2019-2020學年高考物理 主題2 電路及其應用 8 多用電表的原理學案（必修3）

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1、8　多用電表的原理 [學科素養(yǎng)與目標要求]　 物理觀念：1.知道歐姆表測量電阻的原理.2.了解歐姆表的內部結構和刻度特點.3.了解多用電表的基本結構.4.知道多用電表的測量功能. 科學思維：1.知道同一表頭改裝成電壓表、電流表、歐姆表的原理.2.進一步提高應用閉合電路歐姆定律和部分電路歐姆定律分析問題的能力. 一、歐姆表的原理 1.內部結構：由表頭、電源和可變電阻三部分組成.如圖1所示. 圖1 2.測量原理 (1)原理：依據(jù)閉合電路歐姆定律制成，由電流表改裝而成. (2)測量：如圖2所示，當紅、黑表筆間接入被測電阻Rx時，通過表頭的電流I＝.改變被測電阻Rx的阻值，電

2、流I隨著改變，每個Rx值都對應一個電流值，在刻度盤上直接標出與I值對應的Rx值，就可以從刻度盤上直接讀出被測電阻的阻值. 圖2 二、多用電表 1.用途：共用一個表頭，可以分別測量電壓、電流和電阻等物理量. 2.最簡單的多用電表原理圖： 如圖3所示，當單刀多擲開關接通1時，可作為電流表使用；接通2時，可作為歐姆表使用；接通3時，可作為電壓表使用. 圖3 1.判斷下列說法的正誤. (1)歐姆表的紅表筆與內部電源的正極相連.(×) (2)歐姆表的刻度盤是均勻的.(×) (3)多用電表的電壓擋、電流擋、歐姆擋是共用一個表頭.(√) (4)多用電表的電壓擋、電流擋、歐姆

3、擋都是靠外部提供電源的.(×) 2.歐姆表所用電源的電動勢為3V，滿偏電流為3mA，則歐姆表的內電阻rΩ為________Ω. 答案　1000 解析　rΩ＝＝Ω＝1000Ω. 一、歐姆表測電阻的原理 如圖所示是多用電表的表盤. (1)為何歐姆表的零刻度在表盤的右端？ (2)歐姆表的刻度為何是不均勻的？ (3)刻度盤的中間刻度值有什么重要意義？ 答案　(1)當紅、黑表筆短接時，調節(jié)可變電阻，使電流表指針滿偏，所以在電流表滿刻度處標電阻“0”.如圖甲所示. 　　 甲　　　　　　　乙 (2)由閉合電路歐姆定律得 I＝，I與Rx不成正比， 所以歐姆表的刻度不均勻

4、，如圖乙所示： (3)歐姆表滿偏調零時， Ig＝ 測量指針指在中值時＝ 得Rx中＝r＋Rg＋R＝r內. 1.原理(如圖4所示) 圖4 2.歐姆表表盤的刻度標注 刻度 標注方法 標注位置 “0Ω” 紅、黑表筆相接，調節(jié)調零旋鈕，使指針滿偏，被測電阻Rx＝0 滿偏電流Ig處 “∞” 紅、黑表筆不接觸，表頭指針不偏轉，被測電阻Rx＝∞ 電流為零處 中值電阻 Rx中＝r＋R＋Rg＝r內 刻度盤正中央 “Rx” 紅、黑表筆接Rx，Ix＝，Rx與Ix一一對應 與Rx對應電流Ix處 例1　把一量程6mA、內阻100Ω的電流表改裝成歐姆表，電路如圖5所

5、示，現(xiàn)備有如下器材：A.電源E＝3V(內阻不計)；B.變阻器0～100Ω；C.變阻器0～500Ω；D.紅表筆；E.黑表筆. 圖5 (1)變阻器選用________. (2)紅表筆接________端，黑表筆接________端.(填“M”或“N”) (3)按正確方法測量Rx，指針指在電流表2mA刻度處，則電阻值應為________；若指在電流表3mA刻度處，則電阻值應為________. (4)若該歐姆表使用一段時間后，電池電動勢變小，內阻變大，但此表仍能調零，按正確使用方法再測上述電阻Rx，其測量結果與原結果相比將________(填“偏大”、“偏小”或“不變”). 答案　(

6、1)C　(2)N　M　(3)1000Ω　500Ω　(4)偏大 解析　(1)兩表筆直接接觸時，調節(jié)變阻器的阻值使電流達到滿偏Ig＝，解得R0＝400Ω，故變阻器應選C. (2)紅表筆接內部電源的負極，黑表筆接內部電源的正極，所以紅表筆接N端，黑表筆接M端. (3)電流I＝2mA時，有I＝，解得 Rx＝1000Ω.電流I′＝3mA時，I′＝，解得Rx′＝500Ω. (4)當電池電動勢變小，內阻變大時，歐姆表重新調零，由于滿偏電流Ig不變，由公式Ig＝，歐姆表內阻得調小，待測電阻的阻值是通過電流表的示數(shù)體現(xiàn)，由公式I＝＝＝，可知當r內變小時，接入同樣的被測電阻，通過的電流變小，歐姆表讀數(shù)變

7、大. [學科素養(yǎng)]　通過解歐姆表的相關問題，讓閉合電路歐姆定律在學生頭腦中得到升華，這體現(xiàn)了“物理觀念”的學科素養(yǎng).提出在使用過程中如果電源電動勢變小怎么辦這個物理問題，并在探究過程中得到結論，這體現(xiàn)了“實驗探究”的學科素養(yǎng). 針對訓練1　(2018·新余市高二第一學期期末)如圖6所示是把量程為3mA的電流表改裝成歐姆表的示意圖，其中電源電動勢E＝1.5V.改裝后若將原電流表3mA刻度處定為零阻值位置，則1.5mA刻度處應標________Ω，1mA刻度處應標________Ω. 圖6 答案　500　1000 解析　歐姆表內阻：R內＝＝Ω＝500Ω， 電流為1.5mA時，解得：

8、R＝500Ω； 電流為1mA時，I′＝＝＝0.001A，解得：R′＝1000Ω. 二、多用電表的改裝原理 1.多用電表的改裝原理： 如圖7甲、乙、丙所示，分別為電流表、歐姆表、電壓表的示意圖，把它們組合在一起構成多用電表，如圖丁所示. 圖7 2.多用電表中電流的流向：紅表筆接“＋”插孔，黑表筆接“－”插孔. (1)電流擋串聯(lián)接入電路，電流從紅表筆流進電表，從黑表筆流出電表. (2)電壓擋并聯(lián)接入電路，紅表筆接高電勢點，黑表筆接低電勢點，電流仍然是“紅進、黑出”. (3)使用歐姆擋時，紅表筆連接表內電源的負極，黑表筆連接表內電源的正極，電流仍然是“紅進、黑出”. 例2

9、　如圖8所示是簡化的多用電表的電路圖.轉換開關S與不同接點連接，就組成不同的電表，已知R3＜R4，下面是幾位同學對這一問題的討論，請你判斷下列說法正確的是(　　) 圖8 A.S與1或2連接時，多用電表就成了電流表，且前者量程較小 B.S與3或4連接時，多用電表就成了電流表，且前者量程較大 C.S與3或4連接時，多用電表就成了電壓表，且前者量程較大 D.S與5連接時，多用電表就成了歐姆表 答案　D 解析　S與1連接時，電阻R1起分流作用，S與2連接時，電阻R1、R2起分流作用，所以S與1或2連接時，多用電表就成了電流表，由于前者分流電阻較小，所以前者量程較大；S與3或4連接時，

10、電流表與分壓電阻串聯(lián)，多用電表就成了電壓表，由于R3＜R4，所以前者量程較??；S與5連接時，多用電表就成了歐姆表，R6為歐姆擋調零電阻.綜上所述，正確答案為D. 針對訓練2　如圖9所示是一個電流、電壓兩用表的電路，電流表G的量程是0～100μA，內阻是1000Ω，電阻R1＝0.1Ω，R2＝99000Ω.當雙刀雙擲開關接到A、B上時，電流表改裝成______表，其量程是________；當雙刀雙擲開關接到C、D上時，電流表改裝成______表，其量程是______. 圖9 答案　較大量程的電流　0～1A　電壓　0～10V 解析　因雙刀雙擲開關的手柄是絕緣的，所以當開關接到A、B上時，

11、電路轉換成圖甲所示的電路，此時電阻R1與電流表G并聯(lián)，R1起分流作用，原電流表改裝成較大量程的電流表.根據(jù)并聯(lián)電路的特點有(I－Ig)R1＝IgRg.電流表的最大測量值為 I＝＝A≈1A. 當開關接到C、D上時，電路變成圖乙所示的電路，此時電阻R2與電流表G串聯(lián)，R2起分壓作用，原電流表改裝成電壓表，根據(jù)串聯(lián)電路的特點，電壓表的最大測量值為U＝Ig(Rg＋R2)＝0.0001×(1000＋99000) V＝10V. 1.(歐姆表的構造和原理)(多選)歐姆表的內部電路如圖10所示，已知電流計的電阻為Rg，滑動變阻器接入電路的阻值為R0，電源的電動勢和內阻分別為E、r.下列說法正確的是(

12、　　) 圖10 A.歐姆表的工作原理是閉合電路的歐姆定律 B.電路圖中左側的表筆為黑表筆 C.歐姆表表盤的最左端為歐姆“0”刻度 D.歐姆表表盤的中間刻度值為R中＝r＋Rg＋R0 答案　AD 解析　歐姆表是根據(jù)閉合電路的歐姆定律制成的，A正確；電流從黑表筆出，紅表筆進，B錯誤；“∞”刻度在刻度盤的左端，C錯誤；當歐姆表指針指在中間位置時，＝，Ig＝，所以Rx＝Rg＋R0＋r，即中間刻度值為R中＝r＋Rg＋R0，D正確. 2.(歐姆表的表盤標度)把一個滿偏電流為3mA的電流表改裝成歐姆表，其中電源電動勢為3V.在測電阻時，電流表指針指在表盤上2mA處，在改成相應的電阻刻度時，

13、應是(　　) A.250Ω B.500Ω C.1000Ω D.1500Ω 答案　B 解析　當電流表滿偏時，歐姆表的內阻為R內＝＝Ω＝1000Ω，當電流表指針指在表盤上2mA處時，整個回路的電阻Rx＋R內＝＝Ω＝1500Ω，所以Rx＝500Ω，選項B正確. 3.(多用電表的簡單構造)如圖11所示為多用電表電路圖，如果用該多用電表測量直流電壓U和電阻R，紅表筆插入多用電表的正(＋)插孔，則(　　) 圖11 A.前者電流從紅表筆流入多用電表，后者電流從紅表筆流出多用電表 B.前者電流從紅表筆流入多用電表，后者電流從紅表筆流入多用電表 C.前者電流從紅表筆流出多用電表，后者電流從

14、紅表筆流出多用電表 D.前者電流從紅表筆流出多用電表，后者電流從紅表筆流入多用電表 答案　B 解析　題圖中所示是多用電表電路圖，無論是測電壓U還是測電阻R，電流都是從紅表筆流入多用電表，從黑表筆流出多用電表，選項B正確. 4.(綜合應用)如圖12所示為一簡單歐姆表的原理示意圖，其中電流表的滿偏電流Ig＝300μA，內阻Rg＝100Ω，可變電阻R的最大阻值為10kΩ，電池的電動勢E＝1.5V，內阻r＝0.5Ω，圖中與接線柱A相連的表筆顏色應是________色.按正確使用方法測量電阻Rx的阻值時，指針指在刻度盤的正中央，則Rx＝________kΩ. 圖12 答案　紅　5 解析

15、　由I＝及Ig＝，且指針指在刻度盤中央，I＝Ig＝150μA，聯(lián)立解得Rx＝5kΩ. 一、選擇題 考點一　歐姆表的原理 1.以下是歐姆表原理的電路示意圖，正確的是(　　) 答案　C 解析　選項B的歐姆表中沒有可調電阻，B錯；選項A、D電流表的負極接到了電源的正極，A、D錯；紅表筆應接電源的負極，黑表筆應接電源的正極，C對. 2.(多選)下列關于多用電表歐姆擋的說法中，正確的是(　　) A.表盤刻度是不均勻的，從零刻度處開始，刻度值越大處，刻度線越疏 B.紅表筆是與表內的電源正極相連的 C.測電阻時，首先要把紅、黑表筆短接進行調零，然后再去測電阻 D.為了減小

16、誤差，應盡量使指針指在中間刻度附近 答案　CD 解析　由I＝，電流I與對應的待測電阻阻值Rx不成正比，電阻的刻度線是不均勻的，刻度值越大處刻度線越密，故A錯誤； 在歐姆表內部黑表筆接的是電源的正極，故B錯誤； 測電阻時，首先要把紅、黑表筆短接進行調零，然后再去測電阻，故C正確； 當指針指在刻度盤的中間刻度附近時，測量的數(shù)據(jù)誤差最小，所以為了減小誤差，應盡量使指針指在中間刻度附近，故D正確. 3.如圖1是一個將電流表改裝成歐姆表的示意圖，此歐姆表已經(jīng)調零，用此歐姆表測一阻值為R的電阻時，指針偏轉至滿刻度的處.現(xiàn)用該表測一未知電阻，指針偏轉到滿刻度的處，則該電阻的阻值為(　　)

17、圖1 A.4R B.5R C.10R D.16R 答案　D 解析　由閉合電路的歐姆定律得：調零時有E＝IgR內；指針偏轉至滿刻度的時有E＝；指針偏轉到滿刻度的時有E＝.聯(lián)立三式可解得Rx＝16R.D正確，A、B、C錯誤. 4.一個用滿偏電流為3mA的電流表改裝成的歐姆表，調零后用它測量500Ω的標準電阻時，指針恰好指在刻度盤的正中間.如用它測量一個未知電阻時，指針指在1mA處，則被測電阻的阻值為(　　) A.1000ΩB.5000ΩC.1500ΩD.2000Ω 答案　A 解析　設歐姆表的內阻為R內，由閉合電路歐姆定律知：3×10－3 A＝，1.5×10－3 A＝，所以R內＝50

18、0 Ω，E＝1.5 V，又1×10－3 A＝，所以Rx＝1 000 Ω，故選A. 5.(2018·華南師大附中期末)如圖2所示為歐姆表的原理示意圖.其中，電流表的滿偏電流為 300μA，內阻rg＝100Ω，調零電阻最大值R＝50kΩ，串聯(lián)的定值電阻R0＝50Ω，電池電動勢E＝1.5V.用它測量電阻Rx，能準確測量的阻值范圍是(　　) 圖2 A.30～80kΩ B.3～8kΩ C.300～800Ω D.30～80Ω 答案　B 解析　用歐姆表測量電阻，指針指在表盤中央附近時測量結果比較準確.當電流最大時，Ig＝，其中R內為歐姆表的內阻，得R內＝＝Ω＝5000Ω，用它測量電阻R

19、x，當指針指在表盤中央時Ig＝，得Rx＝－R內＝5000Ω，故能準確測量的阻值范圍是5kΩ附近，選項B正確. 考點二　多用電表的原理 6.(多選)關于多用電表表盤上的刻度線，下列說法中正確的是(　　) A.直流電流刻度線和直流電壓刻度線都是均勻的，可以共用同一刻度線 B.電阻刻度線是不均勻的 C.電阻刻度上的零刻度線與直流電流的最大刻度線相對應 D.電阻刻度上的零刻度線與直流電流的最大刻度線不對應 答案　ABC 7.(多選)(2017·瀏陽一中期中)某同學設計了一個多量程多用電表，其內部結構原理圖如圖3所示.測電流和測電壓時各有兩個量程，還有兩個擋位用來測電阻.下列說法正確的是

20、(　　) 圖3 A.當功能選擇開關S與觸點1、2相接時，測的是電流 B.當功能選擇開關S與觸點3、4相接時，測的是電壓 C.A表筆為紅表筆，B表筆為黑表筆 D.功能選擇開關S旋到觸點5時的量程比旋到觸點6時的量程大 答案　AC 解析　當功能選擇開關S與觸點1、2相接時，表頭并聯(lián)電阻，改裝為電流表，選項A正確；當功能選擇開關S與觸點3、4相接時，內含電源和調零電阻，測的是電阻，選項B錯誤；電流從紅表筆流進，則A表筆為紅表筆，B表筆為黑表筆，選項C正確；功能選擇開關S旋到觸點5時串聯(lián)一個電阻，串聯(lián)的電阻值比旋到觸點6時小，旋到觸點5時的量程比旋到觸點6時的量程小，選項D錯誤.

21、二、非選擇題 8.在物理課外活動中，劉聰同學制作了一個簡單的多用電表，如圖4甲為電表的電路圖.已知選用的電流表內阻Rg＝10Ω、滿偏電流Ig＝10mA，當選擇開關接3時為量程250V的電壓表.該多用電表表盤如圖乙所示，下排刻度均勻，C為上排刻度線的中間刻度，由于粗心，上排刻度線對應數(shù)據(jù)沒有標出. 圖4 (1)若指針在圖乙所示位置，選擇開關接1時其讀數(shù)為________mA；選擇開關接3時其讀數(shù)為________V. (2)為了測該多用電表歐姆擋的電阻和表內電源的電動勢，劉聰同學在實驗室找到了一個電阻箱，設計了如下實驗： ①將選擇開關接2，紅、黑表筆短接，調節(jié)R1的阻值使電表指針滿

22、偏； ②將電表紅、黑表筆與電阻箱相連，調節(jié)電阻箱使電表指針指C處，此時電阻箱的示數(shù)如圖5，則C處刻度應為________Ω. 圖5 ③計算得到多用電表內電池的電動勢為________V.(保留兩位有效數(shù)字) (3)調零后將多用電表紅、黑表筆與某一待測電阻相連，若指針指在圖乙所示位置，則待測電阻的阻值為________Ω.(結果保留兩位有效數(shù)字) 答案　(1)6.9　173(172～174均可) (2)②150?、?.5　(3)67 解析　(1)選擇開關接1時測電流，其分度值為0.2mA，示數(shù)為6.9mA；選擇開關接3時測電壓，其分度值為5V，其示數(shù)為173V. (2)②電阻

23、箱示數(shù)為0×1000Ω＋1×100Ω＋5×10Ω＋0×1Ω＝150Ω. ③指針指在C處時，電流表示數(shù)為5 mA＝0.005 A，C處電阻為中值電阻，則電表內阻為150Ω，多用電表內電池的電動勢E＝IgR＝0.01×150V＝1.5V. (3)根據(jù)第(1)問可知，表頭所示電流為6.9mA；調零后將電表紅、黑表筆與某一待測電阻相連，此時電路中的電流值也為6.9 mA，而表內電池的電動勢為E＝1.5 V，表內總電阻為150Ω，由閉合電路歐姆定律可知：R＝Ω－150Ω≈67Ω，所以待測電阻的阻值為67Ω. 9.(2018·東北師大附中高二上期中)某同學在實驗室找了一個電流表、一個電池、一個定值電

24、阻，串聯(lián)起來后兩端接上紅、黑表筆，當作歐姆表使用(如圖6所示).兩個表筆直接接觸時，電流表讀數(shù)6.0mA，兩個表筆接在150Ω的電阻兩端時，電流表讀數(shù)為3.75mA.現(xiàn)把表筆與一個未知電阻連接，電流表讀數(shù)為5mA，這個未知電阻多大？ 圖6 答案　50Ω 解析　設電池電動勢為E、內阻為r，電流表內阻為rA，定值電阻為R0，當表筆短接時，E＝I0(r＋rA＋R0) 其中I0＝6.0mA 當接入150Ω電阻時有：E＝I1(r＋rA＋R0＋R1) 其中I1＝3.75mA 聯(lián)立以上代入數(shù)據(jù)解得：E＝1.5V，r＋rA＋R0＝250Ω 接入未知電阻有：E＝I2(r＋rA＋R0＋R) 其中I2＝5mA，解得：R＝50Ω. 14