到电阻档“×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，再完成读数和测量．
A．将K旋转到电阻档“×1
k”的位置
B．将K旋转到电阻档“×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
【思路点拨】　(1)熟知表盘板面，清楚各旋钮功能．
(2)严格按步骤操作．
【解析】　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，用螺丝刀小心转动调零螺丝S，使指针对准电流的“0”刻线．然后转动选择开关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档位，从“×100”档位更换到“×1
k”的档位．
【答案】　(1)S　(3)T　0刻线　(4)A、D、C
多用电表测量电阻的步骤
(1)首先进行机械调零；
(2)估测电阻的大小，选择合适的欧姆档(使指针指在R中～4R中范围内)，进行欧姆调零；
(3)测电阻时，指针必须指在中值电阻附近，否则要重新选择欧姆档；用指针指示的数值乘以倍率，其结果就是被测电阻的阻值．
(4)换档后必须重新进行欧姆调零．
(5)多用电表使用完毕，表笔必须从插孔中拨出，并将选择开关旋至“OFF”位置或交流电压最高档．
第4步　巧练——精选习题，落实强化
3．(多选)下列说法中正确的是(　　)
A．欧姆表的每一档测量范围都是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
【解析】　根据改装原理，电阻为零对应电流的最大值即满偏值，电阻为∞对应电流为零，因指针表示的电流可从零到最大变化，则电阻可测量的范围为零到∞，且每一档均可，A正确；使用欧姆表时，指针指中央附近误差较小，故C、D错误；用欧姆表测量电阻，读数误差较大，故是一种粗测法，B正确．
【答案】　AB
4．一多用电表的电阻档有三个倍率，分别是×1、×10、×100.用×10档测量某电阻时，操作步骤正确，发现表头指针偏转角度很小，为了较准确地进行测量，应换到________档．如果换档后立即用表笔连接待测电阻进行读数，那么缺少的步骤是________，若补上该步骤后测量，表盘的示数如图2－8－8所示，则该电阻的阻值是______________Ω.
图2－8－8
若将该表选择开关置于1
mA档测电流，表盘示数仍如图所示，则被测电流为________mA.若用直流15
V档测量电压，则读数为________V.
【解析】　表头指针偏转角度小，说明测量电阻的阻值偏大，应选择大倍率的档×100档，换档后必须重新调零，由图刻度读出被测量电阻的阻值为2.1×103
Ω.
电流为
mA×4＝0.4
mA，电压为
V×100＝6
V.
【答案】　×100　重新欧姆调零　2.1×103(或2.1
k)　0.4　6
学生分组探究三　电学黑箱问题(拓展延伸)
第1步　探究——分层设问，破解疑难
1．分析电学中黑箱问题可否用欧姆表直接探测？
2．若黑箱内存在二极管，能用欧姆表确定吗？
第2步　结论——自我总结，素能培养
1．“电学黑箱”的种类
一般有四种：
(1)纯电阻黑箱；
(2)纯电源黑箱；
(3)由电阻和电源组成的闭合电路黑箱；
(4)含电容器、二极管的黑箱．
2．常见元件的特性及测量现象
元件
特性
不分极性，正向、反向电阻大小相等
单向导电性，正向、反向电阻差值很大
直流电路中相当于断路，欧姆表测量时指针先偏转，又回到“∞”刻度
提供电压，用电压表测量，如果在两测量点间电压最大，说明两点间有电源
3.用多用电表探测黑箱内的电学元件的基本思路
根据以上思路判断出黑箱内有哪些电学元件后，再根据各接点间测量的数据进行逻辑推理，最后确定出元件的位置和连接方式．
第3步　例证——典例印证，思维深化
　如图2－8－9所示的黑盒子内有由导线和三个阻值均为R的电阻组成的电路，盒外有三个接线柱，测得三个接线柱间的电阻分别为：R12＝0.5R，R23＝R，R13＝1.5R，请在题图中画出盒内电阻的接线图．
图2－8－9
【解析】　因为R23＝R，所以2、3之间只有1个电阻，由R12＝0.5R可知1、2之间为两电阻并联，接线图如图所示．
【答案】　见解析图
应用多用电表探测黑箱应注意问题
(1)用多用电表判断黑箱内的电学元件时，应首先用电压档测量各接点间的电压，判断黑箱内是否含电源．
(2)含电源的部分绝不能再用欧姆表进行探测．
第4步　巧练——精选习题，落实强化
5．晶体二极管是电子电路中的常用元件，用多用电表欧姆档可粗略测量它的好坏．如图2－8－10所示，是用多用电表欧姆档(×10
Ω)测试三只二极管的示意图，由图可知哪个图中的二极管是好的，哪端为它的正极，正确的是(　　)
图2－8－10
A．甲，a　　　　　　　
B．乙，a
C．丙，b
D．乙，b
【解析】　晶体二极管的正向电阻很小，而反向电阻很大．由甲、乙、丙测量结果可知，乙图二极管是好的，a端为正极，故B正确．
【答案】　B
图2－8－11
6．用多用电表探测图2－8－11所示黑箱发现：用直流电压档测量，E、G两点间和F、G两点间均有电压，E、F两点间无电压；用欧姆档测量，黑表笔(与电表内部电源的正极相连)接E点，红表笔(与电表内部电源的负极相连)接F点，阻值很小，但反接阻值很大．那么，该黑箱内元件的接法可能是下图中(　　)
【解析】　黑表笔接E点，红表笔接F点，电阻很小，此时二极管导通，电源电流从黑表笔流出，通过二极管从红表笔流进，电流方向从E到F，故B正确．
【答案】　B
电路故障的分析与检测方法
电路故障一般都含有两方面内容：一是故障的性质，即短路还是断路；二是故障的位置，即故障发生在哪个元件上．所以一个电路中的故障，要从这两个方面分析．只有确定了电路故障的性质和故障发生的位置，才能完整地确定出电路的故障．
1．根据串、并联电路的特点判断：电路故障的判断问题可以考查学生对电路的组成(结构)、特点等知识的理解程度．因此，把握电路的结构、特点是解决这类问题的前提．
2．用电压表判断电路故障的方法
(1)电压表有示数的原因：
电压表两接线柱间含电源部分的电路为通路，同时与电压表并联的部分电路没有短路现象发生时，电压表有示数．
(2)电压表无示数的原因：
①电压表两接线柱间含电源部分的电路为断(开)路．
②电压表两接线柱间含电源部分虽然为通路，但与电压表并联的部分电路出现了短路现象．
图2－8－12
　(多选)在如图2－8－12所示的电路中，闭合开关时，灯不亮，已经确定是灯泡断路或短路引起的，在不能拆开电路的情况下(开关可闭合，可断开)，现用一个多用电表的直流电压档、直流电流档和欧姆档分别对故障电路作了如下检查并作出判断(如下表所示)：
次序
操作步骤
现象和结论
1
闭合开关，选直流电压档，红、黑表笔分别接a、b
指针偏转，灯断路；指针不偏转，灯短路
2
闭合开关，选直流电流档，红、黑表笔分别接a、b
指针偏转，灯断路；指针不偏转，灯短路
3
闭合开关，选欧姆档，红、黑表笔分别接a、b
指针不动，灯断路；指针偏转，灯短路
4
断开开关，选欧姆档，红、黑表笔分别接a、b
指针不动，灯断路；指针偏转最大，灯短路
以上操作和判断正确的是(　　)
A．1　　　　
B．2　　　　
C．3　　　　
D．4
【思路点拨】　已知电路故障在灯泡上，不是断路就是短路，用直流电压档，测a、b两点，若电表有示数，说明灯泡断路，若电表无示数，说明灯泡短路．使用欧姆档，应先使被测电路断开电源，指针不动，说明灯泡断路，指针偏转最大，说明灯泡短路．
【解析】　选直流电压档时，红、黑表笔分别接高、低电势点，若指针偏转，说明a、b两点有电压，其他地方完好而a、b之间有断路；若指针不偏转，说明a、b两点电势相等，a、b之间必短路，1正确．
选直流电流档时，由于电流表内阻很小，当灯属于断路故障时，电路中电流可能较大，因此可能烧坏电流表或电源等．故一般不选用电流档进行故障检测，2错误．
选欧姆档时，已启用欧姆表内电源，必须将外电路电源断开，故3是错误的．
而4显然正确，故选项A、D正确．
【答案】　AD
——[先看名师指津]——————————————
用电压表判断电路短路、断路的一般规律
(1)短路故障的判断：将电压表与电源并联，若有电压，再逐段与电路并联．当电压表示数为零时，该并联电路某部分被短路；当电压表示数不为零时，该并联电路没有被短路．
(2)断路故障的判断：将电压表与电源并联，若有电压，再逐段与电路并联，若电压表有示数，则该并联电路某部分出现断路．
——[再演练应用]———————————————
如图2－8－13所示的电路中，1、2、3、4、5、6为连接处的接点．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2－8－13
(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__________档．在连接点1、2同时断开的情况下，应当选用多用电表的________档．
(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，写出用多用表检测该小灯泡是否有故障的具体步骤．
【解析】　(1)在1、2两点接好的情况下，应当选用多用电表的电压档，在1、2同时断开的情况下，应选用欧姆档．
(2)表明5、6两点可能有故障．
(3)①调到欧姆档；②将红，黑表笔相接，检查欧姆档能否正常工作；③测量小灯泡的电阻，如电阻无穷大，表明小灯泡有故障．
【答案】　(1)电压　欧姆
(2)开关或连接点5、6
(3)①调到欧姆档．
②将红、黑表笔相接，检查欧姆档能否正常工作．
③测量小灯泡的电阻，如电阻无穷大，表明小灯泡有故障．