2012新课标同步导学物理[沪科版]课件：选修3-1第3章 3．4　多用电表电路分析与设计

(共37张PPT)
3.4　多用电表电路分析与设计
多用电表在各种电器设备的维修检查中，有着广泛又重要的应用，一块多用电表只有一块表头，它却能测量电流、电压、电阻等多类物理量，其中的奥妙在哪里？本节内容会使我们体会到多用电表在设计上的独具匠心！
1．要点剖析
(1)构造：主要由永磁铁和放入永磁铁磁场中的可转动的线圈组成．(第五章详细学习)
(2)原理：当线圈中有电流通过时，线圈在磁场力的作用下带着指针一起偏转，指针的偏角与通过电流表的电流成正比．(第五章详细学习)
(3)参数：①表头内阻Rg；②满偏电流Ig：指针偏转到最大刻度时的电流；③满偏电压Ug：电流表G通过满偏电流时，加在它两端的电压Ug.由欧姆定律可知Ug＝IgRg，如上图所示．
Ig、Ug一般较小，若通过电流表的电流大于Ig，电流表很容易烧坏．
2．思维拓展
(1)读数：首先看量程，再注意格数，换算出每格所对应的测量量的数值．
(2)是否估读：在实验中，测量时要按照有效数字的规则来读数．而测量仪器的读数规则为：测量误差出现在哪一位．读数就相应读到哪一位，在中学阶段一般可根据测量仪器的最小分度来确定读数误差出现的位置，对于常用的仪器可按下述方法读数：
①最小分度是“1”的仪器，测量误差出现在下一位，下一位按十分之一估读．如最小刻度是1 mm的刻度尺，测量误差出现在毫米的十分位上，估读到十分之一毫米；
②最小分度是“2”或“5”的仪器，测量误差出现在同一位上，同一位分别按二分之一或五分之一估读．如学生用的电流表为0～0.6 A量程，最小分度为0.02 A，误差出现在安培的百分位，只读到安培的百分位，估读半小格，不足半小格的舍去，超过半小格的按半小格估读，以安培为单位读数时，百分位上的数字可能为0、1、2…、9.学生用的电压表量程为0～15 V，最小分度为0.5 V，测量误差出现在伏特的十分位上，只读到伏特的十分位，估读五分之几小格，以伏特为单位读数时，十分位上的数字可能为0、1、2、…、9.
3．易误警示
小量程的电流表G的满偏电流Ig、满偏电压Ug一般较小，并不是说其内阻很小．电流表G的灵敏度取决于其通过单位电流时，指针偏转角度的大小，(电流用I表示，指针偏转角度用θ表示，θ/I越大，灵敏度越高)，因此，为了提高灵敏度以测量微弱的电流，一些表头的线圈要绕很多匝数，其内阻自然会因匝数的增多而增大．毫安表、微安表的内阻可以达到几欧、几十欧甚至更大．
1．要点剖析
(1)电流表改装成电压表
①电流表改装电压表的原理：将电流表的示数根据欧姆定律Ug＝IgRg换算成电压值，可直接用于测电压，只是量程Ug很小．如果给小量程电流表串联一个分压电阻，就可以用来量度较大的电压．因此电压表就是一个串联了分压电阻的电流表，如右图所示．
④表盘刻度的改换
当通过电流表的电流为I时，电压表两端电压U＝IRV，显然，U∝I，因此，只要将电流表的电流刻度值按U＝IRV换算成电压刻度值，就可以测量较大电压，如下图所示．
(2)把小量程的电流表改装成大量程的电流表
①电流表改装的原理：给小量程电流表并联一个分流电阻，就可以用来量度较大的电流，即扩大了电流表的量程，如右图所示．
(2)当电流表和电压表不能看成理想的电表时(即电表的内阻对电路的影响不能忽略时)，电流表看成一个小电阻，其示数为流过此电阻的电流，电压表看成一个大电阻，其示数为此电阻两端的电压．
3．易误警示
(1)电压表与电流表的联系与区别
联系 区别
改装方法 使用方法 特点
电压表 都是用电流表G改装而成的 串联电阻分压 与被测电路并联 内阻很大
电流表 并联电阻分流 与被测电路串联 内阻很小
(2)由于受习惯性的影响，总是把实际电压表看做理想电压表，或是把实际电流表作为理想电流表处理．从而导致在处理实际问题时出现错误．为避免这一错误的产生，同学们一定要注意表头的工作原理——由于有电流通过造成了指针的偏转，所以实际电压表实质是一个电阻很大的电器元件．掌握了这一知识点，就能对电路进行正确分析．
一个电流—电压两用表的电路如右图所示，小量程电流表G的量程是0.001 A，内阻是100 Ω，两个电阻的值是R1＝9 900 Ω，R2＝1.01 Ω.问：
(1)双刀双掷电键接到哪边是电流表，接到哪边是电压表？
(2)电流表、电压表的量程各是多大？
所以作为电流表时的量程为：I＝Ig＋I′＝(0.001＋0.099) A＝0.1 A.
当电键接到a、b上时，电阻R1与小量程电流表G串联，原电路可简化如图乙所示．
　　　　　甲　　　　　　　　　　乙　
小量程电流表满偏时，加在小量程电流表和电阻R1上的总电压为U＝Ig(Rg＋R1)＝0.001×(100＋9 900) V＝10 V．所以作为电压表时的量程为10 V.
【答案】　(1)见解析　(2)0.1 A　10 V
电流表G改装成电压表要串联分压电阻；若扩大电流表的量程，应并联分压电阻．
如下图所示是双量程电压表，表头内阻Rg＝500 Ω，满偏电流Ig＝1 mA，求R1和R2.
【答案】　R1＝9 500 Ω　R2＝90 000 Ω
1．将电流表改装成电压表需 一个电阻．
2．将电流表改装成大量程的电流表，需 一个电阻．
串联
并联
1．(考查点：电流表改装成电压表的原理)两只完全相同的灵敏电流计改成量程不同的电压表V1、V2，如将两表串联起来后去测某一线路的电压，则两只表(　　)
A．读数相同
B．指针偏转的角度相同
C．量程大的电压表读数大
D．量程大的电压表读数小
【解析】　电流表改装成电压表后，量程大的内阻大．两改装后的电压表串联在一起去测电压，每个表两端的电压与其内阻成正比，所以量程大的电压表读数大．两电压表串联，流过两电压表的电流相等，即流过电压表内部的表头的电流相等，所以指针偏转的角度相等．
【答案】　BC
2．(考查点：串并联电路分析)如右图所示，电流表G的内阻不可忽略不计，R1、R2是两个可变电阻．当a、b间的电压为4 V时，电流表的指针刚好满偏(指针指在刻度盘的最大值处)．当a、b间的电压为3 V时，如果仍要使电流表G的指针满偏，下列方法中可行的是(　　)
①保持R2不变，增大R1　②增大R1，减小R2　③保持R2不变，减小R1　④增大R2，减小R1
A．①②　　 B．①④
C．②③ D．③④
【解析】　当a、b间的电压为3 V时，要使电流表G的指针满偏，则使G和R1的并联总电阻增大或者使R2减小，故①②可以，选A.
【答案】　A
3．(考查点：电表改装综合问题)如右图所示，甲、乙两个电路都是由一个灵敏电流表G和一个变阻器R组成的，下列说法正确的是(　　)
①甲表是电流表，R增大时量程增大　②甲表是电流表，R增大时量程减小　③乙表是电压表，R增大时量程增大　④乙表是电压表，R增大时量程减小
A．①③ B．①④
C．②③ D．②④
【解析】　由电表的改装可知，电流表应是G与R并联，改装后加在G两端的最大电压Ug＝IgRg不变，所以并联电阻R越大，I＝Ig＋IR越小，即量程越小．对于电压表，应是G与R串联，改装后量程U＝IgRg＋IgR，可知R越大，量程越大，故正确选项为C.
【答案】　C
4．(考查点：多用电表的原理)用多用电表测直流电压U或测电阻R时，若红表笔插入多用电表的正(＋)插孔，则 (　　)
A．前者(测电压U)电流从红表笔流入多用电表，后者(测电阻)从红表笔流出多用电表
B．两者电流都从红表笔流入多用电表
C．两者电流都从红表笔流出多用电表
D．前者电流从红表笔流出多用电表，后者电流从红表笔流入多用电表
【答案】　B
5.(考查点：多用电表的原理)欧姆表电路及刻度盘如右图所示，现因表头损坏，换用一个新表头．甲表头满偏电流为原来表头的2倍，内阻与原表头相同；乙表头满偏电流与原表头相同，内阻为原表头的2倍，则换用甲表头和换用乙表头后刻度盘的中值电阻分别为(　　)
A．100 Ω　100 Ω
B．200 Ω　100 Ω
C．50 Ω　 100 Ω
D．100 Ω　200 Ω
【答案】　C
练考题、验能力、轻巧夺冠