2020_2021学年高中物理第二章恒定电流8多用电表的原理2.9实验：练习使用多用电表学案新人教版选修3_1

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多用电表的原理
9
实验：练习使用多用电表
一、欧姆表
1．原理：依据闭合电路的欧姆定律制成，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．
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Ig＝，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．
电阻挡的零刻度为什么在刻度盘最右端？
提示：当所测电阻Rx＝0时，电流表中的电流最大，为表头的满偏电流．
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．
3．外形构造如图乙所示(把图上内容补充完整)，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，应把选择开关旋到OFF挡或交流电压最高挡．
多用电表在使用完毕后，为什么将选择开关置于“OFF”挡或交流电压的最高挡？
提示：原因有二：一是为了断开表内电源电路，以防电源放电，损坏电源；二是为了在使用不当时保护电表.
考点一　　　　　　欧姆表测电阻的原理
1．原理如图所示
欧姆表测量电阻的理论根据是闭合电路欧姆定律，所以通过表头的电流为：I＝，Rx与电流I一一对应，故可以将表盘上的电流值改为电阻值，
就可以从表盘上直接读出电阻的数值，这样就制成了一个欧姆表．其中，R也叫调零电阻，R＋Rg＋r为欧姆表的内阻．
2．刻度标注
?1?使用欧姆挡测电阻时，指针的偏角越大，测量电阻值越小，指针的偏角越小，测量电阻值越大.
?2?流过欧姆表的电流是自己内部电源提供的，流过电压表和电流表的电流是外电路的电源提供的.
【例1】　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.
(1)由闭合电路的欧姆定律确定电流和测量电阻之间的关系来求出电阻刻度的数值；(2)偏转角为指针与左侧零刻度的夹角．
【答案】　(1)4.5×103
Ω　2×103
Ω　(2)3
000　6
000
【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.
图甲为某同学组装完成的简易多用电表的电路图．图中E是电池；R1、R2、R3、R4和R5是定值电阻，R6是可变电阻；表头电流表G的量程为0～5
mA，内阻Rg＝300
Ω.虚线方框内为换挡开关，A端和B端分别与两表笔相连．该多用电表有5个挡位，分别为直流电压5
V挡和10
V挡，直流电流10
mA挡和100
mA挡，欧姆“×10
Ω”挡．
(1)图甲中的B端与红(填“红”或“黑”)色表笔相连接．
(2)开关S接位置2(填“1”或“2”)时是电流挡的小量程，根据题给条件可得R1＝30
Ω，R2＝270
Ω，R4＝350
Ω.
(3)某次测量时该多用电表指针位置如图乙所示．若此时B端是与“1”相连的，则多用电表读数为60_mA；若此时B端是与“3”相连的，则读数为110_Ω.
(4)当电池长期使用使得电动势变小，则该电池的多用电表测量电阻时，所测得的阻值将偏大(填“偏大”“偏小”或“不变”)．
解析：(1)与多用电表内电源正极相连的是黑表笔，与多用电表内电源负极相连的是红表笔，故图中的B端与红色表笔相连接．
(2)开关S接位置2时，是电流挡的小量程，根据题给条件可得R1＋R2＝；开关S接位置1时，是电流挡的大量程，根据题给条件可得R1＝，解得R1＝30
Ω，R2＝270
Ω，开关S接位置4时，是电压挡的小量程，根据题给条件可得＝I1，解得R4＝350
Ω.
(3)若B端与“1”相连，则为电流挡的大量程，分度值是2
mA，指针指在30格，则多用电表读数为2
mA×30＝60
mA；若B端与“3”相连，则为欧姆“×10
Ω”挡，指针指在11的位置，则读数为11×10
Ω＝110
Ω.
(4)当电池电动势变小时，需要重新调零，由于满偏电流Ig不变，由公式Ig＝，调零后内阻R内比之前小，待测电阻的测量值是通过电流表的示数体现出来的，由I＝＝＝，可知当R内变小时，I变小，指针跟原来的位置相比偏左，欧姆表的示数变大．
考点二　　　　　　多用电表测电阻的方法
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)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”挡或交流电压最高挡．
2．测电阻时应注意的问题
(1)选挡后要进行欧姆调零．
(2)换挡后要重新欧姆调零．
(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”挡或交流电压最高挡．
(6)若长期不用，应把电池取出．
?1?合理选择量程，使指针尽可能指在中间刻度线附近，一般应在的范围内.
?2?选挡时若无法估计待测电阻大小，则应将选择开关旋到“×1”挡，欧姆调零后，将红、黑表笔分别接到电阻两端，若指针偏角太小，则逐渐增大量程，直到指针指到中值电阻附近为止.
【例2】　(1)用多用电表的电阻挡测量阻值约为几十千欧的电阻R
x，以下给出的是可能的实验操作步骤，其中S为选择开关，P为欧姆调零旋钮．把你认为正确的步骤前的字母按合理的顺序填写在下面的横线上．
a．将两表笔短接，调节P使指针对准刻度盘上电阻挡的“0”刻度，断开两表笔
b．将两表笔分别连接到被测电阻的两端，读出Rx的阻值后，断开两表笔
c．旋转S使其尖端对准电阻挡“×1
k”
d．旋转S使其尖端对准电阻挡“×100”
e．旋转S使其尖端对准交流500
V挡，并拔出两表笔
合理的顺序为________．
根据如图所示指针位置，该被测电阻的阻值约为________
kΩ.
(2)下列关于用多用电表电阻挡测电阻的说法中正确的是________．
A．测量电阻时，如果指针偏转过大，应将选择开关S拨至倍率较小的挡位，重新调零后测量
B．测量电阻时，如果红、黑表笔分别插在“－”、“＋”插孔，则会影响测量结果
C．测量电路中的某个电阻时，应把该电阻与电路断开
D．测量阻值不同的电阻时，都必须重新调零
多用电表电阻挡的使用步骤：选挡→调零→测量(在中值刻度附近)→置于“OFF”位置或交流电压最高挡．
【答案】　(1)cabe　30　(2)AC
【解析】　(1)根据被测电阻的阻值知，应选“×1
k”挡；根据多用电表的读数规则知阻值为30×1
kΩ＝30
kΩ.
(2)测量电阻时，若指针偏转过大，说明被测电阻较小，应选用倍率较小的挡位，选项A正确；测量时按规定红、黑表笔分别插在“＋”、“－”插孔，但表笔只是测量的两个引线，本身并没有正负，故调换不会影响测量结果，选项B错误；根据多用电表电阻挡的使用规则知，选项C正确；换挡后必须重新调零，若测量不同的电阻，不用换挡则不需要重新调零，故选项D错误．
总结提能
在使用多用电表测电阻时，换挡后要重新进行欧姆调零，测量完毕后应将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”位置，这两个步骤容易忽略或忘记，应强化记忆．
如图所示为一可供使用的多用电表，S为选择开关，Q为电阻挡调零旋钮．现在要用它检测两个电阻的阻值(图中未画电阻)．已知阻值分别为R1＝60
Ω，R2＝470
kΩ，下面提出了在测量过程中一系列可能的操作，请你选出能尽可能准确地测定各阻值和符合多用电表安全使用规则的各项操作，并且将它们按合理顺序填写在后面的横线上．
A．旋动S使其尖端对准电阻挡×1k
B．旋动S使其尖端对准电阻挡×100
C．旋动S使其尖端对准电阻挡×10
D．旋动S使其尖端对准电阻挡×1
E．旋动S使其尖端对准“OFF”处
F．将两表笔分别接到R1的两端，读出R1的阻值，随后即断开
G．将两表笔分别接到R2的两端，读出R2的阻值，随后即断开
H．两表笔短接，调节Q使表针对准电阻挡刻度盘上的0，随后即断开
所选操作及其顺序为(用字母代号填写)：AHGDHFE(或DHFAHGE)．(操作步骤可以重复选用)
解析：多用电表测量电阻时，量程的选择以指针指中央附近时读数较准确，由表盘中值示数约为150可知，测R1＝60
Ω的电阻时，只能选“×1”挡；测R2＝470
kΩ时，应选择“×1
k”挡，并且在每次选定量程后，都必须将两表笔短接，进行电阻挡调零，所以题目中所给操作H需重复选用．在测量过程中对R1与R2测量的先后没有什么限制，但测量完毕后，功能选择开关必须旋离电阻挡，拨至交流电压最高挡或“OFF”处，所以合理的操作及顺序为AHGDHFE或DHFAHGE.
考点三　　　　　　电学黑箱问题
一般的“电学黑盒”有四种：一是纯电阻黑盒；二是纯电源黑盒；三是由电阻和电源组成的闭合电路黑盒；四是含电容器、二极管的黑盒．
1．电阻、电容器、二极管的特点
项目
特点
电阻
无极性，即正向和反向电阻相等
电容器
用多用电表测其电阻时，起初电阻很小，然后逐渐增大直至无穷大
二极管
具有单向导电性，即正向电阻较小，反向电阻很大或接近无穷大
2.用多用电表探测黑盒内的电学元件的基本思路
根据以上思路探测出黑盒内有哪些电学元件后，再根据各接点间的测量数据和串联、并联电路的特点进行逻辑推理，最后确定出元件的位置和连接方式．
注意：用多用电表的电阻挡测黑盒内各接点间的电阻前，必须先用电压挡测量各接点间的电压，看是否有电压，有电压的接点间绝不能再用电阻挡进行测量．
在分析和解答黑盒问题时，还必须注意问题的多解性，因为不同的内部结构，其外观表现可能相同，所以答案可能多种多样．
【例3】　如图所示，一黑盒外有四个接线柱A、B、C、D，盒内有四个阻值都是6
Ω的电阻，分别通过导线接在接线柱上，用多用电表的电阻挡测得各接线柱间的电阻值如下：RAB＝6
Ω，RAC＝RAD＝10
Ω，RCD＝RBC＝RBD＝4
Ω.试画出黑盒内电阻的连接图．
解答本题时应把握以下两点：
(1)两个6
Ω的电阻串联再和一个6
Ω的电阻并联，可以得到4
Ω的电阻值．
(2)将得到的4
Ω的电阻值再和一个6
Ω的电阻串联，可以得到10
Ω的电阻值．
【答案】　见解析图
【解析】　
由测量数据判断盒内电阻的连接情况．RAB＝6
Ω，说明A、B两接线柱之间只有一个6
Ω的电阻；RAC＝RAD＝10
Ω，说明在A、C及A、D两组接线柱之间除有上面分析的一个6
Ω的电阻外，还接有其他电阻，其他电阻的总阻值为10
Ω－6
Ω＝4
Ω，要用6
Ω的电阻组合成4
Ω的总阻值，可用剩下的三个电阻中的两个串联再和另一个并联得到．这种连接又要注意到RCD＝RBC＝RBD＝4
Ω，不能造成任何两个接线柱间短路现象．故B、D之间，B、C之间，C、D之间都接了一个6
Ω的电阻，盒内电路如图所示．
如图所示，一只黑箱有A、B、C三个接线柱，已知黑箱内的电器元件只有两个，某同学利用多用电表电压挡测量，各接线柱间电压均为零，利用欧姆挡依次进行6次测量，将每次红黑表笔的位置、测得的阻值都填入表中.
黑表笔
B
A
B
C
C
A
红表笔
A
C
C
A
B
B
阻值(kΩ)
5.3
2
9.5
2
∞
∞
试画出黑箱中的电路图．
答案：见解析图
解析：用电压
表测量各接线柱间电压为零，说明电路中无电源，欧姆表正反接电阻不同，表明电路中有二极管，A、C间正反向电阻相等，说明其间为纯电阻，由于二极管正向电阻较小，反向电阻很大，所以B、A之间为二极管，且B为二极管的正极，A为二极管的负极，电路图如图所示．
1．以下是欧姆表原理的电路示意图，正确的是(　C　)
解析：选项B中没有可调电阻，错误；选项A中电源正、负极接反了，错误；选项D电流表的正、负接线柱接反了，错误；C正确．
2．下图所示是一个欧姆表的外部构造示意图，其正、负插孔内分别插有红、黑表笔，则虚线内的电路图应是下图中的(　A　)
3．如图所示为多用电表欧姆挡的原理示意图．其中，电流表的满偏电流为300
μA，内阻rg＝100
Ω，调零电阻的最大值R＝50
kΩ，串联的定值电阻R0＝50
Ω，电池电动势E＝1.5
V．用它测量电阻Rx，能准确测量的阻值范围是(　B　)
A．30
kΩ～80
kΩ
B．3
kΩ～8
kΩ
C．300
Ω～800
Ω
D．30
Ω～80
Ω
解析：用欧姆挡测量电阻时，指针指在表盘中央附近时测量结果比较准确．
当电流最大时，Ig＝，
其中R内为欧姆表的内阻．
则R内＝＝
Ω＝5
000
Ω.
用它测量电阻Rx时，当指针指在表盘中央时
Ig＝，得Rx＝－R内＝5
000
Ω.
故能准确测量的阻值范围是5
kΩ附近，选项B正确．
4．下列四个欧姆表表盘的示意图中，可能正确的是(　C　)
解析：欧姆表的零刻度在电流的最大刻度处，即在电表的右侧，并且在左侧应是电流为零，电阻是最大，所以在电表的左侧电阻值应是无穷大．由I＝可知电阻的刻度不是均匀的，故选项C正确．
5．多用电表的示意图如图所示，正确操作如下：
(1)若选择开关的位置如箭头a所示，则测量的物理量是直流电压，测量结果为1.25_V.
(2)若选择开关的位置如箭头b所示，则测量的物理量是直流电流，测量结果为50_mA.
(3)若选择开关的位置如箭头c所示，则测量的物理量是电阻，测量结果为1.7_kΩ.
(4)若选择开关的位置如箭头c所示，正确操作后发现指针的偏转角很小，那么接下来的正确操作步骤应该为：
选用欧姆表“×1
k”倍率，重新调零，将红黑表笔分别接触被测电阻的两根引线，读出指针所指刻度，再乘以倍率得到测量值．
(5)全部测量结束后，应将选择开关拨到OFF挡或者交流电压500_V挡．
(6)无论用多用电表进行何种测量(限于直流)，电流都应该从红色表笔经“＋”插孔流入电表．
解析：多用电表可以测直流电压、直流电流、交流电压、电阻．测电压、电流时，同电压表、电流表的使用方法相同，选择的挡位是最大量程；而选择测电阻挡位时，指针指示的数乘以倍率得到测量值．
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