第2节 多用电表的原理与使用
学 习 目 标
知 识 脉 络(教师用书独具)
1．通过对多用电表电路图的等效分析，初步了解多用电表的原理．(难点)
2．学会操作和使用多用电表，知道多用电表的使用规则及使用的注意事项．(重点)
3．学会应用多用电表测量电压、电流和电阻．(重点)
[自 主 预 习·探 新 知]
[知识梳理]
一、多用电表的原理
1．构造
多用电表的核心是一只直流灵敏电流计G，即“表头”．表头与电阻、拨动开关等组成不同的测量电路．
2．多用电表测直流电流、电压的原理
(1)表头与电阻串联组成测直流电压的分压电路．
(2)表头与电阻并联组成测直流电流的分流电路．
3．欧姆表测电阻的原理
(1)原理：依据闭合电路欧姆定律制成，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．
图4-2-1
如图4-2-1所示，当红、黑表笔间接入被测电阻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Rx＝r＋Rg＋R时，指针指向刻度盘正中央，这时Rx的电阻被称为中值电阻．
二、练习使用多用电表
1．认识多用电表
图4-2-2
2．多用电表的使用
(1)测量前，先调零，再将红、黑表笔分别插入正、负测试笔插孔．
(2)测量时，应把选择开关旋到相应的测量项目和量程上，读数时，要读跟选择开关的挡位相应的刻度盘上的示数．
(3)测电流、电压时，选择恰当的量程，使指针应偏转到满刻度的以上．
(4)测电阻时，先估测电阻阻值，将选择开关拨到适当倍率，将红、黑两表笔短接，调节调零旋钮，使指针恰好停在“电阻挡”刻度线的零刻度处，然后将红、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，电阻值等于示数乘以倍率．
(5)使用后，要把表笔从测试插孔中拔出，并把选择开关拨至“OFF”挡或交流电压最高挡．
[基础自测]
1．思考判断
(1)欧姆表的红表笔接内部电源的负极．(√)
(2)欧姆表的刻度是均匀的．(×)
[提示] 欧姆表的刻度不均匀．
(3)欧姆表的零刻度在表盘的最右端．(√)
(4)流过欧姆表的电流是内部电源提供的，流过电压表、电流表的电流是外电路的电源提供的．(√)
(5)测电阻时，每次测电阻前都要进行欧姆调零．(×)
[提示] 每次换挡要进行欧姆调零．
(6)测电阻时，指针偏角很小，是指电阻很小．(×)
[提示] 偏角小，说明电流小电阻大．
(7)测量时，不可用手接触表笔金属部分．(√)
(8)测量电阻时，表的指针偏转角度越大，误差就越小．(×)
[提示] 在中值刻度附近读数，误差较小．
(9)多用电表若长期不用，应把电池取出．(√)
2．以下是欧姆表原理的电路示意图，正确的是( )
C [欧姆表的红、黑表笔分别与内部电源的负、正极相连，A、B错误；闭合电路中的外电路，电流从电源的正极流向负极，对于电流表电流应从正接线柱进，从负接线柱出，C对，D错．]
3．(多选)以下说法中正确的是( )
A．用多用电表测电压时，一定要让红表笔接电势高的点，黑表笔接电势低的点
B．用多用电表测电流时，一定要让电流从红表笔流入，从黑表笔流出
C．用多用电表测电阻时，因电阻无方向性，电路电流方向无法确定
D．测电压(流)时，都要估计电压(流)值，选择合适量程，以免烧坏电表
ABD [因多用电表表头是单偏的，所以流过表头的电流方向必须符合要求，即从红表笔经表头流到黑表笔，A、B正确；测电阻时，虽然电阻无方向，但内部电池电动势是有方向的，电池正确安装后，电表内部电流方向也应是从红表笔经表头到黑表笔，在外部则是从黑表笔经电阻流到红表笔，C错误；为避免烧坏电表，应选合适量程，D正确．]
4．如图4-2-3所示为一正在测量中的多用电表表盘．
图4-2-3
(1)如果是用直流10 V挡测量电压，则读数为________ V.
(2)如果是用×100 Ω挡测量电阻，则读数为________ Ω.
(3)如果是用直流5 mA挡测量电流，则读数为________ mA.
[解析] 在题图所示的多用电表表盘中，如果是用10 V直流电压挡测量电压，读数时要找到对应的刻度和量程，读数为6.5 V；同理，用5 mA直流电流挡测量电流时读数为3.25 mA；用×100 Ω的电阻挡测量电阻，被测电阻的阻值为：读数×100 Ω＝8×100 Ω.
[答案] (1)6.5 (2)800 (3)3.25
[合 作 探 究·攻 重 难]
多用电表的结构与原理
1.多用电表的内部构造
图4-2-4是简化的多用电表电路图．它由表头G、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等部分组成．其中1、2为电流测量端，3、4为电压测量端，5为电阻测量端．测量时，黑表笔插入“－”插孔，红表笔插入“＋”插孔，并通过转换开关接入与待测量相应的测量端．使用时，电路只有一部分起作用．
图4-2-4
2．多用电表测直流电流和电压的原理
测直流电流和直流电压的原理，就是分流和分压原理，其中转换开关接1或2时测直流电流，其中接1时量程较大；接3或4时测直流电压；转换开关接5时，测电阻．
3．多用电表电阻挡原理
(1)“调零”原理：当红、黑表笔相接时(图4-2-5甲)，相当于被测电阻Rx＝0，调节R的阻值，使＝Ig，则表头的指针指到满刻度，所以刻度盘上指针指在满偏处定为电阻刻度的零点．因此，欧姆表的零刻度在表盘右端，r＋Rg＋R是欧姆表的内阻．
图4-2-5
当红、黑表笔不接触时(图4-2-5乙)，相当于被测电阻Rx→∞，电流表中没有电流，表头的指针不偏转，此时指针所指的位置是刻度的“∞”点．
(2)中值电阻：R＋Rg＋r是多用电表电阻挡的内阻，当被测电阻Rx＝R＋Rg＋r时，通过表头的电流I＝＝，即通过表头的电流为满偏电流的一半，此时指针指在刻度盘的中央，所以一般电阻挡的内阻称为中值电阻．
(3)刻度不均匀：由I＝可以知道，不同的Rx对应不同的电流I，如果在刻度盘上直接标出与电流I对应的电阻Rx值，可以从刻度盘上直接读出被测量电阻的阻值，但是，由于Rx与I不是线性关系，所以电阻挡的刻度是不均匀的．
如图4-2-6所示是欧姆表的工作原理图．
图4-2-6
(1)若表头的满偏电流为Ig＝500 μA，干电池的电动势为1.5 V，把灵敏电流表的电流刻度值对应的欧姆表电阻值填在下表中：
电流刻度
0
200 μA
300 μA
500 μA
电阻刻度
∞
0
(2)这只欧姆表的总内阻为________ Ω，表针偏转到满刻度的时，待测电阻为________ Ω.
[解析] (1)对应电流“0”刻度的电阻刻度为“∞”，对应满偏电流“500 μA”刻度的电阻刻度为“0”，所以调零时，由闭合电路的欧姆定律有：
Ig＝，
得欧姆表总内阻
R内＝Rg＋r＋R0＝＝3 000 Ω.
测量电阻Rx时有I＝
得Rx＝－R内
当I＝200 μA时，Rx＝－3 000 Ω＝4.5×103 Ω
当I′＝300 μA时，Rx′＝－3 000 Ω＝2×103 Ω.
(2)当表针偏转到满刻度的处时，通过欧姆表的电流
I″＝＝ A.
Rx″＝－R内＝6 000 Ω.
[答案] (1)4.5×103 Ω 2×103 Ω (2)3 000 6 000
掌握多用电表原理的两点注意
(1)多用电表是根据闭合电路欧姆定律I＝，得到的Rx与电流I一一对应关系．
(2)R＋Rg＋r为欧姆表的内阻．
[针对训练]
1．把一量程6 mA、内阻100 Ω的电流表改装成欧姆表，线路如图4-2-7所示，现备有如下器材：A.电源E＝3 V(内阻不计)；B.滑动变阻器0～100 Ω；C.滑动变阻器0～500 Ω；D.红表笔；E.黑表笔．
图4-2-7
(1)滑动变阻器选用________．
(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________．
[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＝400 Ω，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＝2 mA时，有I＝，解得Rx＝1 000 Ω.
[答案] (1)C (2)N M (3)1 000 Ω
多用电表测电压、电流和电阻的方法
1.测电压、电流
(1)检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的零位置．若不指零，则可用小螺丝刀进行机械调零．
(2)将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔．
(3)如图4-2-8甲所示连好电路，将多用电表选择开关置于直流电压挡，测量小灯泡两端的电压．
(4)如图4-2-8乙所示连好电路，将多用电表选择开关置于直流电流挡，测量通过小灯泡的电流．
图4-2-8
2．测电阻
(1)机械调零：使用前若表针没有停在左端“0”位置，要用螺丝刀转动调零定位螺丝，使指针指零．
(2)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．
(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)实验完毕，应将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡．
在练习使用多用电表的实验中：
(1)某同学连接的电路如图4-2-9所示．
图4-2-9
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电阻挡，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)在使用多用电表的电阻挡测量电阻时，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刻度的正中间，则测量值小于25 Ω
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
[解析] 解题关键在于，当开关断开时，多用电表测量的是电阻；开关闭合时，电表测量的是电压或电流．
(1)①多用电表作为电流表测电流时应与待测电阻串联，因此测的是流过R1的电流；②断开开关，两个电阻串联，此时多用电表作为欧姆表测量的是滑动变阻器R1接入电路的阻值与R2串联之后的总电阻；③滑动变阻器的滑片移到最左端时，R1无阻值接入，外电阻就剩一个R2，此时多用电表测的就是R2分得的电压或路端电压．
(2)若双手捏住两表笔金属杆，测量值将是人体与待测电阻并联之后的总电阻，测量值将偏小，A选项错误；测量时发现指针偏离中央刻度过大，分两种情况：若偏转角过大，应减小倍率；若偏转角过小，应增大倍率，因此B选项错误；由于欧姆表刻度线右侧稀左侧密，选择“×10”倍率挡，在20与30刻度正中间的电阻值应小于250 Ω，C选项错误．只有D选项正确．
[答案] (1)①R1 ②滑动变阻器R1接入电路的阻值和R2串联 ③R2(或电源) (2)D
多用电表的欧姆挡使用“五注意”
(1)选择适当的量程，选挡时若无法估计待测电阻的阻值，应将选择开关先旋到“×1”挡，欧姆调零后，将红黑表笔分别接到电阻两端，若指针偏角较小，再逐渐增大量程，直到指针指在中值电阻附近为止．
(2)每改变一次量程，要重新进行欧姆调零，使用同一量程测量不同的电阻时，无需重新调零．
(3)测量时待测电阻要跟其他元件、电源断开．
(4)要尽量利用欧姆表刻度盘的中央部分，估读示数时要考虑刻度不均匀．
(5)多用电表用完后，选择开关要旋到交流电压的最高挡或“OFF”挡．
[针对训练]
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4-2-10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100 mA的量程，指针所示电流值为________ mA；测直流电压时，用的是50 V量程，则指针所示的电压值为________ V.
图4-2-10
[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“×1 k”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：
17．0×100 Ω＝1 700 Ω
若用量程100 mA测直流电流时，读数为：
4．7×10 mA＝47 mA
若用量程50 V测直流电压时，读数为23.5 V.
[答案] 见解析
[当 堂 达 标·固 双 基]
1．欧姆表的内部电路如图4-2-11所示，已知电流计的电阻为Rg，滑动变阻器接入电路的阻值为R0，电源的电动势和内阻分别为E、r.下列说法正确的是( )
图4-2-11
A．欧姆表的工作原理是闭合电路欧姆定律
B．电路图中左侧的表笔为黑表笔
C．欧姆表表盘的最左端为欧姆“0”刻度
D．欧姆表表盘的中间刻度值为R中＝Rg＋R0
A [欧姆表是根据闭合电路欧姆定律制成的，A正确；电流从黑表笔出，红表笔进，B错误；“∞”刻度在刻度盘的左端，C错误；当欧姆表指针指在中间位置时，＝，Ig＝，所以Rx＝Rg＋R0＋r，即中间刻度值为R中＝r＋Rg＋R0，D错误．]
2．多用电表是实验室常用的实验器材之一，其原理是闭合电路欧姆定律，它能测电阻、电压、电流等．如图4-2-12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．
图4-2-12
[解析] 使用欧姆挡时需要电表内接电源，所以3、4为电阻挡；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I1＝＋Ig，I2＝＋Ig，可知I1＞I2.
[答案] 3 4 电压 6 电流 1
3．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 Ω ”的挡时，测量时指针停在刻度盘0附近处，为了提高测量的精确性，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“×1 k”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“0”刻度线上
F．将选择开关拨至交流电压最高挡上
将上述中必要的步骤选出来，这些必要步骤的合理的顺序是__________________(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4-2-13所示，则此未知电阻的阻值Rx＝________.
图4-2-13
[解析] 用多用电表的欧姆挡测未知电阻时，指针停在中值(中心位置)附近时测量误差较小，当用“×100”挡测量时，指针停在0附近，说明该待测电阻的阻值相对该挡比较小，为了提高测量精度，应换低倍率“×10”的挡来测量，换挡之后，必须重新调零，之后再接入未知电阻进行测量和读取数据．测量后如暂时不使用此多用电表，应将选择开关置于交流电压最高挡上，待测电阻的阻值为读数乘以倍率，即Rx＝16×10 Ω＝160 Ω.
[答案] C、A、E、D、F 160 Ω
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