高中物理人教版选修3-1 第二章 第8节多用电表的原理学案 Word版含解析
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| 名称 | 高中物理人教版选修3-1 第二章 第8节多用电表的原理学案 Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 357.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-01-02 10:13:04 | ||
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文档简介
第8节 多用电表的原理
1．知道欧姆表测量电阻的原理。
2．了解欧姆表的内部结构和刻度特点。
3．了解多用电表的基本结构，知道多用电表的测量功能。
一、欧姆表
1．原理
依据闭合电路的欧姆定律，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(如图)。
二、多用电表
1．用途
共用一个表头，可分别测量电压、电流、电阻。
2．最简单的多用电表原理图
如图所示，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。
(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，应换大倍率挡。( )
(4)多用电表所有刻度都是均匀的。( )
(5)用多用表无论是测电压还是测电流时电流总是从红表笔流入，从黑表笔流出。( )
提示：(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√
课堂任务 欧姆表原理
仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。
活动1：我们知道电流表可以看成显示电流的特殊电阻Rg，如图甲，当接入电路的电阻R变化时，电流就变化，电流表示数I和电阻R有什么关系？
提示：由闭合电路欧姆定律得I＝，所以电流表示数I和接入的电阻阻值R一一对应。
活动2：由活动1的结论可知，将电流刻度换成电阻刻度，就能用电流表测电阻值，图乙的表盘应该如何标定电阻的最大值和最小值？
提示：由I＝可知，电流越大，电阻越小，电阻允许的变化范围是0～∞。当电流为0时，A、B间断开，电阻为无穷大，所以电流的0刻度标为电阻的∞；当电流达到满偏刻度时，电阻应最小，所以标为0。
活动3：为了标定电阻的0刻度，甲图测量电路是否能达到要求？如果不能，请对电路改装，这时电阻0刻度如何标定？
提示：由甲图可知，A、B接触电阻为0时，电流超过量程，所以甲图不符合要求，应该串联一个滑动变阻器，如图所示。使AB短接，调节滑动变阻器，当阻值为R1时，电流表刚好满偏，Ig＝，此时就标定了电阻0刻度。
活动4：在以上活动的基础上，为了测出电阻R的阻值，请写出电流刻度和R的关系式。由此改装成的欧姆表刻度是均匀的吗？
提示：由闭合电路的欧姆定律得I＝，其中R1满足Ig＝(即欧姆表调零)，每一电流值都对应一电阻值R，将电流刻度换成对应的电阻刻度，就可直接读电阻了。由关系式可知电阻刻度不均匀，左侧密右侧疏。
活动5：讨论、交流、展示，得出结论。
(1)欧姆表的结构如图所示
(2)刻度标注及测电阻的原理
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R＝0(图乙)
满偏电流Ig处
“∞”
红、黑表笔不接触表头指针不偏转，被测电阻R＝∞(图甲)
电流为零处
中值
电阻
R＝r＋R1＋Rg
刻度盘正中央
“R”
红、黑表笔接R
I＝ R与I一一对应(图丙)
与R对应的电流I处
例1 把一量程6 mA、内阻100 Ω的电流表改装成欧姆表，电路如图所示，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。
(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________；电流表3 mA刻度处换成电阻刻度，其电阻值应为________。
(1)滑动变阻器的阻值由什么决定？
提示：由电动势和满偏电流及电源和G表的内阻决定。
(2)欧姆表是依据什么标注的？
提示：每一个R都对应着一个不同的电流值，将此处的电流标注为相应的电阻。
[规范解答] (1)两表笔直接接触时，调节变阻器的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R＝1000 Ω。电流I′＝3 mA时，I′＝，解得R′＝500 Ω。
[完美答案] (1)C (2)N M (3)1000 Ω 500 Ω
?1?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，所以在表盘上电流为零处标电阻“∞”；当红、黑表笔短接时，调节欧姆调零旋钮，使电流表指针满偏，所以在电流满偏处标电阻“0”。
?2?I与R不成比例，欧姆表的刻度不均匀。
?3?欧姆表偏角?偏角是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。
?4?中值电阻：当外加电阻R＝r＋Rg＋R1时，指针指在刻度盘的中央，该电阻叫中值电阻。
如图所示，欧姆表刻度盘中，未使用时指针指A，两表笔短接时指针指B。若欧姆表的总内阻为24 Ω，C是A、B的中点，D是A、C的中点，则D点的刻度值为( )
A．36 Ω B．72 Ω C．24 Ω D．12 Ω
答案 B
解析 由欧姆表原理：Ig＝，当指针指在D点时，电流为满偏电流的，则由＝，得：R＝3R内＝72 Ω，B正确。
课堂任务 多用表原理
仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。
活动1：回顾前面的知识，请思考甲、乙、丙虚线框中的测量电路表示什么电表？并简述其原理(甲图内部包含一个小量程电流表即表头)。
提示：甲表示电流表，利用并联分流，由一表头并联电阻以扩大电流表量程。乙表示电压表，利用串联分压，由一表头串联电阻扩大电压表量程。丙表示欧姆表，根据闭合电路中电流与电阻的一一对应关系，由电流表测电阻。
活动2：如果只用一个电流表(即甲中的)达到甲、乙、丙三图的测量目的，组成多用途电表，试用如图的多挡位选择开关画出电路图。
提示：
活动3：活动2中组成的就是最简单的多用电表，为了实际测量满足大范围或高精度的需要，往往电表要设置多个量程，电流、电压挡如何实现多个量程挡位？
提示：由同一表头并联不同电阻可以组成几个量程不同的电流挡。由同一表头串联不同电阻可以组成几个量程不同的电压挡。
活动4：欧姆表的测量范围都是0～∞，量程是一定的，为了提高测量精度，应该如何设置多挡位？
提示：由欧姆表测量表达式知电阻刻度左密右疏，为了提高测量精度，测量小电阻和大电阻时指针都应该尽量偏向表盘中央位置附近，取特例中值电阻，它等于欧姆表内阻，所以对于大电阻和小电阻，欧姆表内阻也应该随之变化。而表头的满偏电流一定，由Ig＝可知，对于给定的电池，电动势E一定，内阻也一定。为了提高精度，使测量大电阻和小电阻时欧姆表指针都尽量偏向表盘中央位置附近，就必须改变电源电动势和欧姆表的内阻。
活动5：讨论、交流、展示，得出结论。
(1)多用电表的原理图
由以上分析，可以画出多量程多用电表的原理示意图，如图所示。
①由并联分流可知，1、2挡位测电流，1挡量程大。
②3、4挡位有电源，测电阻。
由活动4可知，一定的电动势对应一定的中值电阻，实际中欧姆挡的多个挡位由于选定特定电动势的电源，挡位之间是10倍的进率。只要更换挡位，电动势和电路就改变了，所以更换挡位测量前先要经过欧姆调零，校准欧姆表在此挡位时的内阻；测量时表盘上电阻刻度再乘以倍率即为测量值。
③由串联分压可知，5、6挡位测电压，6挡量程大。
(2)多用电表的外形结构
外形构造如图所示，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挡或交流电压最高挡。
例2 (多选)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＜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( )
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
(1)S与1或2连接时R1、R2中电流各是什么流向？
提示：S与1连接时电流由1流进，分别流经两个电阻再汇合，此时两个电阻属于并联。S与2连接时电流由2流进依次经过两个电阻，两个电阻属于串联。
(2)图中电压表的量程由什么决定？
提示：由串联电阻的大小决定，电阻越大，分压越大，量程越大。
[规范解答] 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。
[完美答案] AD
多用电表中电流的流向
红表笔接“＋”插孔，黑表笔接“－”插孔。
(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”。
多用电表是实验室和实际生产中常用的仪器。
(1)如图甲所示是一个多用电表的内部电路图，在进行电阻测量时，应将S拨到________或________位置，在进行电压测量时，应将S拨到________或________位置。
(2)使用多用电表进行了两次测量，指针所指的位置分别如图乙中a、b所示。若选择开关处在“×10 Ω”的电阻挡时指针位于a，则被测电阻的阻值是________ Ω；若选择开关处在“直流电压2.5 V”挡时指针位于b，则被测电压是________ V。
答案 (1)3 4 5 6 (2)500 2.00
解析 (1)在进行电阻测量时，表内要有电源，所以要接到3或4位置；在进行电压测量时，表头要串联电阻，所以要接到5或6位置。
(2)由题图乙知若选择开关处在“×10 Ω”的电阻挡时指针位于a，读数时要读最上方的刻度盘，被测电阻的阻值是50×10 Ω＝500 Ω；若选择开关处在“直流电压2.5 V”挡时指针位于b，读数时要读中间的刻度盘，所以被测电压是2.00 V。
1．知道欧姆表测量电阻的原理。
2．了解欧姆表的内部结构和刻度特点。
3．了解多用电表的基本结构，知道多用电表的测量功能。
一、欧姆表
1．原理
依据闭合电路的欧姆定律，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(如图)。
二、多用电表
1．用途
共用一个表头，可分别测量电压、电流、电阻。
2．最简单的多用电表原理图
如图所示，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。
(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，应换大倍率挡。( )
(4)多用电表所有刻度都是均匀的。( )
(5)用多用表无论是测电压还是测电流时电流总是从红表笔流入，从黑表笔流出。( )
提示：(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√
课堂任务 欧姆表原理
仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。
活动1：我们知道电流表可以看成显示电流的特殊电阻Rg，如图甲，当接入电路的电阻R变化时，电流就变化，电流表示数I和电阻R有什么关系？
提示：由闭合电路欧姆定律得I＝，所以电流表示数I和接入的电阻阻值R一一对应。
活动2：由活动1的结论可知，将电流刻度换成电阻刻度，就能用电流表测电阻值，图乙的表盘应该如何标定电阻的最大值和最小值？
提示：由I＝可知，电流越大，电阻越小，电阻允许的变化范围是0～∞。当电流为0时，A、B间断开，电阻为无穷大，所以电流的0刻度标为电阻的∞；当电流达到满偏刻度时，电阻应最小，所以标为0。
活动3：为了标定电阻的0刻度，甲图测量电路是否能达到要求？如果不能，请对电路改装，这时电阻0刻度如何标定？
提示：由甲图可知，A、B接触电阻为0时，电流超过量程，所以甲图不符合要求，应该串联一个滑动变阻器，如图所示。使AB短接，调节滑动变阻器，当阻值为R1时，电流表刚好满偏，Ig＝，此时就标定了电阻0刻度。
活动4：在以上活动的基础上，为了测出电阻R的阻值，请写出电流刻度和R的关系式。由此改装成的欧姆表刻度是均匀的吗？
提示：由闭合电路的欧姆定律得I＝，其中R1满足Ig＝(即欧姆表调零)，每一电流值都对应一电阻值R，将电流刻度换成对应的电阻刻度，就可直接读电阻了。由关系式可知电阻刻度不均匀，左侧密右侧疏。
活动5：讨论、交流、展示，得出结论。
(1)欧姆表的结构如图所示
(2)刻度标注及测电阻的原理
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R＝0(图乙)
满偏电流Ig处
“∞”
红、黑表笔不接触表头指针不偏转，被测电阻R＝∞(图甲)
电流为零处
中值
电阻
R＝r＋R1＋Rg
刻度盘正中央
“R”
红、黑表笔接R
I＝ R与I一一对应(图丙)
与R对应的电流I处
例1 把一量程6 mA、内阻100 Ω的电流表改装成欧姆表，电路如图所示，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。
(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________；电流表3 mA刻度处换成电阻刻度，其电阻值应为________。
(1)滑动变阻器的阻值由什么决定？
提示：由电动势和满偏电流及电源和G表的内阻决定。
(2)欧姆表是依据什么标注的？
提示：每一个R都对应着一个不同的电流值，将此处的电流标注为相应的电阻。
[规范解答] (1)两表笔直接接触时，调节变阻器的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R＝1000 Ω。电流I′＝3 mA时，I′＝，解得R′＝500 Ω。
[完美答案] (1)C (2)N M (3)1000 Ω 500 Ω
?1?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，所以在表盘上电流为零处标电阻“∞”；当红、黑表笔短接时，调节欧姆调零旋钮，使电流表指针满偏，所以在电流满偏处标电阻“0”。
?2?I与R不成比例，欧姆表的刻度不均匀。
?3?欧姆表偏角?偏角是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。
?4?中值电阻：当外加电阻R＝r＋Rg＋R1时，指针指在刻度盘的中央，该电阻叫中值电阻。
如图所示，欧姆表刻度盘中，未使用时指针指A，两表笔短接时指针指B。若欧姆表的总内阻为24 Ω，C是A、B的中点，D是A、C的中点，则D点的刻度值为( )
A．36 Ω B．72 Ω C．24 Ω D．12 Ω
答案 B
解析 由欧姆表原理：Ig＝，当指针指在D点时，电流为满偏电流的，则由＝，得：R＝3R内＝72 Ω，B正确。
课堂任务 多用表原理
仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。
活动1：回顾前面的知识，请思考甲、乙、丙虚线框中的测量电路表示什么电表？并简述其原理(甲图内部包含一个小量程电流表即表头)。
提示：甲表示电流表，利用并联分流，由一表头并联电阻以扩大电流表量程。乙表示电压表，利用串联分压，由一表头串联电阻扩大电压表量程。丙表示欧姆表，根据闭合电路中电流与电阻的一一对应关系，由电流表测电阻。
活动2：如果只用一个电流表(即甲中的)达到甲、乙、丙三图的测量目的，组成多用途电表，试用如图的多挡位选择开关画出电路图。
提示：
活动3：活动2中组成的就是最简单的多用电表，为了实际测量满足大范围或高精度的需要，往往电表要设置多个量程，电流、电压挡如何实现多个量程挡位？
提示：由同一表头并联不同电阻可以组成几个量程不同的电流挡。由同一表头串联不同电阻可以组成几个量程不同的电压挡。
活动4：欧姆表的测量范围都是0～∞，量程是一定的，为了提高测量精度，应该如何设置多挡位？
提示：由欧姆表测量表达式知电阻刻度左密右疏，为了提高测量精度，测量小电阻和大电阻时指针都应该尽量偏向表盘中央位置附近，取特例中值电阻，它等于欧姆表内阻，所以对于大电阻和小电阻，欧姆表内阻也应该随之变化。而表头的满偏电流一定，由Ig＝可知，对于给定的电池，电动势E一定，内阻也一定。为了提高精度，使测量大电阻和小电阻时欧姆表指针都尽量偏向表盘中央位置附近，就必须改变电源电动势和欧姆表的内阻。
活动5：讨论、交流、展示，得出结论。
(1)多用电表的原理图
由以上分析，可以画出多量程多用电表的原理示意图，如图所示。
①由并联分流可知，1、2挡位测电流，1挡量程大。
②3、4挡位有电源，测电阻。
由活动4可知，一定的电动势对应一定的中值电阻，实际中欧姆挡的多个挡位由于选定特定电动势的电源，挡位之间是10倍的进率。只要更换挡位，电动势和电路就改变了，所以更换挡位测量前先要经过欧姆调零，校准欧姆表在此挡位时的内阻；测量时表盘上电阻刻度再乘以倍率即为测量值。
③由串联分压可知，5、6挡位测电压，6挡量程大。
(2)多用电表的外形结构
外形构造如图所示，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挡或交流电压最高挡。
例2 (多选)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＜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( )
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
(1)S与1或2连接时R1、R2中电流各是什么流向？
提示：S与1连接时电流由1流进，分别流经两个电阻再汇合，此时两个电阻属于并联。S与2连接时电流由2流进依次经过两个电阻，两个电阻属于串联。
(2)图中电压表的量程由什么决定？
提示：由串联电阻的大小决定，电阻越大，分压越大，量程越大。
[规范解答] 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。
[完美答案] AD
多用电表中电流的流向
红表笔接“＋”插孔，黑表笔接“－”插孔。
(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”。
多用电表是实验室和实际生产中常用的仪器。
(1)如图甲所示是一个多用电表的内部电路图，在进行电阻测量时，应将S拨到________或________位置，在进行电压测量时，应将S拨到________或________位置。
(2)使用多用电表进行了两次测量，指针所指的位置分别如图乙中a、b所示。若选择开关处在“×10 Ω”的电阻挡时指针位于a，则被测电阻的阻值是________ Ω；若选择开关处在“直流电压2.5 V”挡时指针位于b，则被测电压是________ V。
答案 (1)3 4 5 6 (2)500 2.00
解析 (1)在进行电阻测量时，表内要有电源，所以要接到3或4位置；在进行电压测量时，表头要串联电阻，所以要接到5或6位置。
(2)由题图乙知若选择开关处在“×10 Ω”的电阻挡时指针位于a，读数时要读最上方的刻度盘，被测电阻的阻值是50×10 Ω＝500 Ω；若选择开关处在“直流电压2.5 V”挡时指针位于b，读数时要读中间的刻度盘，所以被测电压是2.00 V。