第4章 第2节 多用电表的原理与使用 学案 Word版含解析

第2节　多用电表的原理与使用
[学习目标]　1．通过分析多用电表的电路图，掌握多用电表的原理。 (科学思维)2．知道多用电表使用的注意事项，会用多用电表测量电压、电流和电阻。(科学探究)
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。
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
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，要读与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。
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(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)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。
(5)测电阻时，指针偏角很小，说明电阻很小。 (×)
[提示]　偏角小，说明电流小电阻大。
2．以下关于欧姆表原理的电路示意图，正确的是(　　)
A　　　　　　　B
C　　　　　　　D
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，对于电流计电流应从正接线柱进，从负接线柱出，C对，D错。]
3．(1)参考多用电表面板，完成下列填空：用多用电表测直流电流时，应把选择开关旋至标有________处，并把多用电表________连接到被测电路中；若测电压时，应把选择开关旋至标有__________处，并把多用电表与被测电路__________联。测直流电压和电流时，都必须把红表笔接在电势____________处，即电流从__________表笔流进多用电表。
(2)如图为一正在测量中的多用电表表盘。
①如果是用“×10”挡测量电阻，则读数为________Ω。
②如果是用直流10 mA挡测量电流，则读数为________mA。
③如果是用直流5 V挡测量电压，则读数为________V。
[解析]　(1)用多用电表测直流电流时，选择开关应置于“mA”挡，且把电表串联接入被测电路中；测电压时，把选择开关置于标有“V”处，且并联于被测电路两端，因红表笔与表头正接线柱相连，黑表笔与表头负接线柱相连，因此测直流电压和直流电流时，都必须把红表笔接在电势高处，即电流从红表笔进入多用电表。
(2)用多用电表测电流或电压时，只要根据旋钮所指示的量程看相对应的刻度弧线，根据读数规则，直接读出指示的读数即可，而欧姆表的刻度指示数乘以旋钮指示的挡位倍率，才是电阻的测量值。
①因为选的是“×10”挡，所以读数为6×10 Ω＝60 Ω。
②因为用直流10 mA挡测电流，所以对应下面10 mA挡读数为7.2 mA(注意从直流刻度区读)。
③用直流5 V挡测时，电压力3.60 V。
[答案]　(1)mA　串　V　并　高　红
(2)①60　②7.2　③3.60
多用电表的结构与原理
1．多用电表的内部构造
如图所示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。
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(如图甲所示)，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。
当红、黑表笔不接触时(如图乙所示)，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。
【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。
[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。
[跟进训练]
1．多用电表是实验室和生产实验中常用的仪器之一，它具有测量电压、电流及电阻等多种测量功能。如图所示是多用电表的内部电路图，在进行电阻测量时，应将开关S拨到________或________两个位置；若测量电压时只有10 V到50 V两个量程，在测量时选择50 V量程，应将开关S拨到________位置；若测量电流时只有25 mA和100 mA两个量程，在测量时选择25 mA量程，应将开关S拨到________位置。
[解析]　在进行电阻测量时，因为欧姆挡的电路与电源连接，则将多掷开关S拨到3或4位置。电压挡要串联电阻分压，不接电源，当多掷开关S拨到5、6时，可以测量电压，串联的电阻越大，电压表的量程越大，则选择50 V量程时，应将开关S拨到6位置。
电流挡要并联电阻分流，不接电源。当多掷开关S拨到1、2时，可以测量电流，并联的电阻越小，电流表的量程越大，测量时选择25 mA量程应选择并联较大电阻的电流挡，故开关S拨到2位置。
[答案]　3　4　6　2
　 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。
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。
【例2】　小明手里有一块多用电表A，其功能完好，但刻度值已不清晰。他想通过实验测定该多用表(简称A表，下同)“×10 Ω”档欧姆调零后的内阻R0和内置电源的电动势E。
他找来了另一个多用电表B(简称B表，下同)、一个电阻箱、一个开关和若干导线作为实验的器材。
(甲)
(乙)
实验的操作如下：
(1)小明将A表调到“×10 Ω”档，将B表调到“mA”档，准备如图(甲)将所有的器材串联起来作为实验电路。请你在图中连好剩余的导线；
(2)先使用B表的电流档测量A表“×10 Ω”档的满偏电流。将电阻箱阻值调为0，将A表调到欧姆档“×10 Ω”档位置。几次试测后，确定B表应使用“10 mA”档，调节A表的欧姆调零旋钮直至A表满偏，此时B表的读数如图(乙)所示，记录下B表读数为__________mA；
(3)断开开关，保持A、B表档位不变，将A表__________短接进行欧姆调零，然后重新连入原来电路。
(4)调节电阻箱，闭合开关，当B表读数为6.0 mA时，读出电阻箱阻值为R1(Ω)；继续调节电阻箱阻值，当B表读数为4.0 mA时，读出电阻箱阻值为R2(Ω)；
(5)断开电路，整理器材。
根据以上测量数据，可算出A表“×10 Ω”档内置电源的电动势E＝__________V，A表“×10 Ω”档欧姆调零后的内阻R0＝__________Ω，B表量程“10 mA”档的内电阻RB＝__________Ω。(以上3空的结果用R1、R2表示)
[解析]　(1)电路连线如图；
(2)因为B表应使用“10 mA”档，则B表读数为8.0 mA。
(3)断开开关，保持A、B表档位不变，将A表红黑表笔短接进行欧姆调零，然后重新连入原来电路。
(5)设电表A欧姆×10档的内阻为R0，则有I0＝＝8 mA
设电表B量程为10 mA档的内阻为RB，则＝6 mA
＝4 mA
解得E＝ V
R0＝ Ω
RB＝ Ω
[答案]　(1)连线图见解析　(2)8.0　(3)红黑表笔　(5)　　
多用电表的欧姆挡使用的五点注意
(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，无须重新调零。
(3)测量时待测电阻要同其他元件、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。
[跟进训练]
2．如图所示为一正在测量中的多用电表表盘。
(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”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6.4 V；用5 mA直流电流挡测量电流时读数为3.20 mA；用“×100”的电阻挡测量电阻，被测电阻的阻值为：读数×100 Ω＝8×100 Ω＝800 Ω。
[答案]　(1)6.4　(2)800　(3)3.20
课 堂 小 结 知 识 脉 络
1个电表－－多用电表 1条关键－－换挡调零
3种常用－－测电压、电流、电阻
1．欧姆表的内部电路如图所示，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(　　)
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．甲、乙两同学使用欧姆挡测同一个电阻时，他们都把选择开关旋到“×100”挡，并能正确操作。他们发现指针偏角太小，于是甲就把选择开关旋到“×1 k”挡，乙把选择开关旋到“×10”挡，但乙重新调零，而甲没有重新调零，则以下说法正确的是(　　)
A．甲选挡错误，而操作正确
B．乙选挡正确，而操作错误
C．甲选挡错误，操作也错误
D．乙选挡错误，而操作正确
D　[指针偏转角度小说明通过表头的电流较小，待测电阻阻值大，所以甲的选挡正确；换挡后，需重新欧姆调零后才能再次测量电阻阻值，所以乙的操作是正确的。]
3．在“练习使用多用电表”的实验中：(1)用多用电表测某电阻，挡位钮指“×100”挡，读数时发现指针偏转角度太大，为使测量结果更加准确，则应改用________挡。
(2)用已调零且选择旋钮指向欧姆挡“×10”位置的多用电表测某电阻阻值，根据如图所示的表盘，被测电阻阻值为________Ω。若将该表选择旋钮置于“5 mA”挡测电流，表盘仍如图所示，则被测电流为________mA。若将该表选择旋钮置于“250 V”挡测电压，表盘仍如图所示，则被测电压为________V。
[解析]　(1)挡位钮指“×100”挡，读数时发现指针偏转角度太大，说明示数小，要使示数变大就要选择小倍率的挡位，即用“×10”挡。
(2)选择旋钮指向多用电表欧姆挡“×10”的位置，所测电阻的阻值为18×10 Ω＝180 Ω；选择旋钮置于“5 mA”挡测电流，读数为2.26 mA；选择旋钮置于“250 V”挡测电压，被测电压为113 V。
[答案]　(1)×10　(2)180　2.26　113
4．如图是一个将电流表改装成欧姆表的示意图，此欧姆表已经调零，用此欧姆表测一阻值为R的电阻时，指针偏转至满刻度的处。现用该表测一未知电阻，指针偏转到满刻度的，则该电阻的阻值为__________R。
[解析]　由I＝可知，Ig＝
Ig＝，Ig＝，三式联立得Rx＝16R。
[答案]　16