第3节 科学测量：用多用电表测量电学量（课件PPT）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第三册（鲁科版）

科学测量：用多用电表测量电学量 第3节 (实验课—基于经典科学探究) 01 04 目 录 实验操作——过程、细节和反思 训练评价——巩固、迁移和发展 02 实验准备——原理、器材和装置 03 实验考法——基础、变通和创新 2 01 实验准备——原理、器材和装置 一、多用电表构造 二、实验原理 1．原理：依据闭合电路欧姆定律制成，它是由表头改装而成的。 2．内部构造：由表头、电源和可变电阻三部分组成。 02 实验操作——过程、细节和反思 一、实验步骤　 1．测量直流电压 (1)将选择开关旋转到直流电压挡。 (2)根据待测电压的估计值选择量程。如果难以估计待测电压值，应按照由大到小的顺序，先将选择开关旋转到最大量程上试测，然后根据测量出的数值，重新确定适当的量程再进行测量。 (3)测量时，用红、黑表笔使多用电表跟待测电路并联，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。 (4)根据挡位的量程以及指针所指的刻度值，读出电压表的示数。 2．测量直流电流 (1)将选择开关旋转到直流电流挡。 (2)根据待测电流的估计值选择量程。如果难以估计待测电流值，应按照由大到小的顺序，先将选择开关旋转到最大量程上试测，然后根据测量出的数值，重新确定适当的量程再进行测量。 (3)多用电表直流电流挡与电流表原理相同，测量时应使电表与待测电路串联。 (4)红表笔插入“＋”插孔，黑表笔插入“－”插孔。测量时，使电流从红表笔流入(即红表笔接与电源的正极相接的一端)，从黑表笔流出(即黑表笔接与电源负极相接的一端)，如图所示。 (5)根据挡位的量程以及指针所指的刻度值，读出电流表的示数。 3．测量导体的电阻 (1)机械调零：使用前若指针没有停在左端“0”刻度位置，要用螺丝刀转动机械调零旋钮，使指针指向零刻度。 (2)选挡：估计待测电阻的大小，旋转选择开关，使其尖端对准欧姆挡的合适倍率。 (3)欧姆调零：将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指在右端电阻零刻度处。 (4)测量读数：将两表笔分别与待测电阻的两端接触，指针示数乘以倍率即为待测电阻阻值。 (5)测另一电阻时重复(2)(3)(4)三步。 (6)实验完毕：应将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡。 二、注意事项　 1．用多用电表电压挡、电流挡测电压、电流时要注意红、黑表笔与电源的正、负极相连。 2．需要注意多用电表直流电流挡是毫安挡，不能测量比较大的电流。选择适当的量程，使指针偏转角尽量大一些，这样测量结果相对较准。 3．测电阻时应注意的问题 (1)选择挡位时，应使指针尽可能指在中央刻度线附近。选挡后要进行欧姆调零。 (2)换挡后要重新进行欧姆调零。 (3)被测电阻要与电源等其他元件分离，不能用手接触表笔的金属杆。 (4)被测电阻阻值等于指针示数乘以倍率。 (5)使用后，要将两表笔从插孔中拔出，并将选择开关旋至“OFF”挡或交流电压最高挡，若长期不用，应将电池取出。 三、误差分析　 1．电池用旧后，电源电动势会减小，内阻会变大，致使电阻测量值偏大，要及时换电池。 2．欧姆表的表盘刻度不均匀，估读时易带来误差。 3．由于欧姆表刻度的非线性，表头指针偏转过大或过小都会使误差增大，因此要选用恰当挡位，使指针指在中值附近。 4．读数时的观测易形成偶然误差，要垂直表盘正对指针读数。 1．多用电表上的“机械调零旋钮”与“欧姆调零旋钮”有什么区别？ 提示：“机械调零旋钮”是用螺丝刀调整，使指针指在电流零刻度处；“欧姆调零旋钮”是红黑表笔短接后，用手旋转，使指针指在电阻零刻度处。 2．若用多用电表测电阻时，发现指针偏角偏大，说明被测电阻是大电阻还是小电阻？如何调整倍率？ 提示：若用多用电表测电阻时，发现指针偏角偏大，说明电流偏大，被测电阻为小电阻。应换更小的倍率。 [关键点反思] 3．如图所示多用电表的选择开关没有“OFF”挡。两位同学用过这个多用电表以后，分别把选择开关放在图甲、乙所示的位置。你认为谁的习惯比较好？ 提示：甲的习惯好，因为实验完毕，应将选择开关置于“OFF”位置或交流电压最高挡，这样可以保护电表。 03 实验考法——基础、变通和创新 考法(一)　多用电表测电阻的原理 [例1]　(2023·泉州南安检测)欧姆表是在电流表的 基础上改装而成的。欧姆表内有电源，其简化电路如 图所示。设电源的电动势为E、内阻为r，电流表的电 阻为Rg，可调电阻为R1，电流表的满偏电流为Ig。 (1)测量前需将红、黑表笔短接(相当于被测电阻为0)，调节可调电阻R1使电流表满偏，根据闭合电路欧姆定律，电流表的满偏电流Ig＝________(用题目中给出的物理量表示)。 (2)此后，在红、黑表笔之间接入待测电阻Rx，电流表指针指在Ix处，由闭合电路欧姆定律可得Rx＝________(用题目中给出的物理量表示)。 (3)若电流表的满偏电流Ig＝200 mA，电源电动势E＝3 V，请把电流表的电流刻度值对应的欧姆表电阻值填在下表中。 电流刻度(mA) 0 50 100 150 200 电阻刻度(Ω) ∞ _____ 15 5 0 (4)现测量一个大约为180 Ω的电阻，需要选择开关旋转到欧姆挡________(选填“×1”、“×10”、“×100”)位置。 (3)两表笔直接相连欧姆调零时，由闭合电路欧姆定律有E＝IgR内，解得R内＝15 Ω 两表笔之间接有未知电阻Rx′时，电流表示数为Ix′＝50 mA 由闭合电路欧姆定律得E＝Ix′(R内＋Rx′)，解得Rx′＝45 Ω。 (4)指针指在表盘的中央刻度线附近时，读数较准确，由于待测电阻大约为180 Ω，而表盘中央刻度为15，所以要使指针指在中央刻度线附近，则倍率应选择“×10”。 考法(二)　多用电表的读数 [例2]　用如图甲所示的多用电表测量电阻，要用到选择开关K和两个部件S、T，请根据下列步骤完成电阻测量。 (1)旋动部件________，使指针对准电流的“0” 刻线。 (2)将K旋转到欧姆挡“×100”的位置。 (3)将插入“＋”“－”插孔的两表笔短接，旋动部件 ________，使指针对准电阻的________(选填“0刻线”或“∞刻线”)。 (4)将两表笔与待测电阻两端相接，发现指针偏转角度过小。为了得到比较准确的测量结果，请从下列选项中挑出合理的步骤，并按________的顺序进行操作，再完成读数测量。 A．将K旋转到欧姆挡“×1 k”的位置 B．将K旋转到欧姆挡“×10”的位置 C．将两表笔的金属部分与被测电阻的两根引线相接 D．将两表笔短接，旋动合适的部件，对电表进行校准 (5)如图乙所示为一多用电表表盘。 ①如果用直流10 V挡测量电压，则读数为________V； ②如果用“×100”挡测电阻，则读数为________Ω。 [解析]　(1)电表使用前要旋转机械调零旋钮S进行机械调零，使指针对准电流的0刻线。 (3)将插入“＋”“－”插孔的两表笔短接，旋动欧姆调零旋钮T，使指针对准电阻的0刻线。 (4)将两表笔与待测电阻两端相接，发现指针偏角过小，则电阻阻值较大，说明所选挡位太小，为了得到比较准确的测量结果，应换用大倍率挡进行测量，将K旋转到欧姆挡“×1 k”的位置，然后将两表笔短接，旋动合适的部件，使指针指在电阻零刻度处，再将两表笔的金属部分与被测电阻的两根引线相接，因此合理的实验步骤顺序是ADC。 (5)如果是用直流10 V挡测量电压，由图示表盘可知，其分度值为0.2 V，读数为6.6 V(或6.7 V)，如果用“×100”挡测电阻，则读数为8×100 Ω＝800 Ω。 [答案]　(1)S　(3)T　0刻线　(4)ADC (5)①6.6(或6.7)　②800 [微点拨] (1)多用电表读数时，一定要找到与所测量相对应的刻度，分清其量程及最小刻度值，用欧姆挡测量电阻阻值的示数为：读数×倍率。 (2)直流电流和电压的刻度线都是均匀的，读数时可以共用，但需按比例计算，如读取5 mA量程的电流时可利用“50”的刻度线，只是“50”相当于“5 mA”。 考法(三)　用多用电表探索黑箱内的元件 [例3]　把一只定值电阻和一只半导体二极管串联装在盒子里，盒子外面只露出三个接线柱A、B、C，如图所示，现用多用电表欧姆挡进行测量，测量的阻值如下表所示，试在虚线框内画出盒内元件的符号和电路。 红表笔 A C C B A B 黑表笔 C A B C B A 阻值 有阻值 同A、C间电阻 很大 很小 很大 接近A、C间电阻 [解析]　由于A、C间与C、A间电阻相同，所以A、C间只有定值电阻，没有二极管。C、B与B、C间电阻一个很大，另一个很小，说明C、B间有二极管，且正极与C连接。A、B间电阻很大，B、A间电阻接近A、C间电阻，说明A、B间是电阻与二极管串联，电路连接情况如图所示。 [答案]　见解析图 04 训练评价——巩固、迁移和发展 1．(2023·厦门海沧检测)电工师傅利用多用电表测量某电阻的阻值，图为多用电表的部分内部结构图及刻度盘。 (1)若选择开关S置于“1”或“2”，则选择的是______(选填“电流”或“电压”)挡，且置于________(选填“1”或“2”)时对应的量程较大； (2)将选择开关置于“3”或“4”，选择欧姆挡“×10”挡。在连入被测电阻前应先将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指向表盘________(选填“左”或“右”)端零刻度线； (3)若发现指针在位置①，应重新将选择开关置于________(选填“×1”或“×100”)挡，正确操作后，指针指在位置②，则被测电阻的阻值为________ Ω。 解析：(1)若选择开关S置于“1”或“2”，表头与电阻并联，故而改装成的是电流表，即为电流挡。开关连接“1”时分流电阻较小，根据并联电路特征可知此时总电流更大，故而量程较大。 (2)欧姆表测量电阻前要进行欧姆调零，应调节欧姆调零旋钮使指针指向表盘右端零刻度线位置即欧姆挡的零刻度线处。 (3)指针在位置①时，偏角过小，欧姆挡读数过大，此处刻度线较密导致读数误差较大，应换高倍率以增大偏角，使指针指在中值附近，故应选“×100”挡。正确操作后，指针指在位置②，刻度值为11，欧姆挡倍率为“×100”，故被测电阻的阻值为1.1×103 Ω。 答案：(1)电流　1　(2)右　(3)×100　1.10×103(或1 100) 2．(2023·福州永泰检测)小红用实验室提供的刻度尺、螺旋测微器和多用电表测量某电阻丝的电阻，电阻丝的电阻约为200 Ω。 (1)用刻度尺反复多次测量电阻丝长度，取平均值l； (2)用螺旋测微器在电阻丝的不同位置测量直径3次，取平均值d；图1是在某位同学测量时螺旋测微器的示数，该位置电阻丝直径为________ mm。 (3)用多用电表测电阻R，补全下列操作步骤且正确排序为________(填写各步骤前的字母) A．将选择开关旋至“OFF”挡并拔出表笔 B．调整机械调零旋钮，使指针指向电流零刻度 C．将两支表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针对准欧姆零点 D．测量电阻丝的电阻R，示数如图2所示，R＝________ Ω E．将选择开关旋至“Ω”挡的____(填或“×1”“×10”“×100”“×1 k”)挡 (4)实验测得该电阻丝的电阻率ρ＝________(用测得物理量的符号表示)。 解析：(2)螺旋测微器的精确值为0.01 mm，由题图1可知电阻丝直径为d＝0.5 mm＋30.8×0.01 mm＝0.808 mm。 (3)用多用电表测电阻R，应先进行机械调零，即调整机械调零旋钮，使指针指向电流零刻度；选择恰当欧姆倍率挡位，然后进行欧姆调零；接着测量待测电阻，进行读数；测量完毕后，应将选择开关旋至“OFF”挡并拔出表笔；故正确的操作步骤排序是：BECDA。因为电阻丝的电阻约为200 Ω，则将选择开关旋至“Ω”挡的×10挡；测量电阻丝的电阻R，示数如题图2所示，则电阻为R＝19×10 Ω＝190 Ω。 3．(2023·福建泉州检测)“色环电阻”是在电阻表面涂上一定颜色的色环，来代表这个电阻的阻值。其中四环电阻第1条色环代表十位数，第2条色环代表个位数，第3条色环代表倍率，第4条色环代表误差，色别对应的数值规格如下表所示。例如，图甲的色环电阻第1、2、3环颜色分别为绿、蓝、棕，表示该电阻的阻值为56×101 Ω。 色别 黑 棕 红 橙 黄 绿 蓝 紫 灰 白 数值 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 某同学用多用电表试测一掉色的色环电阻的阻值。 (1)先把选择开关旋至欧姆挡“×1 k”，再将两支表笔________，调节欧姆调零旋钮，使多用电表的指针指向欧姆挡的零刻度线。 (2)将表笔搭在待测电阻两端，发现指针偏 转太大，如图乙中b所示； (3)将倍率更换至________(选填“×100”“×10”“×1”)挡，重新调零后，再次测量，指针偏转如图乙中a所示； (4)可以推断，该色环电阻第3条环颜色应为________色。 (3)将倍率更换至________(选填“×100”“×10”“×1”)挡，重新调零后，再次测量，指针偏转如图乙中a所示； (4)可以推断，该色环电阻第3条环颜色应为________色。 解析：(1)先把选择开关旋至欧姆挡“×1 k”，再将两支表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使多用电表的指针指向欧姆挡的零刻度线。 (3)将表笔搭在待测电阻两端，发现指针偏转太大，说明待测电阻阻值相对“×1 k”倍率较小，由题图乙可知应将倍率更换至“×100”挡，重新调零后，再次测量。 (4)由题图乙中a指针所示位置，可知待测电阻阻值为R＝16×100 Ω＝16×102 Ω 对应表格数据可知，该色环电阻第3条环颜色应为红色。 答案：(1)短接　(3)×100　(4)红 4．(2023·广州高二期末)指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器，请回答下列问题。 (1)使用多用电表测电阻时，测量步骤如下： ①调节图甲所示部件________(选填“K”“T”或“S”)，使指针________；  ②将选择开关旋转到“Ω”挡的“×10”挡，并进行正确操作，接入待测电阻进行测量时发现指针指在图乙中的a位置，为了使多用电表测量的结果更准确，该同学应该选择欧姆挡________挡(选填“×1”或“×100”)；若经过正确操作，将两表笔接待测电阻两端时，指针指在图乙中的b位置，则待测电阻为________Ω； ③测量完毕，将选择开关旋转到________________位置。 (2)图丙是该多用电表欧姆挡内部电路示意图，用该多用电表测电阻，选择“×1 k”挡测量某二极管的阻值，指针指在图乙中的c位置，则与A表笔相连的是二极管的________(选填“正极”或“负极”)。 解析：(1)①电表在测量之前要先进行机械调零，调节机械调零旋钮S，使指针正对左侧零刻度。 ②欧姆挡选择“×10”挡指针偏转角度太大，说明电阻较小，要使指针指示数值变大，则应降低倍率，故选择“×1”挡；指针指在题图乙中的b位置对应的电阻为Rx＝20×1 Ω＝20 Ω。 ③测量完毕，选择开关应旋转到“OFF”挡或交流电压最高挡。 (2)选择“×1 k”挡测量某二极管的阻值，指针指在题图乙中的c位置表示电阻很大，测的是二极管的反向电阻，电流从二极管的负极流入、正极流出，经过A表笔，则与A表笔相连的是二极管的正极。 答案：(1)①S　正对左侧零刻度　②×1　20 ③“OFF”挡或交流电压最高挡　(2)正极 如图所示，当红、黑表笔间接入被测电阻Rx时，通过表头的电流I＝，改变Rx，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。当Rx＝r＋Rg＋R时，指针指向刻度盘正中央，这时Rx的电阻被称为中值电阻。 [解析]　(1)欧姆调零时，两表笔短接，电流表满偏，则根据闭合电路欧姆定律，可以写出此时电路的电流的大小Ig＝。 (2)接入待测电阻后，同样根据闭合电路欧姆定律有Ix＝，解得Rx＝－。 [答案]　(1)　(2)－　(3)45　(4)×10 (4)根据电阻定律可得R＝ρ，又S＝ 联立可得该电阻丝的电阻率为ρ＝。 答案：(2)0.808(0.807～0.809均可)　(3)BECDA　190　×10　(4) $$