【物理】2020届一轮复习人教版多用电表的原理学案 8页

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.