2019_2020版高中物理第二章恒定电流8多用电表的原理教案新人教版

2019_2020版高中物理第二章恒定电流8多用电表的原理教案新人教版

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12．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＝.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：n图3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．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＝＝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．n甲(2)由闭合电路欧姆定律得I＝，I与Rx不成正比，所以欧姆表的刻度不均匀，如图乙所示：乙(3)欧姆表满偏调零时，Ig＝测量指针指在中值时＝得Rx中＝r＋Rg＋R＝r内．1．原理(如图4所示)图42．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＝，Rx与Ix一一对应与Rx对应电流Ixn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＝，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＝，解得Rx＝1000Ω.电流I′＝3mA时，I′＝，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＝，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＝＝＝，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3nmA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＝＝Ω＝500Ω，电流为1.5mA时，解得：R＝500Ω；电流为1mA时，I′＝＝＝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72．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2n　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8A．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＝＝A≈1A.n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10A．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＝，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．250ΩB．500ΩC．1000ΩD．1500Ω答案　B解析　当电流表满偏时，欧姆表的内阻为R内＝＝Ω＝1000nΩ，当电流表指针指在表盘上2mA处时，整个回路的电阻Rx＋R内＝＝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11A．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＝100Ω，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＝________kΩ.图12答案　红　5解析　由I＝及Ig＝，且指针指在刻度盘中央，I＝Ig＝150μA，联立解得Rx＝5kΩ.n一、选择题考点一　欧姆表的原理1．以下是欧姆表原理的电路示意图，正确的是(　　)答案　C解析　选项B的欧姆表中没有可调电阻，B错；选项A、D电流表的负极接到了电源的正极，A、D错；红表笔应接电源的负极，黑表笔应接电源的正极，C对．2．(多选)下列关于多用电表欧姆挡的说法中，正确的是(　　)A．表盘刻度是不均匀的，从零刻度处开始，刻度值越大处，刻度线越疏B．红表笔是与表内的电源正极相连的C．测电阻时，首先要把红、黑表笔短接进行调零，然后再去测电阻D．为了减小误差，应尽量使指针指在中间刻度附近答案　CD解析　由I＝，电流I与对应的待测电阻阻值Rx不成正比，电阻的刻度线是不均匀的，刻度值越大处刻度线越密，故A错误；在欧姆表内部黑表笔接的是电源的正极，故B错误；测电阻时，首先要把红、黑表笔短接进行调零，然后再去测电阻，故C正确；当指针指在刻度盘的中间刻度附近时，测量的数据误差最小，所以为了减小误差，应尽量使指针指在中间刻度附近，故D正确．3.如图1是一个将电流表改装成欧姆表的示意图，此欧姆表已经调零，用此欧姆表测一阻值为R的电阻时，指针偏转至满刻度的处．现用该表测一未知电阻，指针偏转到满刻度的处，则该电阻的阻值为(　　)n图1A．4RB．5RC．10RD．16R答案　D解析　由闭合电路的欧姆定律得：调零时有E＝IgR内；指针偏转至满刻度的时有E＝；指针偏转到满刻度的时有E＝.联立三式可解得Rx＝16R.D正确，A、B、C错误．4．一个用满偏电流为3mA的电流表改装成的欧姆表，调零后用它测量500Ω的标准电阻时，指针恰好指在刻度盘的正中间．如用它测量一个未知电阻时，指针指在1mA处，则被测电阻的阻值为(　　)A．1000ΩB．5000ΩC．1500ΩD．2000Ω答案　A解析　设欧姆表的内阻为R内，由闭合电路欧姆定律知：3×10－3A＝，1.5×10－3A＝，所以R内＝500Ω，E＝1.5V，又1×10－3A＝，所以Rx＝1000Ω，故选A.5．(2018·华南师大附中期末)如图2所示为欧姆表的原理示意图．其中，电流表的满偏电流为300μA，内阻rg＝100Ω，调零电阻最大值R＝50kΩ，串联的定值电阻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(　　)图2A．30～80kΩB．3～8kΩnC．300～800ΩD．30～80Ω答案　B解析　用欧姆表测量电阻，指针指在表盘中央附近时测量结果比较准确．当电流最大时，Ig＝，其中R内为欧姆表的内阻，得R内＝＝Ω＝5000Ω，用它测量电阻Rx，当指针指在表盘中央时Ig＝，得Rx＝－R内＝5000Ω，故能准确测量的阻值范围是5kΩ附近，选项B正确．考点二　多用电表的原理6．(多选)关于多用电表表盘上的刻度线，下列说法中正确的是(　　)A．直流电流刻度线和直流电压刻度线都是均匀的，可以共用同一刻度线B．电阻刻度线是不均匀的C．电阻刻度上的零刻度线与直流电流的最大刻度线相对应D．电阻刻度上的零刻度线与直流电流的最大刻度线不对应答案　ABC7．(多选)(2017·浏阳一中期中)某同学设计了一个多量程多用电表，其内部结构原理图如图3所示．测电流和测电压时各有两个量程，还有两个挡位用来测电阻．下列说法正确的是(　　)图3A．当功能选择开关S与触点1、2相接时，测的是电流B．当功能选择开关S与触点3、4相接时，测的是电压C．A表笔为红表笔，B表笔为黑表笔D．功能选择开关S旋到触点5时的量程比旋到触点6时的量程大答案　AC解析　当功能选择开关S与触点1、2相接时，表头并联电阻，改装为电流表，选项A正确；当功能选择开关S与触点3、4相接时，内含电源和调零电阻，测的是电阻，选项B错误；电流从红表笔流进，则A表笔为红表笔，B表笔为黑表笔，选项C正确；功能选择开关S旋到触点5时串联一个电阻，串联的电阻值比旋到触点6时小，旋到触点5时的量程比旋到触点6时的量程小，选项D错误．二、非选择题n8．在物理课外活动中，刘聪同学制作了一个简单的多用电表，如图4甲为电表的电路图．已知选用的电流表内阻Rg＝10Ω、满偏电流Ig＝10mA，当选择开关接3时为量程250V的电压表．该多用电表表盘如图乙所示，下排刻度均匀，C为上排刻度线的中间刻度，由于粗心，上排刻度线对应数据没有标出．图4(1)若指针在图乙所示位置，选择开关接1时其读数为________mA；选择开关接3时其读数为________V.(2)为了测该多用电表欧姆挡的电阻和表内电源的电动势，刘聪同学在实验室找到了一个电阻箱，设计了如下实验：①将选择开关接2，红、黑表笔短接，调节R1的阻值使电表指针满偏；②将电表红、黑表笔与电阻箱相连，调节电阻箱使电表指针指C处，此时电阻箱的示数如图5，则C处刻度应为________Ω.图5③计算得到多用电表内电池的电动势为________V．(保留两位有效数字)(3)调零后将多用电表红、黑表笔与某一待测电阻相连，若指针指在图乙所示位置，则待测电阻的阻值为________Ω.(结果保留两位有效数字)答案　(1)6.9　173(172～174均可)(2)②150　③1.5　(3)67解析　(1)选择开关接1时测电流，其分度值为0.2mA，示数为6.9mA；选择开关接3时测电压，其分度值为5V，其示数为173V.(2)②电阻箱示数为0×1000Ω＋1×100Ω＋5×10Ω＋0×1Ω＝150Ω.n③指针指在C处时，电流表示数为5mA＝0.005A，C处电阻为中值电阻，则电表内阻为150Ω，多用电表内电池的电动势E＝IgR＝0.01×150V＝1.5V.(3)根据第(1)问可知，表头所示电流为6.9mA；调零后将电表红、黑表笔与某一待测电阻相连，此时电路中的电流值也为6.9mA，而表内电池的电动势为E＝1.5V，表内总电阻为150Ω，由闭合电路欧姆定律可知：R＝Ω－150Ω≈67Ω，所以待测电阻的阻值为67Ω.9.(2018·东北师大附中高二上期中)某同学在实验室找了一个电流表、一个电池、一个定值电阻，串联起来后两端接上红、黑表笔，当作欧姆表使用(如图6所示)．两个表笔直接接触时，电流表读数6.0mA，两个表笔接在150Ω的电阻两端时，电流表读数为3.75mA.现把表笔与一个未知电阻连接，电流表读数为5mA，这个未知电阻多大？图6答案　50Ω解析　设电池电动势为E、内阻为r，电流表内阻为rA，定值电阻为R0，当表笔短接时，E＝I0(r＋rA＋R0)其中I0＝6.0mA当接入150Ω电阻时有：E＝I1(r＋rA＋R0＋R1)其中I1＝3.75mA联立以上代入数据解得：E＝1.5V，r＋rA＋R0＝250Ω接入未知电阻有：E＝I2(r＋rA＋R0＋R)其中I2＝5mA，解得：R＝50Ω.