第二章 恒定电流
第8节 多用电表的原理
知识
一、欧姆表
1.原理:依据 制成,它是由 改装而成的。
2.内部构造:由 、 和 三部分组成。
3.测量原理
如图所示,当红、黑表笔间接入被测电阻Rx时,通过表头的电流,改变Rx,电流I随着改变,每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 值,就可以从刻度盘上直接读出被测电阻的阻值。
二、多用电表
1.用途:共用一个表头,可分别测量 、 、 等物理量。
2.最简单的多用电表原理图
如图甲所示,当单刀多掷开关接通1时,可作为 使用;接通2时,可作为 使用;接通3时,可作为 使用。
3.外形构造如图乙所示,选择开关周围有不同的测量功能区域及 ,选择开关旋到不同的位置,多用电表内对应的仪表电路被 ,就相当于对应的仪表。在不使用时,应把选择开关旋到 挡或交流电压最高挡。
闭合电路欧姆定律 表头 电源 可变电阻 Rx
电压 电流 电阻 电流表 欧姆表 电压表 量程 接通 OFF
重点
欧姆表的一些重要结论
1.欧姆表的原理如图所示
2.刻度标注
(1)“0 Ω”标注:当红、黑表笔相接时(图甲),此时被测电阻Rx=0,调节调零电阻R,使表头达到满偏电流,即,这时整个电路中的总电阻为欧姆表的总内阻,
R内=r+R+Rg,因此时Rx=0,所以满偏电流Ig处应标注“0 Ω”。
(2)“∞ Ω”标注:当红、黑表笔不接触时(图乙)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欧姆表刻度的“∞ Ω”点。
(3)其他刻度的标注:当红、黑表笔间接入一个电阻Rx时,如图丙所示,由闭合电路的欧姆定律有,每一个电流值对应一个阻值Rx,将电流转换成电阻标度,就将电流表改装成了欧姆表。
3.欧姆表的内阻与中值电阻的关系
由可得,当Rx=R内时,指针半偏,通常把此时Rx的值(即表盘中央的刻度)称为中值电阻。
4.由可知,I与Rx不成简单的反比关系,所以欧姆表的刻度时不均匀的。
【例题】如图所示是欧姆表的工作原理图。
(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阻值填在下表中。
电流刻度
0
50 μA
100 μA
200 μA
250 μA
300 μA
400 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。
参考答案:(1)2.7×104 Ω 1.2×104 Ω 4.5×103 Ω 3×103 Ω 2×103 Ω 750 Ω (2)3 000 6 000
试题解析:(1)对应电流“0”刻度和满偏电流“500 μA”的电阻刻度分别为“∞”和“0”。由闭合电路欧姆定律得,欧姆表总内阻。测量电阻Rx时:,,当I=50 μA时,Rx=。同理可求出,100 μA、200 μA、250 μA、300 μA、400 μA时,对应的电阻分别为:1.2×104 Ω、4.5×103 Ω、3×103 Ω、2×103 Ω、750 Ω。
(2)当表针偏转到满刻度的处时,。
基础训练
1.(2019·天津市宝坻区高一联考)一个用满偏电流3 mA的电流表改装而成的欧姆表。调零后用它测量500 Ω的标准电阻时,指针恰好在刻度盘的正中间。如果用它测量一个未知电阻时,指针在1 mA处,则被测电阻的阻值为
A.1 000 Ω B.5 000 Ω
C.1 500 Ω D.2 000 Ω
2.下图是多用电表欧姆挡的原理图,其中电流表的满偏电流为500 ?A,内阻Rg=50 ?,调零电阻R的最大阻值为30 k?,固定电阻R0=50 ?,电池电动势?=1.5 V,用它测量电阻Rx,能较准确测量的阻值范围是
A.(1~4) k?
B.(100~400) ?
C.(10~40) ?
D.(10~40) k?
3.(2019·北京市门头沟区高三综合练习)某同学把电流表、干电池和一个定值电阻串联后,两端连接两支测量表笔,做成了一个测量电阻的装置,如图所示。两支表笔直接接触时,电流表的读数为满偏电流Ig;两支表笔与400 ?的电阻相连时,电流表的读数为Ig/3。以下说法正确的是
A.该测量电阻装置的内阻200 ?,图中A接黑表笔
B.该测量电阻装置的内阻200?,图中A接红表笔
C.该测量电阻装置的内阻400?,图中A接黑表笔
D.该测量电阻装置的内阻400 ?,图中A接红表笔
4.使用多用表欧姆挡测电阻,下列说法中正确的是
A.测量电阻前,要使红黑表笔短路,调节调零电阻使指针指示电流为零
B.红表笔插入“+”接线孔,它接的是表内电池的正极
C.用“×10”挡测量时,表针偏转过大,可改换“×100”挡并重新调零表针
D.偏角越大,对同一量程来说,所测的电阻越小
5.(2019·北京平谷区高三一模)某同学学习了欧姆表原理后,想自己设计并改装一个欧姆表。他手上有如下器材:量程100 μA、内阻500 Ω的电流计;电动势1.5 V的一节干电池;滑动变阻器、电阻箱和若干定值电阻。他设计的电路如图甲所示,实验时他将两表笔短接,电流计指针满偏时,他计算出电路中的总电阻为15 kΩ,然后他将一个10 Ω和20 Ω的电阻分别接到两表笔之间时,发现电流计指针指示的位置几乎一样,很难区分。进一步研究后他认为,只有所测电阻与欧姆表总内阻相当时,测量结果才比较准确。为此他想到了将小量程电流表改装成大量程电流表的方法,设计了如图乙所示的电路,并联电阻R1后,可使干路电流是流经电流计电流的n倍。若要测量阻值约20 Ω的电阻,n的取值最合适的是
A.n=10 000 B.n=1 000
C.n=100 D.n=10
6.实验桌上放着晶体二极管、电阻、电容器各一只,性能均正常,外形十分相似。现将多用电表选择开关拨到“×100”挡,分别测它们的正、反向电阻加以鉴别:测甲元件时,R正=R反=0.5 kΩ;测乙元件时,R正=0.5 kΩ,R反=100 kΩ;测丙元件时,开始指针偏转到0.5 kΩ,接着读数逐渐增大,最后停在100 kΩ上。则甲、乙、丙三个元件分别是
A.电容器、电阻、二极管
B.电阻、电容器、二极管
C.电阻、二极管、电容器
D.二极管、电阻、电容器
7.(2019·北京市门头沟高三一模)某学生在练习使用多用电表之前,她认真分析了欧姆表的原理电路图(见图甲)。她做的几个练习使用多用电表的电路如图乙所示,下列说法中错误的是
A.图1中多用电表选择开关应该是直流电压档
B.图2中多用电表选择开关应该是直流电流档
C.图3中多用电表测二极管电阻时,指针几乎不偏转
D.图4中多用电表选用欧姆档,可以给电容器充电
8.如图所示为J0411多用电表示意图。其中A、B、C为三个可调节的部件。某同学在实验室中用它测量一阻值约为1~3 kΩ的电阻。他测量的操作步骤如下:
(1)调节可动部件______,使电表指针指向__________。
(2)调节可调部件_____,使它的尖端指向________位置。
(3)将红黑表笔分别插入正负插孔中,笔尖相互接触,调节可动部件_____________,使电表指针指向________位置。
(4)将两只表笔分别与待测电阻两端相接,进行测量读数。
(5)换测另一阻值为20~25 kΩ的电阻时,应调节B,使它的尖端指向“×1 k”的位置,此时还必须重复步骤________,才能进行测量,若电表读数如上图所示,则该待测电阻的阻值是________。
9.(2019·百校联盟高考名师猜题保温金卷)某探究小组进行“练习使用多用电表”的实验,请帮他们完成下列几个问题。
(1)如图甲是多用电表的刻度盘,当选用量程为0~50 mA的电流挡测量电流时,表针指示图示刻度,则所测电流为_____mA;当选用量程为0~250 V的电压挡测电压时,其示数为________V。
(2)图乙是图甲中多用电表的简化电路图,测当转换开关S旋转到位置3时,可用来测量________;转换开关接2时,多用电表为一个倍率为“×10”的欧姆表,若图甲中E为该量程对应表盘刻度的中间位置,刻度值为15,则欧姆表内阻为_______Ω;若表头A的满偏电流为50 mA,则乙图中电源的电动势为______V。
(3)将红、黑表笔分别插入正、负表笔插孔,将一个二极管的两极分别记做a和b,红表笔接a端、黑表笔接b端时,表针几乎不转;红表笔接b端、黑表笔接a端时,表针偏转角很大。则该二极管的正极是______(填“a”或“b”)端。
10.(2019·河南中原名校高二第三次联考)某人把电流表、干电池和一个定值电阻串联后,两端连接两只测量表笔,做成了一个测量电阻的装置。两只表笔直接接触时,电流表读数是4 mA,两只表笔与200 Ω的电阻连接时,电流表读数是3 mA。现在把表笔与一个未知电阻连接时,电流表读数是2mA,则该未知电阻阻值是
A.600 Ω B.1 200 Ω C.300 Ω D.200 Ω
11.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
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
12.(2019·山东省普通高中学业水平考试)某同学用多用电表按正确步骤测量一电阻的阻值,它的欧姆挡有“×1”、“×10”、“×100”、“×1 k”的四个挡位。当选择开关置于“×l”挡进行测量时,指针指示位置如图所示,则其电阻值是_________。如果要用这只多用电表测量一个阻值约为200 Ω的电阻,为使测量结果比较精确,选择开关应选的欧姆挡是______________。
13.(上海卷)在“用多用表测电阻、电流和电压”的实验中
(1)(多选题)用多用表测电流或电阻的过程中
A.在测量电阻时,更换倍率后必须重新进行调零
B.在测量电流时,更换量程后必须重新进行调零
C.在测量未知电阻时,必须先选择倍率最大挡进行试测
D.在测量未知电流时,必须先选择电流最大量程进行试测
(2)测量时多用表指针指在如图所示位置。若选择开关处于“10 V”挡,其读数
为 V;若选择开关处于“×10”挡,其读数为 200 Ω(选填“大于”、“等于”或“小于”)。
14.(上海卷)如图是一个多用表欧姆挡内部电路示意图。电流表满偏电流0.5 mA、内阻10 Ω;电池电动势1.5 V、内阻1 Ω;变阻器阻值0~5 000 Ω。
(1)该欧姆表的刻度值是按电池电动势为1.5 V刻度的,当电池的电动势下降到1.45 V、内阻增大到4 Ω时仍可调零。调零后阻值将变_________(选填“大”或“小”);若测得某电阻阻值为300 Ω,则这个电阻的真实值是________Ω
(2)该欧姆表换了一个电动势为1.5 V,内阻为10 Ω的电池,调零后测量某电阻的阻值,其测量结果___________(选填“偏大”、“偏小”或“准确”)
参考答案
1.A【解析】当调零时,可知,当指中间时。当测量一个未知电阻时,;由上式联立可知,,故A正确。
4.AD【解析】测量电阻前,要使红黑表笔短路,调节调零电阻使指针指示电流为零,选项A正确;红表笔插入“+”接线孔,它接的是表内电池的负极,选项B错误;用“×10”挡测量时,表针偏转过大,可改换“×1”挡并重新调零表针,选项C错误;根据欧姆表的表盘特点,偏角越大,对同一量程来说,所测的电阻越小,选项D正确。
【名师点睛】本题考查了欧姆表的使用方法;要注意欧姆表使用前要进行机械调零,红表笔接电源负极,指针偏角大,说明阻值小,要换小倍率,且重新调零。学》
5.B【解析】由于要测量阻值约20 Ω的电阻,测量结果才比较准确,则有,干路电流,流经电流计电流,所以,故n的取值最合适的是1 000,故ACD错误,B正确。
6.C【解析】甲元件的正、反向阻值相等,说明甲元件为电阻;二极管的特点是正向电阻较小,反向电阻很大,故乙元件为二极管;电容器的特点:在与电源突然接通时,对电容器充电,指针偏角较大,稳定后电容器为断路,指针偏角较小,故丙元件为电容器。选项C正确。
7.C【解析】图1测量灯泡两端电压,故选择开关应该是直流电压档,A正确;图2为测量电路电流,所以选择开关应该是直流电流档,B正确;图3中测量二极管的正向电阻,在合适的档位指针会发生偏转,C错误;图4中多用电表选用欧姆档,有电源接在电容器两端,故可以给电容器充电,D正确。
8.(1)A 左边零刻度处 (2)B “×100”的倍率挡 (3)C 右边最大刻度 (5)(3)22 kΩ
(1)使用多用表测量电阻时应先机械调零,即调节可动部件A,使指着指向左边零刻度线处。
(2)机械调零完毕后,还需要选择适当的欧姆挡,使得实验中指针指向刻度盘的处,因为被测阻值大约为1~3 kΩ,所以应选择“×100”的倍率挡。
(3)然后进行欧姆调零,即将两表笔短接,调节可动部件C,是电表的表针指向右边最大处。
(5)当重新选择欧姆挡后,还需要进行欧姆调零,即重复步骤3,从表中可读出该电阻阻值为22 kΩ。
10.A【解析】由题意,根据闭合电路欧姆定律,则有:E=I1(Rg+R+r)=0.004×(Rg+R+r),E=I2(Rg+R+r+200 Ω)=0.003×(Rg+R+r+200 Ω),把Rg+R+r看成一个总电阻R总,则由上面两式可得:E=2.4 V,R总=600 Ω;电流为2 mA时,有E=I3(R总+ Rx)=0.002×(600 Ω+Rx),解得:Rx=600Ω,故A正确,BCD错误。
11.AD【解析】S与1或2连接时,电阻与表头G并联,变成了电流表,并联电阻越小,电阻分流越大,量程越大,因此接1时量程较大,A正确,B错误;S与3或4连接时,电阻与电表串联,变成了电压表,串联电阻越大,电阻分压越大,量程越大,因为,所以接4时量程大,故C错误;S与5连接时,有电源,为欧姆表,D正确。
12.12.0 Ω ×10
用“×1”挡测电阻,由图示可知,待测电阻阻值为12.0×1Ω=12.0 Ω;测约为200 Ω的电阻,应选择“×10”挡,换挡后要重新进行欧姆调零,然后再测电阻阻值。
【点睛】本题考查了欧姆表读数、欧姆表使用注意事项,欧姆表指针示数与对应挡位的乘积是欧姆表示数;使用欧姆表测电阻,应选择合适的挡位,使指针指在表盘中央刻度线附近,欧姆表换挡后要重新进行欧姆调零。
13.(1)AD (2)5.4 小于
(1)多用电表测量电阻时,更换倍率后都必须重新进行欧姆调零,选项A正确;测量电流前需要进行机械调零,更换量程时不需要进行再次调零,选项B错误;在测量未知电阻时,必须先用电压表测试电阻内是否带有电源,再大致估计电阻大小选择大致倍率,故选项C错误;在测量未知电流时,必须选择电流最大量程进行试测,避免电表烧坏,故选项D正确。(2)若选择开关处于“10 V”挡,则电表的最小刻度为0.2 V,此时读数为5.4 V;若选择开关处于“×10”挡,欧姆表的中央刻度为15,此时指针指示未知但小于15,所以读数应该小于150 Ω,故小于200 Ω。
【方法技巧】会规范使用多用电表,能正确读出多用电表的示数,是解决本题的关键,在平时实验训练过程中要多加注意规范操作和正确使用。
(2)该欧姆表换了一个电动势为1.5 V,内阻为10 Ω的电池,调零后测量某电阻的阻值的测量结果准确,因为电源的内阻的变化,可以通过调零电阻的阻值的变化来抵消。
【名师点睛】 本题考查多用电表欧姆挡的工作原理,解答本题要求熟练闭合电路欧姆定律的应用,掌握多用表的原理。