2019-2020学年高中物理 第2章 恒定电流 8-9 多用电表的原理 实验：练习使用多用电表课件

2．8多用电表的原理2．9实验：练习使用多用电表学习目标学习重点考查热度了解欧姆表的原理，了解欧姆表的表盘刻度等问题，并学会使用欧姆表★★★★★了解多用电表的构造及制作原理★★★★学会用多用电表测量电压、电流及二极管正、反电阻，并能初步探究电学黑箱子问题★★★★★基础梳理一、欧姆表的构造及原理1．内部构造：由电流表G、电源、可变电阻三部分组成．2．原理：欧姆表是依据闭合电路的欧姆定律制成的，原理如图．当红、黑表笔间接入被测电阻Rx时，通过表头的电流I＝ERg＋r＋R＋Rx，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，就可以在刻度盘上直接读出被测电阻的阻值了．二、多用电表的构造及使用1．功能：共用一个表头，可以分别测量电压、电流、电阻等物理量．2．外部结构：如图，表的上半部分是表盘，下半部分是选择开关，周围标有测量功能的区域及量程．将选择开关旋转到电流挡，多用电表内的电流表电路就被接通，旋转到电压挡，电压表电路就被接通，旋转到电阻挡，就接通了欧姆表电路．不使用电表时，应把选择开关旋转到OFF位置，或者交流电压最高挡．测量电流或者电压时，表内的电源断开，这时指针的转动是因为被测电路中的电流流入表头，也就是说，多用电表作为电压表、电流表使用时，是不需要内部电源的．3．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．图中1、2为电流测量端，3、4为电阻测量端，5、6为电压测量端．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．重要提醒多用电表的几个重要特征(1)多用电表中的欧姆挡电路中有内接电源．(2)电压挡、电流挡的表头刻度是均匀的，而欧姆挡的刻度不均匀．(3)电压挡、电流挡的零刻度线在左侧，而电阻挡的零刻度线在右侧．(4)红表笔接内部表头的正接线柱，黑表笔接内部表头的负接线柱，电流从红表笔流入，从黑表笔流出．4．常见的多用电表(1)指针式多用电表：①如图所示是一种指针式多用电表外形图，表的上半部分为表盘，下半部分是选择开关，其周围标有测量功能的区域及量程．在不使用时，应把选择开关旋到OFF位置或交流电压最高挡．②测量功能区域电压挡和电流挡对应的数值表示电压表或电流表的量程，电阻挡对应的数值表示倍率．读数时，要读取跟功能选择开关挡位相对应的刻度值．(2)数字式多用电表：如图所示是数字式多用电表，数字式多用电表的测量值以数字形式直接显示，使用方便．数字式多用电表内都装有电子电路，这样可以使电表对被测电路的影响减到最小，同时还具有多种其他功能．5．测量原理(如图甲所示)测直流电流和直流电压的原理，就是电阻的分流和分压原理，其中转换开关接1或2时测直流电流，此时相当于一个电流表；接3或4时测直流电压，此时相当于一个电压表；转换开关接5时，测电阻，此时相当于一个欧姆表(如图乙表示)．注意事项(1)表内电源正极接黑表笔，负极接红表笔，但是红表笔插入“＋”孔，黑表笔插入“－”孔，注意电流的实际方向应为“红入黑出”．(2)区分“机械零点”与“欧姆零点”．机械零点是表盘刻度左侧的“0”位置，调整的是表盘下边中间的定位螺丝；欧姆零点是指刻度盘右侧的“0”位置，调整的是欧姆挡的调零旋钮．(3)由于欧姆挡刻度线不均匀，所以读数时不需要估读．(4)测量电阻时待测电阻要与其他元件和电源断开，否则不但影响测量结果，甚至可能损坏电表．三、多用电表的应用1．使用多用电表测量电压(1)选择直流电压挡合适的量程；(2)将电表与被测电路并联．2．使用多用电表测量电流(1)选择直流电流挡合适的量程；(2)将被测电路导线卸开一端，把多用电表串联在电路中．3．使用多用电表测电阻(1)将挡位选择开关旋转到欧姆挡上，此时红表笔连接表内电源的负极，黑表笔连接正极，选好量程后，先欧姆调零，然后测量，测量完毕，应将选择开关旋转到OFF挡．(2)用多用电表测量电压、电流、电阻时，电流都是从红表笔流入电表，黑表笔流出．4．二极管的特点及其电阻测量(1)特点：由半导体材料制成，有两个电极．(2)电阻测量：正向电阻很小，反向电阻很大，可用多用电表判断它的好坏或区分它的正、负极，二极管具有单向导电性如图．其中锗材料二极管正向导通电压0.1伏左右，硅材料二极管正向导通电压为0.7伏左右，发光二极管LED正向导通电压为2伏(红光)、3.5伏(蓝光)．LED正向导通时即发光工作．所以如果要用多用电表测量LED，则多用电表内电池电压必须要高于LED的导通电压才可以．多用电表内电池电压有1.5伏、3伏、9伏、12伏、15伏等，对于指针多用电表来说，低阻挡位用1.5伏电池，高阻挡位用9伏以上电压电池．所以测量LED不能用1.5伏电压挡位．规律方法考点鸟瞰高考热度考点一：欧姆表的原理★★★★考点二：欧姆表的刻度★★★★考点三：多用电表测电阻★★★★考点四：用多用电表测量二极管的正、反电阻★★★★考点五：用多用电表判断电路故障★★★★★考点六：“电学黑盒”问题的分析方法★★★★★考点一欧姆表的原理欧姆表的原理(1)当红、黑表笔相接时(图甲)，相当于被测电阻Rx＝0，调节R的阻值，使I＝Ig，则表头的指针指到满偏刻度，所以刻度盘上指针指在满偏处定为刻度的零点．此时Ig＝Er＋Rg＋R，r＋Rg＋R是欧姆表的内阻．(2)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示数为“∞”点．(3)当红、黑表笔间接入被测电阻Rx时(图丙)，通过表头的电流I＝ERx＋r＋Rg＋R，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．如图是欧姆表的工作原理图．(1)若表头的满偏电流为Ig＝500μA，干电池的电动势为1.5V，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0μA50μA100μA200μA250μA300μA400μA500μA电阻刻度(2)这只欧姆表的总内阻为________Ω，表针偏转到满刻度的1/3时，待测电阻为________Ω.【解析】(1)对应电流“0”刻度和满偏电流“500μA”的电阻刻度分别为“∞”和“0”．由闭合电路欧姆定律得，调零时：电流为满偏电流Ig，所以欧姆表总内阻：R内＝Rg＋r＋R0＝EIg＝3000Ω.测量电阻Rx时：I＝ER内＋Rx，Rx＝EI－R内．当I＝50μA时，Rx＝1.550×10－6Ω－3000Ω＝3×104Ω－3×103Ω＝2.7×104Ω，同理可求出，100μA，200μA，250μA，300μA，400μA时对应的电阻分别为：1.2×104Ω，4.5×103Ω，3×103Ω，2×103Ω，750Ω.(2)当表针偏转到满刻度的1/3处时Rx＝EI－R内＝1.513×500×10－6Ω－3000Ω＝6000Ω.【答案】(1)∞、2.7×104Ω、1.2×104Ω、4.5×103Ω、3×103Ω、2×103Ω、750Ω、0Ω(2)30006000注意事项使用欧姆表注意事项注意事项一：使用欧姆表以前首先要根据被测电阻阻值选择合适的挡位，使得欧姆表读数在表盘的中央右侧区域(也就是靠近欧姆零刻线的区域)．注意事项二：换挡后必须重新进行欧姆调零，即将红黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指欧姆零刻线．注意事项三：欧姆表使用完毕后要将挡位拨至OFF挡，长期不使用要将电池取出．考点二欧姆表的刻度1．欧姆表的刻度不均匀欧姆表是依据闭合电路的欧姆定律而成的，它将电流表相应电流改成待测电阻阻值，若待测电阻阻值为Rx，电路中电流I＝ERg＋r＋R＋Rx，欧姆表内阻R内＝Rg＋r＋R，则I＝ER内＋Rx，待测电阻Rx＝EI－R内，对于欧姆表E和R内一定，Rx和I不是一次函数关系，即Rx与I不是线性关系，所以欧姆表的刻度不均匀，从右向左刻度变密，并且每个最小分度表示的电阻值也变大．2．欧姆表指针在表盘中央附近读数误差最小欧姆表表盘刻度越靠近左边＋∞刻度越密，且每个最小分度表示的电阻值越大，在读数时误差就越大，若指针靠近右边0刻度，虽然刻度线疏且每个小分度表示的电阻值小，但此时欧姆表使用的电阻倍率一定大，读数的小误差被倍率放大后误差也不会小，所以欧姆表测量电阻时，指针在表盘中央附近读数最准确．表针正好指在刻度中间时，意味着此时电路电流是满偏电流的二分之一，此时电路总电阻是满偏时电阻的二倍，即外电阻与表的内阻相同，即表盘中间电阻数值即是欧姆表在此挡位的内阻．3．中值电阻电流表的指针指到刻度盘的中央时所对应的被测电阻阻值叫中值电阻，记为R中，中值电阻大小等于欧姆表的内阻，即R中＝R内＝Rg＋r＋R.欧姆表在中值电阻附近测量时的精确度最高，故使用中应选择合适的倍率，使指针指在中值电阻附近．如图为多用表欧姆挡的原理示意图，其中电流表的满偏电流为300μA，内阻rg＝100Ω，调零电阻的最大值R＝50kΩ，串联的固定电阻R0＝50Ω，电池电动势E＝1.5V，用它测量电阻Rx，能准确测量的阻值范围是()A．30kΩ～80kΩB．3kΩ～8kΩC．300Ω～800ΩD．30Ω～80Ω【解析】由Ix＝E（r＋Rg＋R＋R0）＋Rx知，该电表的中值电阻为R＋r＋Rg＋R0＝E/Ig＝5kΩ，又欧姆表的测量值越靠近中间刻度越准确，所以B项正确．【答案】B答疑解惑被测电阻阻值与指针偏转的关系欧姆表测量原理方程：I＝ERg＋r＋R0＋Rx(如图所示E为电源电动势，R0为滑动变阻器阻值，Rg为电流表内阻，r为电源内阻，Rx为被测电阻)，I为函数，Rx为自变量，随着Rx变化，I变化，指针在表盘上所指的位置也变化．(1)当Rx＝0时(红黑表笔短接)，则灵敏电流表满偏，指针指向最右侧，也表明此位置应为欧姆表的零刻线，欧姆表的零刻线在表的最右端，此时的电流为满偏电流Ig＝ERg＋r＋R0(Rg＋r＋R0为欧姆表的内阻，设为R内)，此时可以通过调节滑动变阻器R0的大小进行欧姆调零．(2)当Rx＝∞时(红黑表笔断路)，则灵敏电流表不通过电流，指针指向最左侧，也表明此位置应为欧姆表阻值无穷大所对的刻线．(3)当Rx＝Rg＋r＋R0＝R内时，通过灵敏电流表的电流为Ig2，灵敏电流表指针指表盘中央位置，该位置标阻值应为R内(如图所示)，此时的阻值被称为中值电阻；如果被测电阻为Rx＝R内3，则通过灵敏电流表的电流为3Ig4，灵敏电流表指针应指表盘从左向右34的位置；用此种方法便可依次判断欧姆表表盘每条刻线所代表的阻值．考点三多用电表测电阻1．使用多用电表测电阻的步骤(1)机械调零：使用前若指针没有停在左端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，指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步．(6)实验完毕，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．(1)用多用电表的欧姆挡测量阻值约为几十千欧的电阻Rx，以下给出的是可能的实验操作步骤，其中S为选择开关，P为欧姆挡调零旋钮．找出你认为正确的实验步骤，并将正确的步骤的合理的顺序填写在横线上(用步骤前的字母表示)________．a．将两表笔短接，调节P使指针对准刻度盘上欧姆挡的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使其尖端对准欧姆挡×1kd．旋转S使其尖端对准欧姆挡×100e．旋转S使其尖端对准交流500V，并拔出两表笔(2)根据如图所示指针位置，此被测电阻的阻值约为________Ω.(3)下