第4章 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】2024-2025学年高中物理必修第三册（鲁科版2019）福建专版

科学测量:用多用电表测量电学量 (实验课——基于经典科学探究) 第 3 节 1 实验准备——原理、器材和装置 2 实验操作——过程、细节和反思 3 实验考法——基础、变通和创新 CONTENTS 目录 4 训练评价——巩固、迁移和发展 实验准备——原理、器材和装置 1 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。 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。 实验操作——过程、细节和反思 2 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。 实验考法——基础、变通和创新 3 [例1]　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。 考法(一)　多用电表测电阻的原理 (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)。  [解析]　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)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)。  [解析]　接入待测电阻后,同样根据闭合电路欧姆定律有Ix=, 解得Rx=-。 - (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 45 [解析]　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)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。  [解析]　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”。 ×10 [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。 考法(二)　多用电表的读数 (1)旋动部件　　,使指针对准电流的“0”刻线。  [解析]　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。 (2)将K旋转到欧姆挡“×100”的位置。 S (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”)。  [解析]　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。 T　 0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 ADC [解析]　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。  6.6(或6.7) 800 [解析]　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。 [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”。 [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。 考法(三)　用多用电表探索黑箱内的元件 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。 训练评价——巩固、迁移和发展 4 1.(2024·广东1月学考)多用电表表盘指针如图所示,下列读数正确的是 (　　) A.若选用100 mA电流挡,示数为11 mA B.若选用10 V直流电压挡,示数为2.2 V C.若选用“×10”欧姆挡,示数为190 Ω D.若选用“×100”欧姆挡,示数为1 905 Ω √ 解析:若选用100 mA电流挡,示数为44 mA,故A错误;若选用10 V直流电压挡,示数为4.4 V,故B错误;若选用“×10”欧姆挡,示数为R1=19×10 Ω =190 Ω,故C正确;若选用“×100”欧姆挡,示数为R2=19×100 Ω=1 900 Ω,故D错误。 2.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。  0.808(0.807~　 0.809均可) 解析: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,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“×1”“×10”“×100”或“×1 k”)挡  BECDA 190　 ×10 解析: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。 (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: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=。 3.“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。  解析: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。 短接 (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;  解析: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。 ×100 (4)可以推断,该色环电阻第3条环颜色应为　　色。 解析: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。 红 4.(2024·新课标卷)学生实验小组要测量量程为3 V 的电压表V的内阻RV。可选用的器材有:多用电表,电源E(电动势5 V),电压表V1(量程5 V,内阻约3 kΩ),定值电阻R0(阻值为800 Ω),滑动变阻器R1(最大阻值50 Ω),滑动变阻器R2(最大阻值5 kΩ),开关S,导线若干。 完成下列填空: (1)利用多用电表粗测待测电压表的内阻。首先应　　　　(把下列实验步骤前的字母按正确操作顺序排列);  A.将红、黑表笔短接 B.调节欧姆调零旋钮,使指针指向零欧姆 C.将多用电表选择开关置于电阻挡“×10”位置 CAB 再将多用电表的红、黑表笔分别与待测电压表的　　 　　(填“正极、负极”或“负极、正极”)相连,电阻表的指针位置如图(a)中虚线Ⅰ所示。为了减少测量误差,应将选择开关旋转到电阻挡　　　　(填“×1”“×100”或“×1 k”)位置,重新调节后,测量得到指针位置如图(a)中实线Ⅱ所示,则粗测得到的该电压表内阻为　　　　kΩ(结果保留1位小数);  负极、正极　　 ×100　 1.6 解析:利用多用电表粗测待测电压表的内阻。首先应将多用电表选择开关置于电阻挡“×10”位置;接着将红、黑表笔短接;然后调节欧姆调零旋钮,使指针指向零欧姆。故操作顺序为C、A、B。 根据多用电表使用时电流“红进黑出”的规则可知:测量电阻时电源在多用电表表内,故将多用电表的红、黑表笔分别与待测电压表的“负极、正极”相连。 读数时电阻表的指针位置如题图(a)中虚线Ⅰ所示,偏转角度较小,即倍率选择过小,为了减少测量误差,应将选择开关旋转到电阻挡倍率较大处,而根据题图(a)中数据可知选择“×1 k”倍率又过大,故应选择电阻挡“×100”的位置。 重新调节后,测量得到指针位置如题图(a)中实线Ⅱ所示,则粗测得到的该电压表内阻为R=16.0×100 Ω=1.6 kΩ。 (2)为了提高测量精度,他们设计了如图(b)所示的电路,其中滑动变阻器应选　　　(填“R1”或“R2”),闭合开关S前,滑动变阻器的滑片应置于　　　(填“a”或“b”)端;  解析:题图(b)所示的电路,滑动变阻器采用的是分压式连接,为了方便调节,应选最大阻值较小的滑动变阻器R1; 为保护电路,则测量电路部分的电压应从零开始调节,闭合开关S前,滑动变阻器的滑片应置于a端。 R1 a (3)闭合开关S,滑动变阻器滑片滑到某一位置时,电压表V1、待测电压表的示数分别为U1、U,则待测电压表内阻RV=　　　(用U1、U和R0表示);  解析:由题图(b)可知,待测电压表与定值电阻R0串联,则通过待测电压表的电流大小与通过定值电阻的电流大小相同,为I=,根据欧姆定律得待测电压表的内阻为RV==。 (4)测量得到U1=4.20 V,U=2.78 V,则待测电压表内阻RV=______kΩ (结果保留3位有效数字)。  解析:测量得到U1=4.20 V,U=2.78 V,代入待测电压表的内阻表达式,得RV== Ω≈1 566 Ω≈1.57 kΩ。 1.57 $$