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2.2 实验：练习使用多用电表
学习目标 1.通过任务1及其活动,认识多用电表,了解多用电表的测量功能,初步了解多用电表的原理。(物理观念、科学思维) 2.通过任务2及其活动,经历用多用电表测量电压、电流和电阻的过程,学会多用电表的使用方法。(科学探究) 3.通过任务3及其活动,知道用多用电表测二极管的正、反向电阻的方法。(科学探究)
【自主预习】
　　重点难点:正确、规范使用多用电表测量电压、电流及电阻。
教学建议:本节是学生分组实验课,教师先介绍多用电表的表盘和功能区域,然后介绍如何正确使用各个功能进行测量,包括调零、选挡、连接及使用后如何复位,本节重点是认识和使用多用电表,学习正确操作,对于多用电表的原理可以作为学生的拓展学习,适当加以引导。
导入新课:多用电表主要用来测量电压、电流和电阻等,那么测量电路的电压、电流和电阻时,该如何正确使用多用电表呢
思考并回答问题。
思考1:在用多用电表测电压、电流时,如何正确选择合适量程
【提示】 测量过程指针偏转在表盘刻度的~处。
思考2:在用多用电表测电阻时,电阻大小和挡位倍率的关系是怎样的 每更换一次挡位需要重新调零吗
【提示】 测量电阻阻值=表度刻度×倍率。每更换一次挡位都需要重新调零。
正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)多用电表的所有刻度线都是均匀分布的。 (　　)
(2)用多用电表测电阻时,选择欧姆挡后首先应该将两表笔短接,进行欧姆调零。 (　　)
(3)多用电表的指针张角越大,被测电阻越大。 (　　)
(4)多用电表只能测直流电压,不能测交流电压。 (　　)
(5)用多用电表无论是测电压、测电流还是测电阻时,电流都是从红表笔流入电表。 (　　)
【答案】(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　
【合作探究】
任务1 认识多用电表
　　图1是一种指针式多用电表的外形图,表的上半部分为表盘,下半部分为选择开关,开关的周围标有测量功能区域及量程、挡位;图2是数字式多用电表,其测量值以数字形式直接显示,使用更方便。请仔细观察,了解其表盘刻度特征和挡位特征,回答下列问题。
1.说说其指针定位螺丝和欧姆调零旋钮的作用,不使用时选择开关应该放在什么位置
【解答】 使用之前如果指针不是指到零刻度,应该调整“指针定位螺丝”;使用欧姆挡测电阻之前要先选择合适的挡位,再调节“欧姆调零旋钮”,使指针达到满偏,即0 Ω位置。不使用时选择开关应该放在“OFF”位置。
2.如图1所示,多用电表的表面分为上、下两部分,上半部分为表盘,共有三条刻度线。这三条刻度线的意义分别是什么 每条刻度的特点分别是什么
【解答】 最上面的刻度线的左端标有“∞”,右端标有“0”,是用于测电阻的,其刻度是不均匀分布的;中间的刻度线是用于测直流电流、直流电压和交流电压的,其刻度是均匀分布的;最下面一条刻度线左侧标有“”,是用于测2.5 V以下交流电压的,其刻度是不均匀的。
3.选择开关所指的位置的意义分别是什么
【解答】 多用电表表面的下半部分为选择开关,周围标有测量功能的区域和量程。将多用电表的选择开关旋转到电流挡,多用电表就能测量电流;将选择开关旋转到其他功能区域时,就可以测量相应的物理量。
1.一种多用电表外形图如图所示,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。将选择开关旋转到电流挡,多用电表内的①　　　　　　就被接通;选择开关旋转到电压挡或电阻挡,表内的②　　　　　　或③　　　　　　就被接通。使用前应调整“指针定位螺丝”,使指针指到④　　　　　　。在不使用多用电表时,应将旋转开关旋到⑤　　　　　　挡或⑥　　　　　　最高挡。若长期不使用,应将电池取出。
2.多用电表的示数:欧姆挡都适用最上面一行刻度,把示数乘以所选择的⑦　　　,就是测量值;选择2.5 V交流电压挡时,适用最下面一行刻度,直流电流、⑧　　　　及⑨　　　　挡,均适用中间一行刻度。
3.多用电表不仅有指针式的,也有数字式的,数字多用电表的测量值以⑩　　　　　　形式直接显示,使用方便。
【答案】①电流表电路　②电压表电路　③欧姆表电路　④零刻度　⑤OFF　⑥交流电压　⑦倍率　⑧直流电压　⑨交流电压　⑩数字
应用1　多用电表的读数
多用电表的刻度盘如图所示。若选用倍率为“×100”的欧姆挡测电阻,表针指示如图所示,则:
(1)所测电阻的阻值为　　　　　　Ω;如果要用此多用电表测量一个阻值约为2.0×104 Ω的电阻,为了使测量结果比较精确,应选用的欧姆挡是　　　　　　(选填“×10”“×100”或“×1 k”)。
(2)用此多用电表进行测量,当选用量程为50 mA的直流电流挡测量电流时,表针位于图示位置,则所测电流为　　　　　　mA;当选用量程为250 mA的直流电流挡测量电流时,表针指于图示位置,则所测电流为　　　　　　mA。
(3)当选用量程为10 V的直流电压挡测量电压时,表针也位于图示位置,则所测电压为　　V。
【答案】(1)1.5×103　×1k　(2)30.0(29.8~30.2均正确)　150(149~151均正确)　(3)6.0(5.9~6.1均正确)
【解析】 (1)欧姆表读数:对应最上一行刻度值,示数为15.0,倍率为“×100”,读数为1.5×103 Ω;测2.0×104 Ω的电阻时应选“×1k”的欧姆挡。
(2)选用量程为50 mA的直流电流挡测量电流,则每一小格表示1 mA,测量的精确度为1 mA,应估读到0.1 mA(此时为估读),表针对应的读数为30.0 mA;选用量程为250 mA的直流电流挡测量电流,则每一小格表示5 mA,测量的精确度为5 mA,应估读到1 mA(此时为估读),表针对应的读数为150 mA。
(3)选用量程为10 V的直流电压挡测量电压,则每一小格表示0.2 V,测量的精确度为0.2 V,应估读到0.1 V(此时为估读),表针对应的读数为6.0 V。
归纳总结 机械式多用电表读数 1.利用欧姆挡测量电阻的读数:测量值=示数×倍率(示数在表盘最上端的刻度线读取)。 欧姆表刻度不均匀,尤其是指针在“0 Ω”附近和“∞”附近,很难比较正确的读出被测电阻的阻值。在中央刻度附近时,指针偏转角φ与Rx的关系近似成正比,刻度比较均匀,测量时一定要选择合适的倍率,尽可能使指针指到中央刻度附近。若选好倍率并进行测量时,指针偏转较小,说明电阻较大,应调整倍率至较高挡位。反之,应调整倍率至较低挡位。 2.电流、电压的读数:直流电流和直流电压刻度是均匀的,读数时共用,但需按比例计算,如取5 mA量程读数时可利用满刻度数值为“50”的刻度线,只是“50”相当于“5 mA”。在选取正确刻度线读数后,根据电流表、电压表的读数规则读数即可。
应用2　电压表与电流表的改装
有一个电流表,内阻Rg=30 Ω,满偏电流Ig=1 mA。
(1)要把它改装为量程为0~3 V的电压表,要串联多大的电阻 改装后的电压表内阻为多大
(2)要把该表改装成量程为0~0.6 A的电流表,要并联多大的电阻
【解答】 (1)由题可知,若将表头改装为电压表,则改装原理如图所示
有UV=Ig(Rg+Rx)
　　解得Rx=2970 Ω
改装后的电压表的总电阻R=Rg+Rx=3000 Ω。
(2)根据欧姆定律得满偏电压Ug=IgRg=1×10-3×30 V=3×10-2 V。
如图,把一个定值电阻R与表头并联,R两端的最大电压与表头的满偏电压相同,都是3×10-2 V,此时R需要分担的电流IR=IA-Ig=0.6 A-1×10-3 A=0.599 A,根据欧姆定律,电阻R== Ω≈0.050 Ω。
任务2 用多用电表测量电学物理量
　　多用电表共用一个表头,可以测量交流电压、交流电流、直流电压、直流电流及导体的电阻,应用两支表笔接触测量,非常简单、方便,进行实验前思考、回答下列问题。
1.在使用多用电表测直流电压和直流电流时应如何插表笔 电流怎样流进、流出 测电阻时电流怎样流进、流出
【解答】 表的盘面上的“+”“-”插孔表示直流电流挡、直流电压挡的正、负接线柱。因此,不管测什么值,首先将红表笔插入“+”插孔,将黑表笔插入“-”插孔。用直流电流挡、直流电压挡时,电流从红表笔流入,从黑表笔流出。当测电阻时,电流也是从红表笔流入,从黑表笔流出。
2.结合表中的情况,请分析如何更换挡位能更精确地测量电阻。
电阻 挡位 现象 更换后 的挡位
R1 ×100 指针偏角太小,示数　　　　　　 　　　　　　
R2 ×100 指针偏角太大,示数　　　　　　 　　　　　　
【解答】
电阻 挡位 现象 更换后的 挡位
R1 ×100 指针偏角太小,示数　　　　　　 　　　　　　
R2 ×100 指针偏角太大,示数　　　　　　 　　　　　　
3.在使用多用电表测电阻时,应按什么样的步骤操作
【解答】
1.利用多用电表测量电压
先将多用电表的选择开关旋至直流　　　　　　,选择的量程应该　　　　　　被测电压的估计值,测量时用两支表笔分别接触被测电路两端的接线柱,并使红表笔接触点的电势比黑表笔　　　　　　
2.利用多用电表测量电流
先将多用电表的选择开关旋至直流　　　　　　,选择的量程应该　　　　　　被测电流的估计值,把多用电表　　　　　　在电路中,注意使电流从　　　　　　表笔流入电表。
3.利用多用电表测量电阻
先选择适当倍率的欧姆挡(使测量时表针落在刻度盘的　　　　　　区域),再将两支表笔直接接触,调整　　　　　　,使指针指在　　　　　　刻度线,改变不同倍率的欧姆挡后必须　　　　　　这项操作。
【答案】电压挡　大于　高　电流挡　大于　串联　红　中间　欧姆调零旋钮　0 Ω　重复
应用1　多用电表的使用规范
(改编)多用电表是电流表、电压表、欧姆表共用一个表头组装而成的。对此,下列说法正确的是 (　　)
A.无论作电压表、电流表还是欧姆表使用,都需要内部电池工作
B.无论作电压表、电流表还是欧姆表使用,红表笔的电势总是高于黑表笔的电势
C.无论作电压表、电流表还是欧姆表使用,电流总是从正接线柱流入,从负接线柱流出
D.测电阻时,若选择“×10”挡并调零后,将两表笔与待测电阻相连,发现电表指针偏转角度太大,则应换用“×100”挡,欧姆调零后再测
【答案】C
【解析】 多用电表作欧姆表使用时,才需要内部电池工作,A项错误;无论作电压表、电流表还是欧姆表使用,电流总是从正接线柱流入,从负接线柱流出,C项正确;测电流、电压时,红表笔的电势高于黑表笔的电势,而测电阻时,红表笔的电势低于黑表笔的电势,B项错误;测电阻时要选择适当的挡位,使电表的指针指在刻度盘的中央刻度附近,电表指针偏转角度太大,说明选用的倍率偏大,应换小倍率,D项错误。
归纳总结 　　多用电表测电压、电流和电阻的注意事项 　　(1)使用前要机械调零。 　　(2)电流都是从红表笔流入,从黑表笔流出。 　　(3)测电阻时注意: ①测电阻必须把待测电阻隔离。 ②牢记两个调零过程,切记换挡之后需进行欧姆调零。 ③合理选择量程,使指针尽可能指在中值附近。 ④读数时应乘以相应的倍率。
应用2　利用多用电表检查电路故障
(多选)在如图所示的电路中,闭合开关时,灯不亮,已经确定是灯泡断路或短路引起的,在不能拆开电路的情况下(开关可闭合,可断开),现用一个多用电表的直流电压挡、直流电流挡和欧姆挡分别对故障电路做了如下检查并做出判断(如表所示):
次序 操作步骤 现象和结论
1 闭合开关,选直流电压挡,红、黑表笔分别接a、b 指针偏转,灯断路;指针不偏转,灯短路
2 闭合开关,选直流电流挡,红、黑表笔分别接a、b 指针偏转,灯断路;指针不偏转,灯短路
3 闭合开关,选欧姆挡,红、黑表笔分别接a、b 指针不动,灯断路;指针偏转,灯短路
4 断开开关,选欧姆挡,红、黑表笔分别接a、b 指针不动,灯断路;指针偏转最大,灯短路
以上操作和判断均正确的是 (　　)
A.1　　　　　B.2　　　　　C.3　　　　　D.4
用多用电表测电阻时,开关能闭合吗
【提示】 不能。
【答案】AD
【解析】 选直流电压挡时,红、黑表笔分别接高、低电势点,若指针偏转,说明a、b两点有电压,其他地方完好而a、b之间有断路;若指针不偏转,说明a、b两点电势相等,a、b之间必短路,1正确。选直流电流挡时,由于电流表内阻很小,当灯属于断路故障时,电路中电流可能较大,因此可能烧坏电流表或电源等,故一般不选用电流挡进行故障检测,2错误。选欧姆挡时,必须将外电路电源断开,若指针偏转,说明欧姆表短接,灯泡短路,若指针不偏转,说明欧姆表和灯泡没有构成闭合回路,灯泡断路,故3错误,4正确,即A、D两项正确。
归纳总结 　　电路故障检测判断方法 (1)判断电路故障常用多用电表的电压挡,因为操作既简便又安全,但要注意量程的选取。可分以下三种情况做出判断: ①如果电压表读数为零,说明可能在和电压表并联的路段之外有断路,或该并联路段内有短路。 ②如果电压表有示数,说明在和电压表并联的电路之外无断路或该并联路段内无短路。 ③如果电压表示数等于电源电动势——可能和电压表并联的电路间有断路,而该并联路段之外的电路无断路。 (2)若用电流表判断,则必须确定电流的最大值不能超出电流表的量程,否则会损害电流表或电源等。 (3)利用欧姆挡检测时要谨慎,必须在确认无电源的情况下使用,而且要将待测元件与电路断开。
任务3 判断二极管的正负极
　　二极管是一种常见的半导体元件,如图1所示,其符号如图2所示,具有正、负两个电极,是一种具有单向传导电流性能的电子器件,广泛用于整流电路、检波电路、稳压电路及各种调制电路。
图1　　　　　　　　　　　　图2
1.如图1所示,如果把黑、红表笔对应接触二极管的正、负极,流过二极管的电流方向是怎样的 如图2所示,如果把黑、红表笔对应接触二极管的负、正极,流过二极管的电流方向是怎样的
【解答】 由于电流从多用电表黑表笔流出,红表笔流入,所以如果把黑、红表笔对应接触二极管的正、负极,电流从正极流入二极管,从负极流出;如果把黑、红表笔对应接触二极管的负、正极,则电流从负极流入二极管,从正极流出,如图甲、乙所示。
2.把选择开关旋至低倍率的欧姆挡,进行欧姆调零后,把黑、红表笔对应接触二极管的正、负极,读出其正向电阻值;再把选择开关旋至高倍率欧姆挡,重新进行欧姆调零后,把黑、红表笔对应接触二极管的负、正极,读出其反向电阻值。可以得出什么结论
【解答】 测量发现二极管的正向电阻值很小,而反向电阻值远大于其正向电阻值。
　　利用多用电表测量二极管的正、反向电阻
　　(1)二极管具有　　　　　　导电性,其特点是电流从　　　　　　流入时电阻比较小,从　　　　　　流入时电阻比较大。
　　(2)欧姆表中的电流方向为从 　　　　表笔流出,经过被测电阻,从 　　　　表笔流入。
【答案】单向　正极　负极　(2)黑　红
问题讨论
实验桌上放着晶体二极管、电阻、电容器各一只,性能均正常,外形十分相似,现将多用电表选择开关拨到欧姆挡,并进行欧姆调零后:测甲元件时,正、反电阻相等;测乙元件时,正向电阻很小,反向电阻很大;测丙元件时,开始指针偏转到某位置,接着读数逐渐增加,最后停在表盘最左端。甲、乙、丙各是什么元件
【提示】 甲、乙、丙分别是电阻、晶体二极管、电容器。
应用　使用多用电表探索电学黑箱
一个“黑盒子”表面有a、b、c三个接线柱,盒内总共有两个电学元件,每两个接线柱之间只可能连接一个元件。为了探明盒内元件的种类及连接方式,某位同学用多用电表进行了如下探测:
第一步:用电压挡,对任意两个接线柱正、反向测量,指针均不发生偏转;
第二步:用欧姆挡的“×100”挡,对任意两个接线柱正、反向测量,指针偏转情况如图1所示。
图1
图2　　　　　　　　　　图3
(1)第一步测量结果表明盒内无　　　　　　。
(2)图2是图1(1)和(2)中欧姆表指针所处的位置,其对应的阻值是　　　　　　Ω;图3是图1(3)中欧姆表指针所处的位置,其对应的阻值是　　　　　　Ω。
(3)在图4的接线柱间,用电路符号画出盒内的元件及连接情况。
图4
该黑箱中是否含有电源与二极管
【提示】 不含电源但含有二极管。
【答案】(1)电源　(2)1200　(3)500
【解析】 (1)由用电压挡对任意两个接线柱正、反向测量,指针均不发生偏转,知盒内无电源。
(2)图2表盘示数为12.0 Ω,由于倍率为“×100”,所以阻值为1200 Ω。图3表盘示数为5.0 Ω,倍率为“×100”,所以阻值为500 Ω。
(3)由第一步操作知,盒内无电源。第二步操作中,因b、c间正、反向(交换表笔)测量电阻值不变,故b、c间为定值电阻;因a、c间正、反向测量示数有变化,可推知其间有二极管,且二极管正向阻值小,反向阻值为∞,故c端接二极管正极。又a、b间正向测量的示数分别大于ac、bc间(正向)测量的示数,反向测量为∞。因盒内只有两个电学元件,所以只能a、c间为二极管,b、c间为电阻。两个元件连接情况如图所示。
归纳总结 1.探索黑箱时首先要用直流电压挡判断黑箱内有没有电源,没有电源后再用欧姆挡测量各个接线柱之间的正反向电阻,再根据测量电阻情况推测黑箱内部的组成。 2.各元件的判断方法 判断元件应用挡位现象电源电压挡两接线柱正、反接时均无示数,说明无电源电阻欧姆挡两接线柱正、反接时示数相同二极管欧姆挡正接时示数很小,反接时示数很大电容器欧姆挡指针先指“0 Ω”后逐渐增大到“∞”,且越来越慢
【随堂检测】
1.(任务1)某次测量时,多用电表的指针位置如图所示。
(1)若选用倍率为“×100”的欧姆挡测电阻,则测量结果为　　　　　　Ω。
(2)若选用量程为50 mA的直流电流挡测电流,则测量结果为　　　　　　mA。
(3)若选用量程为10 V的直流电压挡测电压,则测量结果为　　　　　　V。
【答案】(1)6.7×102(6.6×102~6.8×102均可)　(2)34.6(34.5~34.8均可)　(3)6.8(6.7~6.9均可)
【解析】 (1)若选用倍率为“×100”的欧姆挡测电阻,则应该使用刻度盘最上排刻度并乘以100,指针所在的位置为6.7,所以示数为6.7×102 Ω。
(2)若选用量程为50 mA的直流电流挡测电流,则使用中间0~50的刻度,指针所在的位置为34.6 mA。
(3)若选用量程为10 V的直流电压挡测电压,则选择中间0~10的刻度,指针所在位置为6.8 V,注意不能估读为6.85 V。
2.(任务1)如图所示,图1和图2两个电路都是由一个灵敏电流计和一个变阻器R组成的,它们中一个是测电压的电压表,另一个是测电流的电流表,下列结论正确的是 (　　)
图1　　　　　　　图2
A.图1所示是电流表,R增大时量程增大
B.图1所示是电流表,R增大时量程减小
C.图2所示是电压表,R增大时量程减小
D.图2所示是电压表,R增大时量程不变
【答案】B
【解析】 电压表中电阻分压(串联),电流表中电阻分流(并联)。所以图1为电流表,图2为电压表,并联电路中电阻大时分流少,所以R增大时电流表量程减小,A项错误,B项正确;串联电路电阻大时分压多,所以R增大时电压表量程增大,C、D两项错误。
3.(任务2)在如图所示的电路中,1、2、3、4、5、6为连接点的标号。在开关闭合后,发现小灯泡不亮。现用多用电表检查电路故障,需要检测的有:电源、开关、小灯泡、3根导线以及电路中的各连接点。
(1)为了检测小灯泡以及3根导线,在连接点1、2已接好的情况下,应当选用多用电表的　　　　　　
挡。在连接点1、2同时断开的情况下,应当选用多用电表的　　　　　　挡。
(2)在开关闭合的情况下,若测得5、6两点间的电压接近电源的电压,则表明　　　　　　可能有故障。
(3)将小灯泡拆离电路,写出用多用电表检测该小灯泡是否有故障的具体步骤:　　　　　　。
【答案】(1)D　(2)1300　(3)a　(4)c
【解析】 (1)用多用电表欧姆挡测电阻时必须将待测元件从电路中断开,在连接点1、2已接好的情况下,应选用多用电表的直流电压挡测量各器材两端的电压;在连接点1、2同时断开时,可以用欧姆挡进行测量。
(2)在开关闭合时,若测得5、6两点间电压接近电源的电压,可知开关或连接点5、6出现故障。
(3)把小灯泡拆离电路后,检测小灯泡是否有故障可用多用电表的欧姆挡调零后进行测量,如果电阻无穷大,说明灯泡断路,如果电阻为零,说明灯泡短路。
4.(任务3)用发光二极管制成的LED灯具有发光效率高、使用寿命长等优点,在生产与生活中得到广泛应用。发光二极管具有单向导电性,正、反向电阻相差较大的特点。
(1)某同学先用如图1所示的多用电表来判断发光二极管的正、负极,下列操作正确的是　　　　　　。
A.测量前应旋动部件T,使指针对准电流的“0”刻线
B.测量电阻时,将K旋转到适当倍率的欧姆挡,然后将两表笔短接,旋动部件S,使指针对准电阻的“0”刻度线
C.为了使表笔与二极管两端接触良好,应采用如图2所示的操作,用手指将两表笔与待测二极管的两端压紧进行测量
D.测量时,若发现指针偏转角度过小(此时旋钮K指在“×100”),为了得到比较准确的测量结果,将K旋转到欧姆挡“×1k”的位置
(2)该同学使用多用电表欧姆挡的“×100”挡来测量二极管的正、反向电阻,将红、黑表笔分别与二极管“长脚”和“短脚”接触时,发现指针几乎不动。调换接触脚后,指针偏转情况如图3所示,由图3可读出此时二极管的正向阻值为　　　　　　Ω。
(3)该同学设计了如图4所示的电路测量发光二极管的正向电阻,则发光二极管的“短脚”应与图4中　　　　　　(选填“a”或“b”)端连接。
(4)按图4的电路图将图5中的实物图连线补充完整。该同学在开关闭合之前,应将滑动变阻器的滑片滑至　　　　　　(选填“c”或“d”)端。
【答案】(1)D　(2)1300　(3)a　(4)c
【解析】 (1)测量前应旋动部件S,使指针对准电流的“0”刻度线,A项错误;测量电阻时,将K旋转到适当倍率的电阻挡,然后将两表笔短接,旋动部件T,使指针对准电阻的“0”刻度线,B项错误;测量时,人手不应该与二极管的金属部分接触,C项错误;测量时,若发现指针偏转角度过小(此时旋钮K指在“×100”),为了得到比较准确的测量结果,将K旋转到欧姆挡“×1k”的位置,D项正确。
(2) 此时二极管的正向阻值为13.0×100 Ω=1300 Ω。
(3)二极管的“长脚”为正极,故发光二极管的“短脚”应与图4中a端连接。
(4)电路连线如图;在开关闭合之前,应将滑动变阻器的滑片滑至c端。
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