高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册第3节 科学测量:用多用电表测量电学量学案设计

第3节　科学测量  用多用电表测量电学量

1.通过分析多用电表的电路图，了解欧姆表的内部结构和表盘刻度特点，掌握多用电表的原理．

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。

一、多用电表的结构与原理

1.多用电表的内部构造

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。

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。

二、练习使用多用电表

1．认识多用电表

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。

3.多用电表的欧姆挡使用的四点注意

(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。

例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

解析：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。

答案：A

例2．(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

例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

例4.在练习使用多用电表的实验中，

（1）某同学使用多用电表的欧姆挡粗略测量一定值电阻的阻值Rx，先把选择开关旋到“×10”挡位，测量时指针偏转如图1所示。以下是接下来的测量过程：

a．将两表笔短接，调节欧姆挡调零旋钮，使指针对准刻度盘上欧姆挡的零刻度，然后断开两表笔

b．旋转选择开关至交流电压最大量程处（或“OFF”挡），并拔出两表笔

c．将选择开关旋到“×1”挡

d．将选择开关旋到“×100”挡

e．将选择开关旋到“×1k”挡

f．将两表笔分别连接到被测电阻的两端，读出阻值Rx，断开两表笔

以上实验步骤中的正确顺序是________（填写步骤前的字母）。

图1                              图2

（2）重新测量后，指针位于如图2所示位置，被测电阻的测量值为____Ω。

（3）如图3所示为欧姆表表头，已知电流计的量程为Ig=100 μA，电池电动势为E=1.5 V，则该欧姆表的内阻是____kΩ，表盘上30 μA刻度线对应的电阻值是____kΩ。

图3

（4）为了较精确地测量另一定值电阻的阻值Ry，采用如图4所示的电路。电源电压U恒定，电阻箱接入电路的阻值可调且能直接读出。

图4                       图5

①用多用电表测电路中的电流，则与a点相连的是多用电表的____（选填“红”或“黑”）表笔。

②闭合电键，多次改变电阻箱阻值R，记录相应的R和多用电表读数I，得到R－的关系如图5所示。不计此时多用电表的内阻。则Ry＝___Ω，电源电压U＝___V。

（5）一半导体电阻的伏安特性曲线如图6所示。用多用电表的欧姆挡测量其电阻时，用“×100”挡和用“×1k”挡，测量结果数值不同。用____（选填“×100”或“×1k”）挡测得的电阻值较大，这是因为____________。

图6

解析：（1）先把选择开关旋到“×10”挡位，测量时指针偏转如图所示。指针指在示数较大处，为使指针指在刻度盘中央附近，应换用“×100 ”挡（几百×10=几十×100），再欧姆调零，测量，整理器材。实验步骤中的正确顺序是：dafb；

（2）重新测量后，指针位于如图所示位置，被测电阻的测量值为；

（3）电表内阻，当电表指针指在30μA刻度线上时，整理得；

（4）①多用电表测电路中的电流，a点与电源正极相连，则与a点相连的是多用电表的红表笔。②由欧姆定律可得，整理得，由图象的纵截距得：、由图象的斜率得：。

（5）欧姆表挡位越高，内阻越大；由于表内电池的电动势不变，所以选用的挡位越高，测量同一电阻时电路中电流越小；该半导体的电阻随电流的减小而增大，所以选用的挡位越高，测得的电阻值越大。所以选“×1k”挡测得的电阻值较大。

答案：（1）dafb  （2）2 200  （3）15  35  （4）红  200  8  （5）×1k  欧姆表中挡位越高，内阻越大；由于表内电池的电动势不变，所以选用的挡位越高，测量电流越小；该半导体的电阻随电流的增大而减小，所以选用的挡位越高，测得的电阻值越大

1．有一个多用电表，其欧姆挡的四个挡位分别为“×1”“×10”“×100”“×1 k”，某同学把选择开关旋到“×100”挡测量一未知电阻时，发现指针偏转角度很大，为了减小误差，它应该(　　)

A．换用“×1 k”挡，不必重新调整调零旋钮

B．换用“×10”挡，不必重新调整调零旋钮

C．换用“×1 k”挡，必须重新调整调零旋钮

D．换用“×10”挡，必须重新调整调零旋钮

解析：使用“×100”挡，指针偏转大，则说明电阻小，可换小一挡位“×10”即可，使指针在表盘中间的～范围误差较小；每次换挡位都要调零，选项D正确。

答案：D

2．用多用电表测直流电压U和测电阻R时，若红表笔插入多用电表的正(＋)插孔，则(　　)

A．测电压时电流从红表笔流入多用电表；测电阻时电流从红表笔流出多用电表

B．测电压、测电阻时电流均从红表笔流入多用电表

C．测电压、测电阻时电流均从红表笔流出多用电表

D．测电压时电流从红表笔流出多用电表，测电阻时电流从红表笔流入多用电表

解析：当使用电压挡时，电流从正插孔流入；当使用欧姆挡时，电流也从正插孔流入，因为此时红表笔接的是电表内电源的负极。

答案：B

3．(1)为了设计电路，先用多用电表的欧姆挡粗测未知电阻，采用“×10”挡，调零后测量该电阻，发现指针偏转非常小，下列判断和做法正确的是________(填字母代号)。

A．这个电阻阻值很小，估计只有几欧姆

B．这个电阻阻值很大，估计有几千欧姆

C．如需进一步测量可换“×1 k”挡，调零后测量

D．如需进一步测量可换“×1”挡，调零后测量

(2)某同学首先用多用电表粗测电阻的大小，将选择开关置于欧姆挡的“×100”挡，欧姆调零后，将红、黑表笔分别接电阻两端，发现指针读数如图所示，则所测阻值为________Ω。

(3)用多用电表的欧姆挡检测一个二极管，将红表笔与二极管的a端相连，黑表笔与二极管的b端相连，测得二极管的电阻是5 Ω，将红表笔与二极管的b端相连，黑表笔与二极管的a端相连，测得二极管的电阻是900 Ω，该实验说明二极管具有________的特性，该二极管的正极是________端。

[解析]　(1)当指针偏转非常小时，说明电阻很大，故A错误，B正确；为了准确测量，应换用大挡位，使偏转角增大，读数更准确，故应换用“×1 k”挡，重新欧姆调零后再测量，C正确，D错误。

(2)由题图所示表盘可知，电阻阻值为：20×100 Ω＝2 000 Ω。

(3)用欧姆表测二极管的电阻，先用红表笔接二极管的a端，黑表笔接b端，反接后电阻明显变大，说明二极管具有单向导电性，因为电流从多用电表的红表笔流入，黑表笔流出，所以b端为二极管的正极。

[答案]　(1)BC　(2)2 000　(3)单向导电　b

4.物理兴趣小组的同学们从实验室找到一个废旧的多用电表，于是拆开进行研究。

(1)同学们按图甲所示的电路，用半偏法测量电流计G的内阻rg，已知电流计G的量程为200 μA。实验室除了提供开关、导线外，还有以下器材，则电位器(一种可变电阻，与滑动变阻器相当)R2应选用________(选填“C”或“D”)。

A．电源(电动势6 V)

B．电阻箱R1(0～999.9 Ω)

C．电位器(0～5 kΩ)

D．电位器(0～50 kΩ)

(2)同学们测电流计G的内阻步骤如下，请完成实验步骤中的填空。

①对照电路图连接电路，检查无误后，将R2的阻值调至最大；

②闭合S2，调节R2的阻值，使电流计指针偏转到满刻度；

③闭合S1，保持R2的阻值不变，调节R1的阻值，使电流计指针偏转到满刻度的一半；

④读得R1的阻值为280.0 Ω，则被测电流计G的内阻rg的测量值为________Ω，该测量值________(选填“略大于”“略小于”或“等于”)实际值。

(3)图乙是该多用电表的简化电路图，根据要求回答下列问题：

①图中A是________(填“红”或“黑”)表笔；

②开关S调到________和________位置上测量的是电阻；测量电流时，开关S调到________位置的量程比较大(填写图乙中相应位置的数字代号)。

解析：(1)闭合S2，电路中电流I不能大于200 μA，由I＝知I最大时，有R2＝＝ Ω＝30 kΩ，因此只能选择总电阻为50 kΩ的D。

(2)当调节R1，使电流计G半偏时，由于干路电流可视为未变，R1与电流计G中的电流相等，电阻必然相等，读得R1的阻值为280.0 Ω，则被测电流计G的内阻rg的测量值为280.0 Ω。实际上R1并联接入电路后，电路的总电阻减小了，干路电流增大了，电流计G半偏时，流过R1的电流大于流过电流计G的电流，R1接入的电阻小于电流计G的电阻，所以，该测量值略小于实际值。

(3)①为了保证电流由红表笔进入电流计G，内部电源的正极应接黑表笔，故A是黑表笔。②测量电阻时内部电源被接通，故开关S调到3、4位置上测量的是电阻；并联电阻越小，分流越大，则改装后的电流表量程越大，故开关S调到1位置的量程较大。

答案： (1)D　(2)280.0　略小于　(3)①黑　②3　4　1