1、第第 3 节节 科学测量：用多用电表测量电学量科学测量：用多用电表测量电学量 第第 4 节节 科学用电科学用电(略略) 核心 素养 物理观念 科学思维 能提出并准确表述在实验中可能遇到的物理问题； 会 写实验步骤，能用多用电表测量电压、电流和电阻， 能注意实验安全； 能分析实验数据， 测得相关电学量， 会分析实验误差；能撰写完整的实验报告，在报告中 能呈现设计的实验步骤、实验表格，以及数据分析过 程和实验结论，能有针对性地反思交流过程与结果。 注意提升实验数据读取能力、 联系实际的能力及交流 讨论能力。 知道科学研究中 实验结论可重复 的重要性。 一、认识多用电表 1.欧姆表的构造 欧姆表是根
2、据闭合电路欧姆定律制成的。欧姆表内部电路如图所示，由表头 G、 电源、调零电阻 R1(一个可变电阻)三者串联而成。在欧姆表外部，红、黑表笔间 接上被测电阻后，就与欧姆表内部电路一起组成了闭合电路。 2.欧姆表原理 (1)欧姆表测量电阻的理论根据是闭合电路欧姆定律，所以通过表头的电流为 I E RxR1Rgr，Rx 与电流 I 一一对应，故可以将表盘上的电流值改为电阻值，就 可以从表盘上直接读出电阻的数值，这样就制成了一个欧姆表(如图丙)。其中， R1叫调零电阻，R1Rgr 为欧姆表的内阻。 (2)当红、黑表笔断开时(如图乙)，电流表中电流为零，此时表笔间电阻无穷大， 所以在表盘上电流为零处标电
3、阻“”；当红、黑表笔短接时(如图甲)，调节欧 姆调零电阻，使电流表指针满偏，所以在电流满偏处标电阻“0”。 (3)I 与 Rx不是线性关系，欧姆表的刻度不均匀。 (4)欧姆表指针偏角(偏角是指相对零电流位置或左端的“”刻度而言的)越大， 表明被测电阻越小。 (5)中值电阻：当外加电阻 RxrRgR1时，电流为 I E RxRRgr 1 2Ig，此时 电流表指针指在刻度盘的中央，该电阻叫中值电阻。 3.多用电表的外部结构 指针式多用电表 如图所示是一种指针式多用电表外形图，表的上半部分为表盘，下半部分是选择 开关，开关周围标有测量功能的区域及量程。表盘上还有机械调零旋钮、欧姆调 零旋钮红黑表笔插
4、孔等。 二、多用电表的读数 1.五分估读：如图所示，在测量直流电压时，若选择开关对应的量程为 2.5 V，看 第二排刻度线，由此量程可确定刻度每大格值为 0.5 V，每小格值为 0.05 V，即测 量精度为 0.05 V。读数时要估读到分度值的五分之一，也就是由指针位置可读得 电压准确值为 2.1 V，估读值为小格值的2 5，即 0.02 V 所以电压测量值为 2.12 V。 电压示数 2.二分估读：如图所示，在测量直流电流时，若选择开关对应的量程为 100 mA， 看第二排刻度线，由此量程可确定刻度每大格值为 20 mA，每小格值为 2 mA，即 测量精度为 2 mA。 读数时要估读到测量精
5、度的二分之一， 这时要求“半格估读”， 即不足半格的略去，超过半格的要按半格读出或整格读出。图中指针位置接近 92 mA，所以电流测量值为 92 mA。 电流示数 3.十分估读：在测量电阻时，若选择倍率“10”指针位置如图所示，看第一排 刻度线，由刻度 1015 有 5 小格，可确定每小格值为 1，读数时要估读到分度值 的十分之一，由图中指针位置可读得刻度值为 10.6，倍率为“10”，电阻测量 值为 106 。 电阻示数 三、用多用电表测量电学量 1.实验目的 (1)用多用电表测量电路元件的电压值。 (2)用多用电表测量电路元件的电流值。 (3)用多用电表测量电阻的电阻值。 2.实验器材 多
6、用电表、不同阻值的电阻、学生电源、小灯泡、滑动变阻器、开关、导线等。 3.实验原理与设计 如图是一种测量直流电流、电压和电阻的多用电表原理示意图。 (1)当选择开关拨至触点 1 或 2，表头与电阻并联，所以 1、2 为电流挡，由于并联 阻值的大小不同，量程也不同，1 的量程较大。 (2)当选择开关拨至触点 3 或 4 时，表头与电阻串联，所以 3、4 为电压挡。由于 串联阻值的大小不同，量程也不同。 (3)当选择开关拨至触点 5 时，接通内部电源，此时为欧姆挡。 4.实验步骤 (1)用多用电表测量电路元件的电压值 观察多用电表指针是否在零刻度，若不在零刻度，则用螺丝刀转动机械调零旋 钮，使指针
7、停于左端零刻度。 用直流电源对小灯泡正常供电。根据待测电压的估计值，将选择开关旋转到直 流电压挡的适当量程。 将红、黑表笔分别插入“” 、 “”插孔，用红、黑表笔使多用电表并联在小 灯泡两端，注意使电流从“”插孔流入多用电表，从“”插孔流出多用电表， 检查无误后再闭合开关 S，如图所示。 测量直流电压 根据所选量程以及指针所指的刻度值，读出多用电表的示数。 (2)用多用电表测量通过电路元件的电流值 根据待测电流的估计值(未知时，从最大量程试测)。将选择开关旋转到直流电 流挡的适当量程。 将红、黑表笔分别插入“” 、 “”插孔，将多用电表串联在电路中，使电流 从红表笔流入多用电表，从黑表笔流出。
8、检查无误后再闭合开关 S，如图所示。 测量直流电流 根据所选量程以及指针所指的刻度值，读出多用电表的示数。 (3)用多用电表测量电阻的电阻值 检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的“0”刻度线处。若不指“0”，可用 小螺丝刀转动指针定位螺丝进行机械调零。 将红、黑表笔分别插入“”“”插孔。 根据被测电阻阻值，选择合适的倍率，把两表笔短接，观察指针是否指在电阻 挡的“0”刻度位置，若没有，则调节欧姆调零旋钮，使指针指在电阻挡的“0”刻度 位置也叫欧姆调零。 将被测电阻接在两表笔之间，如果指针偏角过小(大)，需要更换更大(小)倍率欧 姆挡。 待指针稳定在表盘中央刻度附近后，读出指针在刻度盘上所指
9、的欧姆数，根据 选择开关所对应的电阻挡的倍率，用欧姆数乘以倍率，即得测量结果。 重复，测量下一个电阻。 测量完毕，应将选择开关置于“OFF”位置或交流电压最高挡；若长期不用，应 取出电池。 5.注意事项 (1)在不知道待测电阻的估计值时，应先从高倍率开始。 (2)两手一定不要同时接触两表笔金属杆。 (3)指针稳定时指表盘刻度中央附近较准，应选用合适挡位，每次换挡后再次测量 前必须重新欧姆调零。 (4)测量时必须将待测电阻与电源和其他元件断开，使红、黑表笔分别与电阻两端 接触良好。 试题案例 一、欧姆表原理 例 1 如图所示是把量程为 3 mA 的电流表改装成欧姆表的结构示意图，其中电 池的电动
10、势 E1.5 V，经改装后，若将原电流表 3 mA 刻度处的刻度值定为零位 置，则 2 mA 刻度处应标的阻值是多少？当用它测量某电阻时，指针恰好指在中 间位置，被测电阻为多少？ 解析 由 Ig E R内，得 R 内E Ig 1.5 310 3 500 。 由2 3Ig E R内R1，得 R1 3E 2IgR 内250 。 指针指在中间位置， 流过电流表的电流为1 2Ig， 则 Ig 2 E R内R2， 解得 R2R 内500 。 答案 250 500 方法凝炼 欧姆表的改装实质 用均匀的电流反映不均匀的电阻，抓住欧姆调零的电流表达式和测任意电阻时电 流的表达式，进行联立求解，可以求出 Rx(
11、即表盘刻度数值)。 针对训练 1 把一量程 6 mA、内阻 100 的电流表改装成欧姆表，电路如图所 示，现备有如下器材：A.电源 E3 V(内阻不计)；B.变阻器 0100 ；C.变阻器 0500 ；D.红表笔；E.黑表笔。 (1)变阻器选用_。 (2)红表笔接_端，黑表笔接_端。 (3)电流表 2 mA 刻度处换成电阻刻度，其电阻值应为_；电流表 3 mA 刻 度处换成电阻刻度，其电阻值应为_。 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 RgR0，解 得 R0400 ，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
12、端，黑 表笔接 M 端。 (3)电流 I2 mA 时，有 I E RgR0Rx， 解得 Rx1 000 。 电流 I3 mA 时，I E RgR0Rx，解得 Rx500 。 答案 (1)C (2)N M (3)1 000 500 二、多用表的使用 例 2 (多选)如图所示是简化的多用电表的电路图。选择开关 S 与不同接点连接， 就组成不同的电表，已知 R3R4，下面是几位同学对这一问题的议论，请你判断 下列说法正确的是( ) A.S 与 1 或 2 连接时，多用电表就成了电流表，且前者量程较大 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
13、，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 解析 S 与 1 连接时，电阻 R1起分流作用，S 与 2 连接时，电阻 R1R2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，表头与分压电阻串联，多用电表就成了 电压表，由于 R3R4，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，选项 A、D 正确。 答案 AD 针对训练 2 图(a)为某同学组装完成的简易多用电表的电路图。图中 E 是电池； R1、R2、R3、R4
14、和 R5是固定电阻，R6是可变电阻；表头的满偏电流为 250 A， 内阻为 480 。虚线方框内为换挡开关，A 端和 B 端分别与两表笔相连。该多用 电表有 5 个挡位，5 个挡位为：直流电压 1 V 挡和 5 V 挡，直流电流 1 mA 挡和 2.5 mA 挡，欧姆100 挡。 图(a) (1)图(a)中的 A 端与_(填“红”或“黑”)色表笔相连接。 (2)关于 R6的使用，下列说法正确的是_(填正确答案标号)。 A.在使用多用电表之前，调整 R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置 B.使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整 R6，使电表指针指在表盘右端电阻“0” 位置 C.使用电流挡时，调
15、整 R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置 (3)根据题给条件可得 R1R2_ ，R4_ 。 (4)某次测量时该多用电表指针位置如图(b)所示。若此时 B 端是与“1”相连的，则 多用电表读数为_；若此时 B 端是与“3”相连的，则读数为_；若此 时 B 端是与“5”相连的，则读数为_。(结果均保留 3 位有效数字) 图(b) 解析 (1)为了确保电流“红”进“黑”出，A 端应与“黑”色表笔相连接。 (2)R6应是欧姆挡的欧姆调零电阻，故 B 项正确。 (3)当换挡开关接 2 时，为直流电流 1 mA 挡，满足 IgRg(IIg)(R1R2)，得 R1 R2160 。 当换挡开关接 4
16、时，为直流电压 1 V 挡，则满足 UI(R 并R4)，R并 Rg（R1R2） Rg（R1R2）120 ，得 R4880 。 (4)若 B 端与“1”相连，则为直流电流 2.5 mA 挡，由1 5估读法可得读数为 1.48 mA。 若 B 端与“3”相连，则为欧姆100 挡，可得读数为 1.1103 。若 B 端与“5” 相连，则为直流电压 5 V 挡，可得读数为 2.96 V。 答案 (1)黑 (2)B (3)160 880 (4)1.48 mA 1.1103 2.96 V 1.(多用电表的认识)关于欧姆表及其使用中的问题，下列说法正确的是( ) A.接欧姆表内电源负极的应是黑表笔 B.换挡
17、后，都要重新调节调零电阻，使指针指到电阻零刻度处 C.表盘刻度最左边所表示的电阻阻值为零 D.表盘上所标明的电阻阻值刻度是均匀的 解析 欧姆表内部有电源，与被测电阻组成了闭合回路，为保证电流方向正确， 则应是红表笔接内置电源负极，A 错误；每次换挡后都必须重新进行短接调零， B 正确；表盘刻度最左边表示电流为零，而电阻阻值则为无穷大，C 错误；电流 I E R内Rx，I 与 Rx 不是线性关系，所以刻度盘上的刻度是不均匀的，左边密右边 疏，D 错误。 答案 B 2.(多用电表的认识)(多选)关于多用电表表盘上的刻度线，下列说法正确的是 ( ) A.直流电流刻度线和直流电压刻度线都是均匀的，可以
18、共用一刻度 B.电阻刻度是不均匀的 C.电阻刻度上零刻度与直流电流的最大刻度线相对应 D.电阻刻度上的零刻度与直流电流的最大刻度线不对应 解析 直流电流刻度线和直流电压刻度线都是均匀的，可以共用一刻度，故 A 正 确；由 I E R内Rx，故电阻的刻度线是不均匀的，刻度值越大处刻度线越密，故 B 正确；多用表的电阻刻度线大小与电流、电压的刻度线大小相反，电流最大处， 电阻为 0。故 C 正确，D 错误。 答案 ABC 3.(欧姆表的工作原理)如图是一个将电流表改装成欧姆表的电路示意图， 欧姆表进 行调零后，表内滑动变阻器的阻值为 R，定值电阻为 R0，其余电阻忽略不计，对 未知电阻 Rx进行测量，指针偏转至满刻度一半处，则未知电阻 Rx的阻值为( ) A.RR0 B.2RR0 C.RR0 D.4R 解析 设电动势为 E，满偏电流为 Ig，欧姆表调零即待测电阻为零，此时由闭合 电路欧姆定律有 Ig E RR0， 对未知电阻 Rx 进行测量， 指针偏转至满刻度一半处， 由闭合电路欧姆定律得1 2Ig E RxRR0，解得 RxRR0，A 正确。 答案 A
