高中物理鲁科版必修第三册课件：第4章-第3节-科学测量-用多用电表测量电学量-第4节-科学用电

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1、第第3 3节科学测量节科学测量:用多用电表测量电学量用多用电表测量电学量第第4 4节科学用电节科学用电第第4 4章章2022内容索引课前篇课前篇 自主预习自主预习课堂篇课堂篇 探究学习探究学习学习目标1.通过多用电表的电路图,了解欧姆表的内部结构和表盘刻度特点,掌握多用电表的原理。(物理观念)2.知道多用电表使用的注意事项,能完成用多用电表测量电压、电流和电阻的实验。(科学探究)3.会分析电路故障。(科学思维)4.能将安全用电和节约用电的知识应用于生活实际,知道保护环境、科学用电的重要意义。(科学态度与责任)思维导图课前篇课前篇 自主预习自主预习【必备知识】一、认识多用电表1.欧姆表的构造欧姆

2、表是根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.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,下半部分有选择开关,开关周围标有测量功能的区域及量程。还有机械调零旋钮、欧姆调零旋钮、红黑表笔插孔等。二、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.实验器材多用电表、不同阻值的电阻、学生电源、小灯泡、滑动变

3、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。根据待测电压的估测值,将选择开关旋转到直流电压挡的适当

4、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。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。测量直流电压(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。测量直流电流 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。检查无误后再闭合开关S,如图所示。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

5、阻的电阻值检查多用电表指针是否仍在左端零刻度。估测待测电阻的电阻值,将多用电表的选择开关旋至合适倍率的欧姆挡。将黑、红表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使指针指在右端电阻零刻度处。将表笔搭在待测电阻两端,读取被测电阻的阻值。通常电阻上的标称值与测量值之间有误差,算出对应的相对误差。实验完成之后,将表笔从插孔拔出,并将选择开关旋到“OFF”位置或交流电压最高挡;若长期不用,应取出电池。三、科学用电1.家庭用电(1)家庭电路组成:家庭电路一般由两根进户线、电能表、保险设备、用电器、插座、导线、开关等组成。进户线:火线:火线跟零线间的电压是220 V。零线:零线是与大地相连的,正常情况下零线跟大地之间的电

6、压是0。地线:在家庭里直接与大地相通的导线,这是为了安全另外加接的。火线与地线之间的电压是220 V,零线与地线之间的电压是0。空气断路器:又名空气开关,只要电路中电流超过额定电流,它就会自动断开。触电保护器(如右图)。触电保护器的电子线路能检测到由于触电或漏电所形成的其他电流通路引起火线与零线电流的微小差异,从而自动切断电路,防止伤亡事故发生。(2)故障处理:断路是由于导线没有连接好、用电器烧坏或未安装好等,使整个电路在某处断开的状态。这种故障可用测电笔进行检测。短路是火线和零线直接接触形成的。短路时空气断路器会自动断开,未查明原因,不能合上。2.安全用电(1)火灾:主要由短路和过载造成,导

7、致电路中电流过大,线路会在较短时间内产生大量的热量,从而造成火灾。短路点还可能直接产生电火花和电弧,引起燃烧。过载时,应及时减少用电器的使用。(2)触电:一般是人直接或间接接触带电体造成的。带电体的电压若高于36 V,人接触就会导致触电。人靠近高压带电体时,也可能导致触电。(3)安全用电:避免一个插座同时插接多个较大功率的电器;不使用陈旧破损的开关及导线;有金属外壳的电器应接地;防止火线裸露,避免电器沾水或受潮;开关、熔丝盒和电线附近,不要放置易燃物;发生火灾,要迅速拉闸断电,不要泼水救火;不要靠近高压带电体。发现有人触电,不能直接接触触电者,应迅速切断电源,或用干燥的木棍将电线挑开。3.节约

8、用电节约用电,不仅可以减少能源消耗,还可以减少环境污染。不要让家电处于待机状态。食物应先冷却降温再放入冰箱。冰箱内储物量以不超过八分满为宜。冬季的空调温度设定不宜过高,夏季的空调温度设定不宜过低。【自我检测】1.正误判断,判断结果为错误的小题请说明原因。(1)多用电表所有刻度线都是均匀的。()解析 多用电表的直流电流、电压刻度线是均匀的,电阻刻度线是不均匀的。答案(2)用多用电表无论是测电压或是测电流时电流总是从红表笔流入,从黑表笔流出。()答案(3)使用多用电表欧姆挡测电阻时,指针摆动角度越大,测量越精确。()解析 使用多用电表欧姆挡测电阻时,指针尽量指到中间位置附近。答案(4)欧姆表的每一

9、挡的测量范围都是0+,所以使用过程中可以不用换挡,直接测电阻。()解析 使用多用电表欧姆挡测电阻时,指针尽量指到中间位置附近,测量准确,不同阻值要换用相关挡位测量。答案(5)利用多用电表的电流挡和电压挡时,用法和电流表、电压表相同。()答案 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讨论,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,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

10、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R1+R2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 AD3.参考多用电表面板完成下列填空。用多用电表测直流电流时,应把选择开关旋至标有处,并把多用电表联接到被测电路中;若测直流电压时,应把选择开关旋至标有处,并把多用电表与被测电路联。测直流电压和电流时,都必须把红表笔接在电势处,即电流从

11、表笔流进多用电表。解析 用多用电表测直流电流时,选择开关应置于“mA”挡,且把电表串联接入被测电路中;测直流电压时,把选择开关置于标有“V”处,且并联于被测电路两端,因红表笔与表头正接线柱相连,黑表笔与表头负接线柱相连,因此测直流电压和直流电流时,都必须把红表笔接在电势高处,即电流从红表笔进入多用电表。答案 mA串V并高红课堂篇课堂篇 探究学习探究学习探究一探究一欧姆表原理欧姆表原理【知识归纳】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 ,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,

12、R1叫调零电阻,R1+Rg+r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Rx=r+Rg+R1时,电流为 ,此时电流表指针指在刻度盘的中央,该电阻叫中值电阻。【实例引导】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,其中电池的电动势E=1.5 V

13、,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?答案 250 500 规律方法 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(即表盘刻度数值)。变式训练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E=3 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

14、,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。答案(1)C(2)NM(3)1 000 500 探究二探究二多用电表的读数多用电表的读数【知识归纳】多用电表的读数(1)五分估读:如图甲所示,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,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 ,即0.03 V,所以电压测量值为2.13 V。电压示数甲(2)二分估读:如图乙所示,在测量直流电流时,若选择开关对应的量程为 100 mA,看第

15、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。电流示数乙(3)十分估读:在测量电阻时,若选择倍率“10”,指针位置如图丙所示,看第一排刻度线,由刻度1015有5小格,可确定每小格值为1,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。电阻示数丙【实例引导】例2如图所示为多用电表的刻度盘。若选用倍率为“100”的电阻挡测电阻时,表针指示如图所示,则:(1)所测电

16、阻的阻值为;如果要用此多用电表测量一个阻值约为2.0104 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“1k”)。(2)用此多用电表进行测量,当选用量程为50 mA的电流挡测量电流时,表针指于图示位置,则所测电流为 mA;当选用量程为250 mA的电流挡测量电流时,表针指于图示位置,则所测电流为mA。答案(1)1.51031k(2)31.0155规律方法(1)读数时要注意辨认读表盘上的哪一排刻度线。欧姆表刻度不均匀,读最上面一排刻度线;直流电流、直流电压刻度均匀,读中间刻度线。(2)电压表、电流表的读数要看清选择开关所选择的量程,搞清楚每一小格表示多少及应读到的

17、有效数字位数。变式训练2如图为一正在测量中的多用电表表盘。(1)如果是用“10”挡测量电阻,则读数为。(2)如果是用直流10 mA挡测量电流,则读数为 mA。(3)如果是用直流5 V挡测量电压,则读数为 V。解析 用多用电表测电流或电压时,只要根据旋钮所指示的量程看相对应的刻度弧线,根据读数规则,直接读出指示的读数即可,而欧姆表的刻度指示数乘以旋钮指示的挡位倍率,才是电阻的测量值。(1)因为选的是“10”挡,所以读数为610=60。(2)因为用直流10 mA挡测电流,所以对应中间刻度线10 mA挡,读数为7.2 mA(注意从直流刻度区读)。(3)用直流5 V挡测时,电压为3.60 V。答案(1

18、)60(2)7.2(3)3.60探究三探究三用多用电表测量电阻的电阻值用多用电表测量电阻的电阻值【知识归纳】测量电阻的注意事项(1)在不知道待测电阻的估测值时,应先从高倍率开始。(2)两手一定不要接触两表笔金属杆。(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。(5)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。【实例引导】例3(1)用多用电表的欧姆挡测量阻值约为几十千欧的电阻Rx,以下给出的是可能的实验操作步骤,其中S为选择开关,

19、P为欧姆挡调零旋钮。把你认为正确步骤前的字母按合理的顺序填写在下面的横线上。a.将两表笔短接,调节P使指针对准刻度盘上欧姆挡的0刻度,断开两表笔b.将两表笔分别连接到被测电阻的两端,读出Rx的阻值后,断开两表笔c.旋转S使其尖端对准欧姆挡1 kd.旋转S使其尖端对准欧姆挡100e.旋转S使其尖端对准交流500 V挡,并拔出两表笔。正确的步骤顺序为:。在前面测量的基础上,根据如图所示指针位置,此被测电阻的阻值约为。(2)(多选)下述关于用多用电表欧姆挡测电阻的说法中正确的是。A.测量电阻时,如果指针偏转过大,应将选择开关S拨至倍率较小的挡位,重新调零后测量B.测量电阻时,如果红、黑表笔分别插在负

20、、正插孔,则会影响测量结果C.测量电路中的某个电阻时,应把该电阻与电路断开D.测量阻值不同的电阻时,都必须重新调零解析(1)测量几十千欧的电阻Rx,我们一般选择较大的挡位先粗测,使用前应先进行欧姆调零,然后依据欧姆表的示数,再更换挡位,重新欧姆调零,再进行测量。使用完毕应将选择开关置于“OFF”位置或者交流电压最高挡,拔出表笔。欧姆表的示数乘以相应挡位的倍率即为待测电阻的阻值30 k。(2)欧姆挡更换规律“大小,小大”,即当指针偏角较大时,表明待测电阻较小,应换较小的挡位;反之应换较大的挡位,故A正确。在多用电表选用欧姆挡时,红、黑表笔插在哪个接口其实并不影响测量结果,B错。用多用电表欧姆挡,

21、只能测孤立电阻(不能测含电源电路),故C正确。用多用电表欧姆挡测电阻时,只需在换挡时调零,所以D错。答案(1)cabe30 000(2)AC规律方法 在用多用电表测电阻时,必须选择合适的量程,让指针指在表盘中央附近;测量结果不要忘记乘以倍率;每次换倍率时必须进行欧姆调零;测量过程中,待测电阻必须从电路中隔离出来,且手不能接触表笔的金属杆;测量完毕,应将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”位置,以防止电表漏电。变式训练3(多选)用多用电表测电阻,下列说法中正确的是()A.测电阻时,要把选择开关旋转到欧姆挡上B.若把选择开关旋转到欧姆挡的“1”挡上,准确调零后,测量电阻,指针恰指在刻度30和50

22、的正中央,则待测电阻的阻值正好为40 C.测电阻时,指针偏转角度越小,待测的电阻值就越大D.若多用电表内没有安装电池,就不能用来测电阻解析 使用多用电表应将选择开关旋至测量项目上,且挡位要合理,测电阻时,选择开关旋转到欧姆挡上,A正确;欧姆表刻度不均匀,指针指在刻度30和50正中央时待测电阻阻值小于40,B错误;测电阻时,指针偏转角度越小,越靠左边,待测电阻阻值越大,C正确;测电阻时多用电表内需有干电池,否则指针无偏转,D正确。答案 ACD探究四探究四用多用电表检测电路故障用多用电表检测电路故障【知识归纳】1.故障特点(1)断路特点:断路部分(与它串联之路)电路中电流为零,而电压不为零。因此,

23、若外电路中某两点间电压不为零,电流为零,则两点间有断点,而这两点与电源的两极之间无断点。(2)短路特点:表现为有电流通过而某元件两端电压为零。2.故障的分析方法(1)电压表检测:如果电压表示数为零,则说明可能在并联路段之外有断路,或并联路段短路。(2)电流表检测:当电路中接有电源时,可用电流表测量各部分电路上的电流,通过对电流值的分析,可以确定故障的位置。在使用电流表检测时,一定要注意电流表的极性和量程。(3)欧姆表检测:当测量值很大时,表示该处断路;当测量值很小或为零时,表示该处短路。在使用欧姆表检测时,电路一定要切断电源。(4)假设法:将整个电路划分为若干部分,然后逐一假设某部分电路发生某

24、种故障,运用闭合电路或部分电路的欧姆定律进行推理,现象符合,则故障可能发生在这部分电路,直到找出发生故障的全部可能为止,亦称排除法。【实例引导】例4如图所示是某同学连接的实验实物图,闭合开关S后,发现L1、L2灯都不亮,他采用多用电表的直流电压挡进行故障检查:(1)选择开关应置于下列量程的挡(用字母序号表示)。A.2.5 V B.10 VC.50 V D.250 V(2)在测试a、b间直流电压时,红表笔应接触(选填“a”或“b”)。(3)该同学测试结果为:a、b间电压表有示数,c、b间电压表有示数,c、d间电压表无示数,d、f间电压表有示数。根据测试结果,可以判定故障是(假设只有下列中的某一项

25、有故障)。A.灯L1断路B.灯L2短路C.cd段断路D.df段断路解析(1)3个蓄电池的总电动势为6 V,应用多用表的直流电压挡10 V挡测量,故选B;(2)在测试a、b间直流电压时,红表笔应当接触a,因为电流必须从电压表正接线柱流入,所以红表笔应当接触a端。(3)灯L1断路时,c、d间电压表应有示数,与题意不符,故A错误;灯L2短路时,L2灯不亮,而L1灯应更亮,与题不符,故B错误;cd段断路,则df间没有电压,无示数,故C错误;df段断路时,电路中无电流,两灯泡都不亮,ab、df间有电压,c、d间电压表无示数,与题相符,故D正确。答案(1)B(2)a(3)D变式训练4在“金属电阻率的测量”

26、实验中,某同学连接电路如图所示,闭合开关后,发现电路有故障(已知电源电压为E,在图中用电池组的符号代替,电表和导线均完好)。(1)若电流表示数为零、电压表示数为E,则发生故障的是(选填“待测金属丝”“滑动变阻器”或“开关”)。(2)若电流表、电压表示数均为零,该同学利用多用电表检查故障。先将选择开关旋至(选填“欧姆100”“直流电压10 V”或“直流电流2.5 mA”)挡,再将(选填“红”或“黑”)表笔固定在a接线柱,把另一支表笔依次接b、c、d接线柱。(3)在(2)问的条件下,若只有滑动变阻器断路,则多用电表的示数依次是、。解析(1)电流表示数为零,说明外电路一定是断路,电压表有示数为E,说

27、明电源与电压表之间的连接无断路,所以发生故障的一定是待测金属丝。(2)电流表示数为零,说明外电路一定存在着断路。因为电源两端有电压,所以不能用电流表来检测,只能用电压表(量程高于电源电压)来检测,没有电压表的情况下,则利用多用电表的10 V直流电压挡来检查故障。多用电表的红表笔应和电源的正极相连。(3)根据电路中电压分配关系知,多用电表示数依次是0、E、E。答案(1)待测金属丝(2)直流电压10 V红 (3)0EE 随堂检测随堂检测1.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

28、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 B2.(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.电阻刻度上的最大刻度与直流电流的最大刻度线对应解析 直流

29、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 ,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 ABC3.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.R+R0B.2R-R0C.RR0D.4R答案 A 4.利用多用表测量电阻,主要步骤如下:(1)把红表笔插入插孔,黑表笔插入插孔;(2)把选择开关旋至R100挡;(3)把红表笔和黑表笔短接,调节欧姆调零旋钮进行;(4)然后测量电阻,多用电表示数如图,则该电阻的阻值为。解析(1)根据多用电表的使用方法,红表笔插入正极,黑表笔插入负极;(3)使用欧姆表之前要进行欧姆调零;(4)读数为22,然后乘以挡位,阻值为2.2103。答案(1)正极负极(3)欧姆调零(4)2.2103本本 课课 结结 束束