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高二物理 选修3-1 第二章 直流电路 §2-7 学生实验：练习使用多用电表
§2-7 学生实验：练习使用多用电表
■学习目标：
1. 通过对欧姆表的讨论，了解欧姆表的结构和刻度特点，理解欧姆表测电阻的原理． 2．了解多用电表的基本结构，通过实验操作学会使用多用电表测电压、电流和电阻． 3．掌握多用电表测二极管的正、反向电阻，测电压及电流的方法，会用来判断电路故障． ■重点难点：欧姆表的结构原理和多用电表的使用． ■课前自主学案 ●一、认识多用电表 1．欧姆表
(1)内部构造：由电池、表头G和可变电阻R0三部分组成．
(2)原理：如图所示，当红、黑表笔分别与待测电阻两端接触时，表头将指示某一确定的刻度值I，则待测电阻为R?E??r?Rg?R0?，由I于待测电阻数值与电流表示数是一一对应的，把表头的刻度盘改为相应电阻的数值，该装置就成了欧姆表． 2．多用电表
(1)定义：将电流表、电压表和欧姆表共同使用同一表头，就组成了一个多用电表，也称为万用表．
(2)构造和使用：多用电表上半部分是表头，表头的表盘上有电流、电压、电阻等多种刻度．最下面一行是交流电压表的刻度，最上面一行是欧姆表的刻度， 这两个刻度是不均匀的，其余各种刻度都是均匀的．表头下部有一个定位螺丝，调动时可以使表头指针回到“0”刻度处．多用电表下半部中心部位是选择开关，分为直流电压（）、交流电压（）、直流电流（）、电阻（?）四个区域，每个区域又有若干个量程或倍率，供使用时选择．盘面上还有一个欧姆档的调零旋钮，下面两个插孔可插入红、黑表笔．
3．如图甲、乙所示是磁电式多用电表和数字式多用电表． ●二、练习使用多用电表 1．用多用电表测量电压 (1)测交流电压时，将选择开关旋到交流电
压挡的合适挡位上，不需要区分红黑表笔，直接并联到被测的电路上就行．
(2)测量直流电压时，把选择开关旋到直流电压的合适挡位上，必须区分红、黑表笔，红表笔插正极插孔，接的是表头的正极；黑表笔插负极插孔，接的是表头的负极．测直流电压时，红表笔的接触点的电势应比黑表笔高． 2．用多用电表测量电流
将选择开关旋到直流电流挡的合适挡位上，红、黑表笔串入电路测量直流电流时，电流应从红表笔流入电表．使用欧姆表测电阻时，红表笔接的是表内电源的负极，电流从欧姆表的黑表笔流出，经被测电阻从红表笔流入． 3．用多用电表测量电阻
(1)选挡：估测待测电阻阻值，将选择开关拨到适当倍率．
(2)调零：将红、黑两表笔的金属部分直接相连(短接)，然后调节调零旋钮，使偏转的指针恰好停在电阻挡刻度线的零刻度处． (3)测量：将红、黑表笔搭在电阻两端(电阻要和别的元件或电源断开)．读取表盘指针所指“电
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阻挡”刻度线的示数，指针所指的示数乘以选择开关所指的倍率，其值就是被测电阻阻值． 4．测量完成后，应把选择开关旋到“OFF”处或旋至交流电压的最大量程处，若长期不用，应把表内电池取出． ■核心要点突破 ●一、正确理解欧姆表测电阻的原理 1．原理如图所示．
2．刻度标注 刻度 “0 Ω” “∞ Ω” 中值电阻 “Rx”
▲特别提醒：由I＝
E可知I与Rx不成简单的反比关系，所以欧姆表刻度不均匀且越
R内＋Rx标注方法 红黑表笔相接调节调零电阻使指针满偏 被测电阻Rx＝0 红黑表笔不接触表头指针不偏转 被测电阻Rx＝∞ Rx＝r＋R＋Rg 红黑表笔接Rx E Ix＝ Rx与Ix一一对应 ?r＋R＋Rg?＋Rx标注位置 满偏电流Ig处 电流为零处 刻度盘正中央 与Rx对应电流Ix处 靠近∞大刻度越密． 即时应用1一个用满偏电流为3 mA的电流表改装成欧姆表，调零后用它测500 Ω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1 mA处，则被测电阻的阻值为( A ) A．1000 Ω B．5000 Ω C．150 Ω D．2000 Ω ●二、多用电表的测量原理 1．测直流电流和直流电压的原理
这一原理实际上是电路的分流和分压原理，按照左图，将其中的转换开关接1或者2时测直流电流；接3或4时测直流电压．转换开关接5时，测电阻． 2．多用电表电阻挡(欧姆挡)测量电阻原理
(1)原理：多用电表欧姆挡测量电阻电路原理如下图所示，当待测电阻Rx接入图示电路后形E
成了闭合电路，由闭合电路欧姆定律可知，流过表头的电流为：I＝，式中r′
R′＋r′＋r＋Rx
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是R1和R2串联后与Rg的并联等效电阻，R′是R5和R6串联等E
效电阻，此式可得Rx＝I－r－r′－R′，可见，Rx与I有着一一
对应关系，如果在刻度盘上有直接标出与Ix对应Rx的值，则就能从刻度盘上直接读出待测电阻Rx的值． (2)使用步骤
①用螺丝刀轻轻转动多用电表的机械调零旋钮(调整定位螺丝)，使指针正对零刻度(电流、电压的零刻度)．
②选挡：测电流、电压时选择合适的量程；测电阻时选择合适的倍率，以使指针指在中间1/3刻度范围． ③测电阻选用合适的倍率后，用欧姆调零旋钮进行调零(表笔直接接触，指针指右侧电阻零刻度)．
④将红黑表笔接被测电阻两端进行测量． ⑤将指针示数乘以倍率得测量值．
⑥将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡． (3)量程选择
在原理上，利用欧姆挡可测量从0～∞的电阻阻值，由于其刻度线分度的变化是非线性的，且高阻区的刻度较密，电阻值不易读准，误差大；而接近零欧姆处虽然刻度较稀，读数误差小，但乘上相应的大倍率，误差同样会变大．所以，测量时必须选择合适的挡位，使表头指针尽可能停在中心值R中的附近，一般在R中/4～4R中的刻度范围内，读数较为准确．若发现指针偏转角较小，应换大倍率的挡；反之，则换小倍率的挡． 测电压、电流时，则应使指针偏角尽可能大，这样的相对误差较小． (4)误差分析
①测量值偏大的主要原因可能是表笔与电阻两端接触欠紧而增大接触电阻，或者在连续测量过程中，表笔接触时间过长，引起多用电表内电池电动势下降，内阻增加． ②测高值电阻时测量值偏小，则可能是人体电阻并入造成的．
③欧姆表的刻度是按标准电池标出的，当电池用旧了，电动势和内阻均发生变化，由此会引起测量误差．
3．用多用电表判断二极管的正负极 (1)关于晶体二极管
晶体二极管是用半导体材料制成的，它有两个极，一个叫正极，一个叫负极．它的符号如图所示．
晶体二极管具有单向导电性(符号上的箭头表示允许电流通过的方向)．当给二极管加正向电压时，它的电阻很小，电路导通，小灯泡正常发光，如图甲所示；当给二极管加反向电压时，它的电阻很大，电路截止，小灯泡不亮，如图乙所示．
(2)测正向电阻：用多用电表的电阻挡，量程拨到“×10”的位置上，将红表笔插入“＋”插孔，黑表笔插入“－”插孔，然后两表笔短接进行电阻挡调零后，将黑表笔接触二极管的正极，红表笔接触二极管的负极，稳定后读取示数乘上倍率求出正向电阻R1.
(3)测反向电阻：将多用电表的选择开关旋至高倍率的欧姆挡(例如“×1 k”)，变换挡位之后，须再次把两表笔短接调零，将黑表笔接触二极管的负极，红表笔接触二极管的正极，稳定后读取示数乘上倍率(例如1 k)求出反向电阻R2.
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▲特别提醒：(1)测电流、电压时内部测量电路没有电源，但欧姆挡内部电路有电源，所以测电阻时，待测电阻与外部电源以及其他电阻断开，且不要用手接触表笔的金属杆． (2)不管用多用电表测什么项目，电流都是从红表笔流入，从黑表笔流出．
(3)换用欧姆挡的另一量程时，一定要重新进行“欧姆调零”，才能进行测量．
(4)指针稳定后才能读数，测电阻时表针示数乘以选择开关所指的倍数，电压、电流的读数同样要看清选择开关所选择的量程． ■课堂互动讲练 ●类型一、欧姆表的原理 例题1(2011年天津高二检测)图2－7－8所示为一简单欧姆表原理示意图，其中电流表的满偏电流Ig＝300 μA，内阻Rg＝100 Ω，可变电阻R的最大阻值为10 kΩ，电池的电动势E＝1.5 V，内阻r＝0.5 Ω，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.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Rx，其测量结果与原结果相比较____(填“变大”、“变小”或“不变”)．
【思路点拨】 欧姆表的原理是闭合电路欧姆定律，将表头刻度盘上的刻度改刻成对应的被测电阻值，就变成欧姆表的刻度盘．
【精讲精析】 当电池电动势变小、内阻变大时，欧姆表得重新调零，由于满偏电流Ig不E
变，由公式Ig＝，欧姆表内阻R内得调小，待测电阻的测量值是通过电流表的示数体现出
R内IgR内EIg来的，由I＝＝＝，可知当R内变小时，I变小，
RxR内＋RxR内＋Rx
1＋R内
指针跟原来的位置相比偏左了，欧姆表的示数变大了。【答案】 红 5 变大
【规律总结】 了解欧姆表的内部结构和原理，是解决问题的关键． 变式训练1如图为多用电表欧姆挡的原理示意图，其中电流表的满偏电流为300 μA，内阻rg＝100 Ω，调零电阻的最大值R＝50 kΩ，
串联的固定电阻R0＝50 Ω，电池电动势E＝1.5 V，用它测量电阻Rx，能准确测量的阻值范围是( B )
A．30 kΩ～80 kΩ B．3 kΩ～8 kΩ C．300 Ω～800 Ω D．30 Ω～80 Ω ●类型二、多用电表的使用 例题2(2011年高考大纲全国卷)使用多用电表测量电阻时，多用电表内部的电路可以等效为一个直流电源(一般为电池)、一个电阻和一表头相串联，两个表笔分别位于此串联电路的两端．现需要测量多用电表内电池的电动势，给定的器材有：待测多用电表，量程为60 mA的电流表，电阻箱，导线若干．实验时，将多用电表调至×1 Ω挡，调好零点；电阻箱置于适当数值．完成下列填空：
(1)仪器连线如图甲所示(a和b是多用电表的两个表笔)．若两电表均正常工作，则表笔a为___(填“红”或“黑”)色； (2)若适当调节电阻箱后，图甲中多用电表、电流表与电阻
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