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  • 2021-05-22 发布

【物理】2020届一轮复习人教版多用电表的原理学案

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8 多用电表的原理 [学科素养与目标要求] 物理观念: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.4.知道多用电表的测量功能. 科学思维:1.知道同一表头改装成电压表、电流表、欧姆表的原理.2.进一步提高应用闭合电路欧姆定律和 部分电路欧姆定律分析问题的能力. 一、欧姆表的原理 1.内部结构:由表头、电源和可变电阻三部分组成.如图 1 所示. 图 1 2.测量原理 (1)原理:依据闭合电路欧姆定律制成,由电流表改装而成. (2)测量:如图 2 所示,当红、黑表笔间接入被测电阻 Rx 时,通过表头的电流 I= E Rx+R+Rg+r.改变被测电 阻 Rx 的阻值,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. 图 2 二、多用电表 1.用途:共用一个表头,可以分别测量电压、电流和电阻等物理量. 2.最简单的多用电表原理图: 如图 3 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. 图 3 1.判断下列说法的正误. (1)欧姆表的红表笔与内部电源的正极相连.(×) (2)欧姆表的刻度盘是均匀的.(×) (3)多用电表的电压挡、电流挡、欧姆挡是共用一个表头.(√) (4)多用电表的电压挡、电流挡、欧姆挡都是靠外部提供电源的.(×) 2.欧姆表所用电源的电动势为 3V,满偏电流为 3mA,则欧姆表的内电阻 rΩ为________Ω. 答案 1000 解析 rΩ=E Ig = 3 3×10-3 Ω=1000Ω. 一、欧姆表测电阻的原理 如图所示是多用电表的表盘. (1)为何欧姆表的零刻度在表盘的右端? (2)欧姆表的刻度为何是不均匀的? (3)刻度盘的中间刻度值有什么重要意义? 答案 (1)当红、黑表笔短接时,调节可变电阻,使电流表指针满偏,所以在电流表满刻度处标电阻“0”. 如图甲所示. 甲 乙 (2)由闭合电路欧姆定律得 I= E r+Rg+R+Rx ,I 与 Rx 不成正比, 所以欧姆表的刻度不均匀,如图乙所示: (3)欧姆表满偏调零时, Ig= E r+Rg+R 测量指针指在中值时Ig 2 = E r+Rg+R+Rx 中 得 Rx 中=r+Rg+R=r 内. 1.原理(如图 4 所示) 图 4 2.欧姆表表盘的刻度标注 刻度 标注方法 标注位置 “0Ω” 红、黑表笔相接,调节调零旋钮,使指针满偏,被测电 阻 Rx=0 满偏电流 Ig 处 “∞” 红、黑表笔不接触,表头指针不偏转,被测电阻 Rx=∞ 电流为零处 中值电阻 Rx 中=r+R+Rg=r 内 刻度盘正中央 “Rx” 红、黑表笔接 Rx,Ix= E r+R+Rg+Rx ,Rx 与 Ix 一一对应 与 Rx 对应电流 Ix 处 例 1 把一量程 6mA、内阻 100Ω的电流表改装成欧姆表,电路如图 5 所示,现备有如下器材:A.电源 E =3V(内阻不计);B.变阻器 0~100Ω;C.变阻器 0~500Ω;D.红表笔;E.黑表笔. 图 5 (1)变阻器选用________. (2)红表笔接________端,黑表笔接________端.(填“M”或“N”) (3)按正确方法测量 Rx,指针指在电流表 2mA 刻度处,则电阻值应为________;若指在电流表 3mA 刻度处, 则电阻值应为________. (4)若该欧姆表使用一段时间后,电池电动势变小,内阻变大,但此表仍能调零,按正确使用方法再测上述 电阻 Rx,其测量结果与原结果相比将________(填“偏大”、“偏小”或“不变”). 答案 (1)C (2)N M (3)1000Ω 500Ω (4)偏大 解析 (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= E Rg+R0 ,解得 R0=400Ω,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=2mA 时,有 I= E Rg+R0+Rx ,解得 Rx=1000Ω.电流 I′=3mA 时,I′= E Rg+R0+Rx′ ,解得 Rx′=500Ω. (4)当电池电动势变小,内阻变大时,欧姆表重新调零,由于满偏电流 Ig 不变,由公式 Ig= E r 内 ,欧姆表内阻 得调小,待测电阻的阻值是通过电流表的示数体现,由公式 I= E Rx+r 内 = Igr 内 Rx+r 内 = Ig Rx r 内 +1 ,可知当 r 内变小时, 接入同样的被测电阻,通过的电流变小,欧姆表读数变大. [学科素养] 通过解欧姆表的相关问题,让闭合电路欧姆定律在学生头脑中得到升华,这体现了“物理观 念”的学科素养.提出在使用过程中如果电源电动势变小怎么办这个物理问题,并在探究过程中得到结论, 这体现了“实验探究”的学科素养. 针对训练 1 (2018·新余市高二第一学期期末)如图 6 所示是把量程为 3mA 的电流表改装成欧姆表的示意 图,其中电源电动势 E=1.5V.改装后若将原电流表 3mA 刻度处定为零阻值位置,则 1.5mA 刻度处应标 ________Ω,1mA 刻度处应标________Ω. 图 6 答案 500 1000 解析 欧姆表内阻:R 内=E Im = 1.5 3×10-3 Ω=500Ω, 电流为 1.5mA 时,解得:R=500Ω; 电流为 1mA 时,I′= E R′+R 内 = 1.5V R′+500Ω =0.001A,解得:R′=1000Ω. 二、多用电表的改装原理 1.多用电表的改装原理: 如图 7 甲、乙、丙所示,分别为电流表、欧姆表、电压表的示意图,把它们组合在一起构成多用电表,如 图丁所示. 图 7 2.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,从黑表笔流出电表. (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”. 例 2 如图 8 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讨论,请你判断下列说法正确的是( ) 图 8 A.S 与 1 或 2 连接时,多用电表就成了电流表,且前者量程较小 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 答案 D 解析 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,电流表与 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 D. 针对训练 2 如图 9 所示是一个电流、电压两用表的电路,电流表 G 的量程是 0~100μA,内阻是 1000Ω, 电阻 R1=0.1Ω,R2=99000Ω.当双刀双掷开关接到 A、B 上时,电流表改装成______表,其量程是________; 当双刀双掷开关接到 C、D 上时,电流表改装成______表,其量程是______. 图 9 答案 较大量程的电流 0~1A 电压 0~10V 解析 因双刀双掷开关的手柄是绝缘的,所以当开关接到 A、B 上时,电路转换成图甲所示的电路,此时 电阻 R1 与电流表 G 并联,R1 起分流作用,原电流表改装成较大量程的电流表.根据并联电路的特点有(I-Ig)R1 =IgRg.电流表的最大测量值为 I=IgRg+R1 R1 =0.0001×1000+0.1 0.1 A≈1A. 当开关接到 C、D 上时,电路变成图乙所示的电路,此时电阻 R2 与电流表 G 串联,R2 起分压作用,原电流 表改装成电压表,根据串联电路的特点,电压表的最大测量值为 U=Ig(Rg+R2)=0.0001×(1000+99000) V =10V. 1.(欧姆表的构 造和原理)(多选)欧姆表的内部电路如图 10 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( ) 图 10 A.欧姆表的工作原理是闭合电路的欧姆定律 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=r+Rg+R0 答案 AD 解析 欧姆表是根据闭合电路的欧姆定律制成的,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 2 = E R0+Rg+r+Rx ,Ig= E R0+r+Rg ,所以 Rx=Rg +R0+r,即中间刻度值为 R 中=r+Rg+R0,D 正确. 2.(欧姆表的表盘标度)把一个满偏电流为 3mA 的电流表改装成欧姆表,其中电源电动势为 3V.在测电阻时, 电流表指针指在表盘上 2mA 处,在改成相应的电阻刻度时,应是( ) A.250Ω B.500Ω C.1000Ω D.1500Ω 答案 B 解析 当电流表满偏时,欧姆表的内阻为 R 内=E Ig = 3 3×10-3 Ω=1000Ω,当电流表指针指在表盘上 2mA 处 时,整个回路的电阻 Rx+R 内=E I = 3 2×10-3 Ω=1500Ω,所以 Rx=500Ω,选项 B 正确. 3.(多用电表的简单构造)如图 11 所示为多用电表电路图,如果用该多用电表测量直流电压 U 和电阻 R,红 表笔插入多用电表的正(+)插孔,则( ) 图 11 A.前者电流从红表笔流入多用电表,后者电流从红表笔流出多用电表 B.前者电流从红表笔流入多用电表,后者电流从红表笔流入多用电表 C.前者电流从红表笔流出多用电表,后者电流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 解析 题图中所示是多用电表电路图,无论是测电压 U 还是测电阻 R,电流都是从红表笔流入多用电表, 从黑表笔流出多用电表,选项 B 正确. 4.(综合应用)如图 12 所示为一简单欧姆表的原理示意图,其中电流表的满偏电流 Ig=300μA,内阻 Rg=100 Ω,可变电阻 R 的最大阻值为 10kΩ,电池的电动势 E=1.5V,内阻 r=0.5Ω,图中与接线柱 A 相连的表笔 颜色应是________色.按正确使用方法测量电阻 Rx 的阻值时,指针指在刻度盘的正中央,则 Rx=________k Ω. 图 12 答案 红 5 解析 由 I= E Rg+R+r+Rx 及 Ig= E Rg+R+r ,且指针指在刻度盘中央,I=1 2 Ig=150μA,联立解得 Rx=5kΩ.