2017-2018学年高中物理第3章从电表电路到集成电路3.4多用电表电路分析与设计学案沪科版选修3-1

第3章 从电表电路到集成电路章末分层突破①串联②并联③电阻④正负极⑤I ＝Q t⑥I ＝nqSv⑦定向移动⑧电势⑨碰撞⑩R ＝ρL S ⑪R 1＋R 2＋…＋R n⑫1R 1＋1R 2＋…＋1R n⑬1⑭1电阻定律及其应用1.电阻定律的公式为R ＝ρS，其中L 为导体长度，S 为导体横截面积，ρ为导体材料的电阻率．2．当导体的形状发生改变时(1)导体的电阻率不变．(2)导体总体积不变，根据V ＝SL ，当S 减小时，L 增大，因此要分析两方面的因素．如图3­1所示，P 是一个表面镶有很薄电热膜的长陶瓷管，其长度为L ，直径为D ，镀膜的厚度为d ，管两端有导电金属箍M 、N .现把它接入电路中，测得它两端电压为U ，通过它的电流为I ，则金属膜的电阻为多少？镀膜材料电阻率为多少？【导学号：29682021】图3­1【解析】 由欧姆定律可得R ＝U I ，沿着L 的方向将膜层展开，如图所示，则膜层等效为一电阻，其长为L ，横截面积为管的周长×厚度d . 由电阻定律R ＝ρLS可得 R ＝ρL 2πD 2·d ＝ρL πDd ，则U I ＝ρL πDd ，解得ρ＝U πDd IL. 【答案】 U I U πDd IL1．导体的电阻由ρ、L 、S 共同决定，在同一段导体的拉伸或压缩形变中，导体的横截面积、长度都变，但总体积不变，电阻率不变．2．公式R ＝ρL S适用于温度一定、粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解液．多用电表的电路设计和使用方法1.(1)将表头改装为大量程的电压表需串联一个分压电阻．(2)将表头改装为大量程的电流表需并联一个分流电阻．2．多用电表测电阻的方法(1)首先要选择合适的电阻档，如×1，×10，×100…….(2)选挡后要调整．(3)读数后要乘以所选挡位的倍率．(1)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________联接入被测电路中．当测直流电压时，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________处，即电流从________表笔流进．(2)如图3­2所示Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三条线分别表示多用电表指针的指示位置．图3­2①将多用电表选择开关置于“×1”挡，Ⅰ的示数为________Ω，Ⅱ的示数为________Ω.②将选择开关置于直流“50 V”挡，Ⅰ的示数为______V，Ⅱ的示数为________V，Ⅲ的示数为________V.③选择开关置于直流“250 V”挡时，Ⅰ的示数为____V，Ⅱ的示数为________V.【解析】(1)多用电表测直流电流时，选择开关应置于标有mA处，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高电势处，即电流从红表笔进入．(2)多用电表测电流或电压时，只要根据旋钮所指示的量程看表盘相对应的刻度弧线，根据读数规则，直接读出指针指示的读数即可，而欧姆表的刻度指示数乘以挡位倍率，才是电阻的测量值．【答案】(1)mA 串V 并高电势红(2)①2436 ②25.021.5 13.0 ③125.0107.5用如图3­3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：图3­3(1)旋动部件________，使指针对准电流的0刻线．(2)将K旋转到电阻挡“×100”的位置．(3)将插入“＋”、“－”插孔的表笔短接，旋动部件________，使指针对准电阻的________(选填“0刻线”或“∞刻线”)．(4)将两表笔分别与待测电阻相接，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旋转到电阻挡“×1 k”的位置B．将K旋转到电阻挡“×10”的位置C．将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接D．将两表笔短接，旋动合适部件，对电表进行校准【解析】多用电表测量电阻时，在测量之前就要观察指针是否在零刻度线上，若指针不在零刻度线上，用螺丝刀小心转动调零螺丝S，使指针对准电流的0刻线．然后转动选择开关K，选择量程，再将两表笔短接，调整调零电阻的旋钮T，使指针对准满偏刻度(即电阻的0刻线)，接下来才能将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接，测量被测电阻的阻值．若在测量过程中，发现指针偏转角度过小，表明被测的电阻阻值很大，这时要换用更高倍率的挡位．例如，本题就要从“×100”挡位更换到“×1 k”的挡位．【答案】(1)S (3)T 0刻线(4)ADC1．在“用多用电表测电阻、电流和电压”的实验中(1)(多选)用多用电表测电流或电阻的过程中( )A．在测量电阻时，更换倍率后必须重新进行调零B．在测量电流时，更换量程后必须重新进行调零C．在测量未知电阻时，必须先选择倍率最大挡进行试测D．在测量未知电流时，必须先选择电流最大量程进行试测(2)测量时多用电表指针指在如图3­2所示位置．若选择开关处于“10 V”挡，其读数为________ V；若选择开关处于“×10”挡，其读数为________200 Ω(选填：“大于”“等于”或“小于”)．图3­2【解析】(1)在测量电阻时，更换倍率后，欧姆表的内部电阻发生了变化，欧姆的零刻度在最右边，也就是电流满偏，所以必须重新进行调零，选项A正确；在测量电流时，根据电流表的原理，电流的零刻度在左边，更换量程后不需要调零，故选项B错误；在测量未知电阻时，若先选择倍率最大挡进行试测，当被测电阻较小时，电流有可能过大，所以应从倍率较小的挡进行测试，若指针偏角过小，再换用倍率较大的挡，选项C错误；在测量未知电流时，为了电流表的安全，必须先选用电流最大量程进行试测，若指针偏角过小，再换用较小的量程进行测量，选项D正确．(2)选择开关处于“10 V”挡，最小分度值为0.2 V，所以此时的读数为5.4 V，因多用电表的欧姆挡的刻度分布不是均匀的，越向左，刻度越密集，所以10至30的中间数值一定小于20，若选择开关处于“×10”挡，其读数小于200 Ω.【答案】 (1)AD (2)5.4 小于2．一根长为L 、横截面积为S 的金属棒，其材料的电阻率为ρ，棒内单位体积自由电子数为n ，电子的质量为m 、电荷量为e .在棒两端加上恒定的电压时，棒内产生电流，自由电子定向运动的平均速率为v ，则金属棒内的电场强度大小为( )图3­3 A.mv 22eL B.mv 2Sn e C ．ρ nev D.ρev SL【解析】 由电流定义可知：I ＝q t ＝nvtSe t＝neSv ， 由欧姆定律可得：U ＝IR ＝neSv ·ρLS ＝ρneLv ，又E ＝U L，故E ＝ρnev ，选项C 正确．【答案】 C3．如图3­4所示，其中电流表A 的量程为0.6 A ，表盘均匀划分为30个小格，每一小格表示0.02 A ；R 1的阻值等于电流表内阻的12；R 2的阻值等于电流表内阻的2倍．若用电流表A 的表盘刻度表示流过接线柱1的电流值，则下列分析正确的是( )图3­4A ．将接线柱1、2接入电路时，每一小格表示0.04 AB ．将接线柱1、2接入电路时，每一小格表示0.02 AC ．将接线柱1、3接入电路时，每一小格表示0.06 AD ．将接线柱1、3接入电路时，每一小格表示0.01 A【解析】 设电流表A 的内阻为R A ，用电流表A 的表盘刻度表示流过接线柱1的电流值时，若将接线柱1、2接入电路，根据并联电路的特点，(I 1－I A )R 1＝I A R A ，解得I 1＝3I A ＝0.06 A ，则每一小格表示0.06 A ；若将接线柱1、3接入电路，则(I 2－I A )R 1＝I A R A ，解得I 2＝3I A ＝0.06 A ，则每一小格表示0.06 A ．选项C 正确．【答案】 C4．如图3­5所示的电路，R 0为定值电阻，R 为滑动变阻器，滑动触头P 滑动时，电路的总电阻发生变化，以下情况正确的是( )图3­5A．P向左滑动，总电阻变小B．P向右滑动，总电阻变小C．P滑动到最左端时，总电阻为R0D．P滑动到最右端时，总电阻为零【解析】R0为定值电阻，R为滑动变阻器，P向左滑动，滑动变阻器接入电路的电阻减小，总电阻也减小，P向右滑动时，总电阻增大；P滑到最左端时，总电阻为零；P滑到最右端时，总电阻最大，故A正确，B、C、D错误．【答案】 A5．多用电表表头的示意图如图3­6所示．在正确操作的情况下：(1)若选择开关的位置如黑箭头所示，则测量的物理量是________．正确操作后发现指针的偏转角很小，那么接下来的正确操作步骤应该依次为：改用________倍率，然后________，将红、黑表笔分别接触被测电阻的两根引线，读出指针所指刻度，再乘以倍率，得测量值．(2)无论用多用电表进行何种测量(限于直流)，电流表都应该从________色表笔(选填“红”或“黑”)经“＋”插孔流入电表．图3­6【解析】(1)若选择开关的位置如黑箭头所示，则测量的物理量是电阻．正确操作后发现指针的偏转角很小，所选挡位太小，为准确测量电阻阻值，应改用×1 k倍率，然后进行欧姆调零，将红、黑表笔分别接触被测电阻的两根引线，读出指针所指刻度，再乘以倍率，得测量值．(2)无论用多用电表进行何种测量(限于直流)，电流都应该从红色表笔经“＋”插孔流入电表．【答案】(1)电阻 1 k 重新调零(2)红。

3.4多用电表电路分析与设计【教学目标】1.通过对欧姆表的讨论，提高应用闭合电路欧姆定律分析问题的能力，知道欧姆表侧电阻的原理。

2.了解欧姆表的内部结构和刻度特点。

【知识梳理】要点一 欧姆表的原理和选挡1．原理欧姆表是根据闭合电路欧姆定律制成的测量电阻的仪表，可以直接读出电阻值，比用伏安法测电阻要方便得多．原理如图所示．调零时，I g ＝E R g ＋r ＋R ＝E R 内；测量时，I ＝E R 内＋R x. 只要将对应R x 值的电流刻度I 改为阻值R x ，即为欧姆表．注意 红表笔接欧姆表内部电源负极，而黑表笔接内部电源的正极．2．欧姆表的选挡从理论上讲，欧姆表可直接测量从零至无限大之间任何阻值的电阻，但由于面板刻度不均匀，使得在零值附近和无限大值附近很难准确地读出被测电阻的数值(测量误差很大)．一般来说，欧姆表刻度标尺长度的10%～90%之间为有效工作刻度．另外当R x ＝R 内，即在中值附近时，指针偏角Φ与R x 的关系比较接近线性，刻度较均匀，因此，在具体测量时，最好使指针位于中央附近，这就是选挡的依据．在使用欧姆表前，首先应估测待测电阻的大小，选择合适的挡位(通常按大量程向小量程挡位顺序选择)．如果选择的挡位不合适，则应重新换挡，若指针偏角较小，则应选择倍率高一挡的挡位，反之则选低一挡的挡位．要点二 多用电表使用的注意事项1．表盘面上“＋”“－”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，首先将红表笔插入“＋”插孔，将黑表笔插入“－”插孔．那么用直流电流挡、直流电压挡时，电流从红表笔流入，从黑表笔流出；用电阻挡时由原理图可知，红表笔连接的是表内电源的负极．黑表笔连接的是表内电源的正极，因此，电流还是从红表笔流入，从黑表笔流出．2．测量前，应把选择开关旋到相应项目的适当量程上，读数时要注意挡位与刻度盘的对应．直流电流挡、直流电压挡跟电流表和电压表的使用方法一样．要注意所选的量程应大于用电器两端电压的估计值和通过用电器电流的估计值．3．欧姆挡的使用需要注意以下几点：①选挡接着调零(选挡的原则：指针越接近中值电阻，读数越精确)；②换挡重新电阻调零；③示数要乘以倍率；④用完后将选择开关拨离欧姆挡，一般旋至交流电压最高挡或“OFF”挡上，长期不用时应把电池取出；⑤被测电阻要跟电源、其他元件分离.当堂检测一选择题1.如图所示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300A μ，内阻100g R =Ω.调零电阻最大值50R K =Ω，串联的固定电阻050R =Ω.电池电动势1.5E V =，用它测量电阻x R ，能准确测量的阻值范围是 A 、30K Ω～80K Ω B 、3K Ω～8K ΩC 、 300Ω～800ΩD 、30Ω～80Ω2.用多用电表测直流电压U 和测电阻R 时，若红表笔插入多用表的（＋）插孔，则( ) A.测U 时电流从红表笔流入多用表，测R 时电流从红表笔流出多用表B.测U 、R 电流均从红表笔流入多用表C.测U 、R 电流均从红表笔流出多用表D.测时U 电流从红表笔流出多用表，测R 时电流从红表笔流入多用表3.如图所示将一光敏电阻接入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关至于欧姆档，用光照光敏电阻时，表针的偏角为θ；先用手掌挡住部分光线，表针的偏角为θ'，则可判断 （ ）Ａ．θ'=θ Ｂ．θ'＜θ Ｃ．θ'＞θ Ｄ．不能确定4. 用欧姆表测一个电阻R 的阻值，选择旋钮置于“×10”挡，测量时指针指在100与200刻度的正中间，可以确定 （ ）A.150R =ΩB. 1500R =ΩC. 1000Ω＜R ＜1500ΩD. 1500Ω＜R ＜2000Ω5.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.现将多用电表转换开关拨到R ×100Ω挡，分别测它们的正负电阻加以鉴别：测甲元件时，0.5R R K ==Ω正反；测乙元件时，0.5R K =Ω正，100R K =Ω反；测丙元件时，开始指针0R X R偏转到0.5KΩ，接着读数逐渐增大，最后停在100KΩ上.则甲、乙、丙三个元件分别是( )A.电容、电阻、二极管B.电阻、电容、二极管C.电阻、二极管、电容D.二极管、电阻、电容课后练习与提高6.有一内阻未知（约25KΩ ~ 35KΩ）、量程未知（约25V ~ 35V），共有30个均匀小格的直流电压表○V．（1）某同学在研究性学习过程中想通过上述电压表测量一个多用表中欧姆档的内部电源的电动势，他们从多用表刻度盘上读出电阻刻度中间值为30．A．请你将他们的实验电路连接起来．他们在实验过程中，欧姆档的选择开关拨至倍率“×_______”．B．在实验中，同学读出电压表的读数为U，欧姆表指针所指的刻度为n，并且在实验过程中，一切操作都是正确的，请你导出欧姆表电池的电动势表达式．（2）若在实验过程中测得该电压表内阻为30KΩ，为了测出电压表的量程，现有下列器材可供选用，要求测量多组数据，并有尽可能高的精确度．标准电压表○V1：量程3V，内阻3KΩ电流表○A：量程0~3A，内阻未知滑动变阻器：总阻值1KΩ稳压电源E：30V，内阻不能忽略电键、导线若干A．在右边方框中画出实验电路图U= ______________．B．选用记录数据中任一组，写出计算量程的表达式g式中各字母的意义是：---------------------------------------------------------------------------. 7.使用中值电阻为25Ω（×1档）的多用电表测量两个定值电阻1R和2R，（已知1R和2R的阻值分别约为20Ω和30KΩ,在下列各项操作中选出尽可能准确地测量各阻值、并符合多用电表使用规则的操作：A.转动选择开关使其尖端对准“×1k”档B.转动选择开关使其尖端对准“×100”档D.转动选择开关使其尖端对准“×1”档。

3.4 多用电表电路分析与设计
大家知道，用电流表可以直接测电流，用电压表可以直接测电压．虽然“伏安法”可以测电阻，但需要的仪器很多、操作很麻烦，给科学实验、生产实践带来许多不便！有没有一个仪器直接可以测出电阻呢？这就是今天我们要学习的内容．．
有两只完全相同的电流表，分别改制成一只电流表和一只电压表，一位同学在做实验时误将这两只表(电流表和电压表)串联起来连接在电路中，则两只表上的指针可能出现下列哪些现象 ( )
A．两表指针的偏角相同
B．两表的指针都不偏转
C．电压表的指针有偏转，电流表的指针几乎不偏转
D．电流表的指针有偏转，电压表的指针几乎不偏转
答案：C
1．“调零”原理
当红、黑表笔短接时(图4－2－4甲)，相当于被测电阻Rx＝0，调节R的阻值，使E/(r＋Rg＋R)＝Ig，则表头的指针指到满刻度，所以刻度盘上指针指在电流满偏处，定为电阻刻度的零点．因此，欧姆表的零刻度在表盘右端，r＋Rg＋R是欧姆表的内阻．
当红、黑表笔断开时(图4－2－4乙)，相当于被测电阻Rx＝∞，电流表中没有电流，表头的指针不偏转，此时指针所指的位置是电阻刻度的“∞”点．。

3.1 学习使用多用电表[先填空]1．认识多用电表(1)多用电表由一个小量程的电流表(俗称表头)和电路元件组成．(2)面板的上半部为表盘，分别标有电压、电流和电阻的刻度线，用于读取有关电学量的测量值．(3)面板中央的定位螺丝为机械调零旋钮．用于调节指针的“0”位．图3­1­1(4)面板下半部中间的旋钮是功能选择开关，周围标有各种测量功能及量程．其中“”表示直流电压挡，“”表示交流电压挡，“mA”表示直流电流挡，“Ω”表示电阻挡．面板上边有一个电阻挡的调零旋钮．(5)面板的下方有两个标有“＋”、“－”号的插孔，用于插红、黑测试表笔．2．机械调零使用多用电表前，应检查指针是否停在刻度线左端的“0”位置．如果没有停在“0”位置，要用螺丝刀轻轻转动机械调零旋钮，使指针指零．再将红、黑测试表笔分别插入“＋”、“－”插孔．3．电压、电流、电阻的测量利用多用电表测量电压、电流和电阻时，要根据所需测量的电学量，将功能选择开关旋转到相应的测量挡位和量程上．测量结束后，要将功能选择开关旋转到交流电压挡的最大量程处或“off”处，以保护多用电表．[再判断]1．多用电表的表头是一个小量程的电流表．(√)2．面板中央的定位螺丝可以用来电阻调零．(×)3．使用多用电表时应使电流从红表笔流入，黑表笔流出．(√)[后思考]仔细观察多用电表的刻度盘，电压、电流、电阻的刻度都是均匀分布的吗？电压、电流的零刻度在刻度盘哪一侧？电阻的零刻度又在哪一侧？【提示】电压、电流的刻度是均匀分布的，电阻的刻度不均匀．电压、电流的零刻度在左侧．电阻的零刻度在右侧．[合作探讨]探讨1：怎样使用多用电表测量直流电压和直流电流？【提示】测直流电压时，将选择开关置于直流电压挡合适的量程，用表笔将多用电表和被测电路并联．测直流电流时，将选择开关置于直流电流挡合适的量程，用表笔将多用电表和被测电路串联．探讨2：测新的电阻时一定要重新调整欧姆零点吗？【提示】不一定，若仍然用原欧姆挡不用重新调整欧姆零点，若换用其他的欧姆挡需要重新调整欧姆零点．因为换挡后表内的电路连接发生了改变，故需要重新短接两个表笔，重新欧姆调零．[核心点击]1．直流电压和直流电流的测量(1)将多用电表选择开关置于直流电压挡，并选择好量程，按如图3­1­2(1)所示电路，测小电珠两端的电压．(2)将选择开关置于直流电流挡，并选择合适量程，按如图3­1­2(2)所示电路，测量通过小电珠的电流．(1) (2)图3­1­22．电阻的测量(1)选挡：选择欧姆挡量程时，应尽可能使指针指在中央刻度的位置附近．把选择开关旋到欧姆挡上，并根据估测电阻的大小，把选择开关旋到相应的挡位．(2)调零：把两根表笔接触，调整欧姆挡的调零旋钮，使指针指在电阻刻度的零刻度上．(注意：电阻挡的零刻度在刻度盘的右端)(3)测量(读数)：把两只表笔分别与待测电阻的两端相接，进行测量，表针示数乘以量程倍率数，即为待测电阻的阻值．1．如图3­1­3所示为一已进行机械调零可供使用的多用电表，S为选择开关，Q为电阻挡调零旋钮．现要用它检测两个电阻的阻值(图中未画电阻)，已知阻值分别为R1＝20 Ω，R2＝470 kΩ，下面提出了在测量过程中一系列可能的操作，请你选出能准确地测定各阻值和符合多用电表安全使用规则的各项操作，并且将它们按合理顺序填写在后面的横线上．图3­1­3A．旋动S使其尖端对准电阻挡×1 kB．旋动S使其尖端对准电阻挡×100C．旋动S使其尖端对准电阻挡×10D．旋动S使其尖端对准电阻挡×1E．旋动S使其尖端对准交流电压挡×500F．将两表笔分别接到R1的两端，读出R1的阻值，随后立即断开G．将两表笔分别接到R2的两端，读出R2的阻值，随后立即断开H．两表笔短接，调节Q使表针对准电阻挡刻度盘上的0，随后立即断开所选操作及其顺序为(用字母代号填写)：________(操作步骤可以重复选用)【解析】用多用电表测量电阻时，量程的选择以指针指中央附近时读数最准确，由表盘中值示数约15可知，测R1＝20 Ω的电阻时，只能选“×1”挡；测R2＝470 kΩ时，应选择“×1 k”挡，并且在每次选定量程后，都必须将两表笔短接，进行欧姆调零，所以题目中所给操作H需重复选用．在测量过程中对R1与R2测量的先后没有什么限制，但测量完毕后，功能选择开关必须旋离电阻挡，拨到交流电压最高挡或“off”挡，所以合理的操作及顺序为AHGDHFE或DHFAHGE.【答案】AHGDHFE(或DHFAHGE)2．图3­1­4为一正在测量中的多用电表表盘．图3­1­4(1)如果是用×10 Ω挡测量电阻，则读数为______Ω.(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】①60 Ω②7.6 mA ③3.80 V【答案】见解析3．某同学使用多用电表粗略测量一定值电阻的阻值，先把选择开关旋到“×1 k”挡位，测量时指针偏转如图3­1­5所示．请你简述接下来的测量操作过程：图3­1­5(1)______________________________________________________________(2)______________________________________________________________(3)______________________________________________________________(4)测量结束后，将选择开关旋到“off”挡．【解析】欧姆表读数时，指针在中央位置附近时最准确．开关旋到“×1 k”挡位时，指针偏角太大，所以改换成小挡位“×100”；换挡后，应对欧姆表重新进行调零；所测电阻阻值等于欧姆表表盘示数乘以倍数．【答案】(1)断开待测电阻，将选择开关旋到“×100”挡(2)将两表笔短接，调整“欧姆调零旋钮”，使指针指向“0 Ω”(3)再接入待测电阻，将指针示数×100，即为待测电阻阻值2．选挡时若无法估计待测电阻大小，是应将选择开关旋到“×1”挡，欧姆调零后，将红、黑表笔分别接到电阻两端，若指针偏角太小，则逐渐增大量程，直到指针指到中值电阻附近为止．1．晶体二极管，是用半导体材料制成的电子元件．二极管有两根引线，一根叫正极，一根叫负极．2．二极管具有单向导电性．当给二极管加上一定的正向电压时，它的电阻值很小；当给二极管加上反向电压时，它的电阻值变得很大．3．二极管的符号：.[再判断]1．使用多用电表测量直流电压、电流时，不需要机械调零．(×)2．多用电表电阻挡换挡后要重新调零．(√)3．晶体二极管当电流从正极流出时电阻很小．(×)[后思考]多用电表使用前，应调整什么位置，其目的是什么？【提示】用螺丝刀调节表盘中央的定位螺丝，使指针指在表盘刻度左端的零位置．[合作探讨]探讨1：晶体二极管典型的导电特性是什么？【提示】“单向导电性”．探讨2：怎样确定二极管的正、负极？【提示】多用电表测某个物理量时，不论是电流、电压还是电阻，电流的流向总是从“＋”流入，“－”流出，用欧姆挡测二极管的电阻，黑表笔接二极管正极时，测得电阻比较小．在确定二极管的正负极时，若测得二极管的电阻较小，此时，黑表笔连接的一端即为二极管的正极，红表笔连接的一端为二极管的负极．[核心点击]1.二极管的单向导电性：二极管(如图3­1­6所示)是一种半导体元件，它的特点是电流从正极流入时电阻比较小，而从负极流入时电阻比较大．图3­1­62．根据二极管的单向导电性，可以用多用电表判断它的正负极．(1)用多用电表的电阻挡，量程拨到“×100”或“×1 k”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分别接二极管的两极，稳定后读取示数乘上倍率求出电阻R1；再将两表笔反过来连接二极管的两极，同理结合读数求出电阻R2.(2)在两次测量电阻差别明显的前提下，据红表笔与电表内部电源负极一端相连，黑表笔与电源正极一端相连知，电流从黑表笔流出，所以对测得电阻较小的那一次，与黑表笔相接的极为二极管的正极，与红表笔相接的极为二极管的负极．4．用多用电表的欧姆挡检测一个二极管，将多用电表的红表笔与二极管的a端连接，黑表笔与二极管的b端连接，测得二极管的电阻值为5 Ω，将多用电表的红表笔接二极管的b端，黑表笔接二极管的a端，测得其电阻值为900 Ω，实验说明二极管具有________；该二极管的正极是________端．【解析】用同一个多用表测量同一个二极管，两次电阻测量值差别较大，说明二极管具有单向导电性．在正向导通时，黑表笔所接的端为正极．【答案】单向导电性b5．某同学利用多用电表测量二极管的反向电阻．完成下列测量步骤：(1)检查多用电表的机械零点．(2)将红、黑表笔分别插入正、负表笔插孔，将选择开关拨至电阻测量挡适当的量程处．(3)将红、黑表笔________，进行欧姆调零．(4)测反向电阻时，将________表笔接二极管正极，将________表笔接二极管负极，读出电表示数．(5)为了得到准确的测量结果，应让电表指针尽量指向表盘________(选填“左侧”“右侧”或“中央”)；否则，在可能的条件下，应重新选择量程，并重复步骤(3)、(4)．(6)测量完成后，将选择开关拨向________位置．【导学号：29682016】【解析】首先要机械调零．在选择倍率后还要进行欧姆调零，而且每一次换量程都要再次欧姆调零．(3)将红黑表笔短接，进行欧姆调零．测量二极管的反向电阻时应将红表笔接二极管的正极，黑表笔接负极．欧姆表盘的刻度线分布不均匀，在中央的刻度线比较均匀，所以尽量让指针指向表盘的中央．测量完成后应将开关打到“off”挡或交流电压最高挡．【答案】(3)短接(4)红黑(5)中央(6)“off”挡或交流电压最高挡6．实验桌上放着晶体二极管、电阻、电容各一只，性能均正常，外形十分相似，现将多用电表选择开关拨到“×100 Ω”挡，分别测它们的正、反向电阻加以鉴别；测甲元件时，R正＝R反＝0.5 kΩ；测乙元件时，R正＝0.5 kΩ，R反＝100 kΩ；测丙元件时，指针开始偏转到0.5 kΩ.接着读数逐渐增加，最后接近∞，利用所学知识区分二极管、电阻、电容分别是哪一个？【解析】要能判断出是何种元件，首先必须掌握各种元件的特点．电阻元件无极性，正、反电阻大小相等，故甲元件为电阻．二极管具有单向导电性，正向电阻阻值很小，反向电阻阻值很大．但两个阻值都是较稳定的，故乙元件为二极管．刚接通电容器时，由于电容器充电，通过表头的电流较大，指针偏角大，对应电阻值比较小，但随着充电电量的增大，电路中的电流逐渐变小，指针偏角逐渐减小，对应电阻值越来越大，即丙元件为电容．【答案】甲是电阻，乙是二极管，丙是电容．。

3.1 《学会使用多用电表》知识梳理一、实验目的1.了解多用电表的构造和原理;2.使用多用电表测电阻;3.探测黑箱内的电学元件.二、实验原理1.多用电表的构造及功能多用电表可以用来测电流、电压和电阻，又称万用电表，其表面结构如图7-3-55所示.图7-3-55其表面分为上、下两部分，上半部分为表盘，共有三条刻度线，最上面的刻度线的左端标有“∞”，右端标有“0”，是用于测电阻的，中间的刻度线是用于测直流电流和直流电压的，其刻度是分布均匀的，最下面一条刻度线左侧标有“V”是用于测交流电压的，其刻度是不均匀的.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，多用电表就测量电流;当选择开关旋转到其他功能区域时，就可测量电压或电阻.多用电表表面还有一对正、负插孔.红表笔插“＋”插孔，黑表笔插“-”插孔，插孔上面的旋钮叫调零旋钮，用它可进行电阻调零.另外，在表盘和选择开关之间还有一个机械调零旋钮，用它可以进行机械调零，即旋转该调零螺丝，可使指针（在不接入电路中时）指在左端“0”刻线.2.多用电表是电流表、电压表和欧姆表的组合，测电流和电压的原理与电流表和电压表相同（1）直流电流挡:直流电流挡的几个挡位实际是由同一表头并联不同电阻改装而成的几个量程不同的电流表.（2）直流电压挡:直流电压挡的几个挡位实际是由同一表头串联不同电阻改装而成的几个量程不同的电压表.（3）测电阻的原理如图7-3-56所示.图7-3-56欧姆表是根据闭合电路欧姆定律制成的测量电阻的仪表，可直接读出电阻值，比用伏安法测电阻方便.调零时rR R EI g g ++=测量时xg R r R R EI +++=只要将对应R x 值的电流刻度I 改为阻值R x 即为欧姆表. 由于I 与R 成非线性关系，表盘上电流刻度是均匀的，其对应的电阻刻度却是不均匀的，电阻的零刻度在电流满偏处.3.二极管的单向导电性二极管是用半导体材料制成的电子元件，它有两个引线，一根叫正极，另一根叫负极，二极管的表示符号是，当二极管的正极接高电势点、负极接低电势点，即加正向电压时，二极管电阻很小（与加反向电压比较），处于导通状态，相当于一个接通的开关;当给二极管加反向电压时，二极管的电阻无穷大，相当于一个断开的开关，这种特性叫二极管的单向导电性，已被广泛应用三、实验器材多用电表一只，干电池一节，电阻箱一个，定值电阻三个，黑箱一个，导线若干四、实验步骤1.用多用电表测电阻的步骤（1）调整定位螺丝，使指针指向电流的零刻度.（2）选择开关置于“Ω”挡的R ×1挡，短接红、黑表笔，调节欧姆调零旋钮，然后断开表笔，再使指针指到“0”欧姆位置.（3）将两表笔分别接触阻值为几十欧的定值电阻两端，读出指示的电阻值，然后断开表笔，再与标定值进行比较.（4）选择开关改置R ×100挡，重新进行欧姆调零.（5）再将两表笔分别接触标定值为几十千欧的电阻两端，读出指示的电阻值，然后断开表笔，与标定值进行比较.（6）测量完毕，将选择开关置于交流电压最高挡或OFF 挡 2.研究二极管的单向导电性（1）将二极管、小电珠、电键、直流电源按如图7-3-57甲所示电路连接起来，闭合电键S 后，小电珠正常发光.图7-3-57（2）将二极管、电键、小电珠等按如图7-3-57乙所示连接起来，闭合电键S 后，小电珠不发光.3.探测黑箱内电路，如图7-3-58所示.图7-3-58（1）操作程序作出初步判断后，再根据各接点间的测量值进行逻辑推理，判断黑箱内有哪些电学元件（电阻、电源、二极管等），最终确定元件的位置和连接方法.（2）操作步骤①机械调零:熟悉多用电表的表面结构，观察使用前指针是否指在刻度线左端0位置，若不指0，调整调零螺丝，使指针指0.②将多用电表选择开关旋转到直流电压挡，并置于500 V量程，用多用电表测量黑箱任意两个接线柱间的电压，若均无示数，说明箱内不含电源.③先选定欧姆挡的某一较小的挡，两表笔短接，进行调零.然后，用欧姆挡测A、B间正反向电阻.若两次所测阻值相等，则表明A、B间只含有电阻.若一次测量电阻值较小，另一次较大，说明A、B间有二极管，且测量阻值较小时，与黑表笔接触的那一端为二极管的正极.④用欧姆挡测B、C间正反接电阻.若两次所测阻值相等，则表明B、C间只含有电阻.若一次测量电阻值较小，另一次较大，说明B、C间有二极管，且测量阻值较小时，与黑表笔接触的那一端为二极管的正极.⑤根据前面所测结果，画出黑箱内电路.⑥使用完毕，将表笔从插孔中拔出，并将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡.五、使用欧姆挡进行测电阻时的注意事项1.为了提高测量的精度，在选择量程范围时，应尽可能使表针指示在满刻度的20%～80%弧长范围内，表针愈靠近刻度线的中点（即满刻度的1/2），测量的准确度愈高.例如，测量1 kΩ左右的电阻，应选择×100挡（这时表针指示在刻度线的中间位置，而不应选择×10或×1k挡（这时表针的指示远离中间位置）.2.每次变换电阻的挡位以后，都要重调欧姆零点，否则测量结果不准确.如果旋动“调零旋钮”已无法使表针到达“0”位，则说明表内电池电压不足，应打开电表背面的电池盒盖板，换上同规格的新电池（注意电池的极性）.3.测量电路中的电阻时，应先切断电源.如果待测电阻有并联支路存在，必须将待测电阻的一端脱开，然后再对它测量，否则电表的读数不是待测电阻的阻值，而是各支路电阻并联后的总阻值.如果电路中有大电容器存在，必须先将电容器放电完毕以后，才能进行测量.4.检查晶体管时，必须使用“×100”或“×1k”挡.不能使用“×1”或“×10 k”挡，因前者电流太大（100 mA左右），后者电压太高（9 V），都可能损坏晶体管.5.使用欧姆挡检查整流元件（晶体二极管）的正负极性时，必须注意到:万用电表内电池的“＋”极是与黑表笔（即表面的“-”插孔）相连的.因此电流是从黑表笔流出，经外接元件后再回到红表笔去.如果忽视这一点，就会引起判断上的错误.6.使用欧姆挡的间歇中，不要让两表笔短路，以免损耗电池.表针长时间偏转，对电表的保养也不利.7.测电阻时，待测电阻要与电源以及其他电阻断开，且不能用手接触表笔.8.用多用电表测黑箱时，一定要先用电压挡判断其内部有无电源，确认无电源后才能使用欧姆挡测量.9.使用完毕，将表笔从插孔中拔出，并将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡 六、误差分析测量值偏大其主要原因可能是表笔与电阻两端接触欠紧而引入接触电阻，或者在连续测量过程中，表笔接触时间过长，引起电表内电池电动势下降，内阻增加.如果是高值电阻的测量值，则可能是人体电阻并入造成.欧姆表的刻度是按标准电池标出，当电池用旧了，电动势和内阻均发生变化，由此引起测量误差.交流与思考:使用欧姆挡，在选取量程时，为什么使指针指在中值电阻附近可提高测量准确度？提示:若指针偏转角度太大，由于读数太小而造成偶然误差增大;若指针偏转角度太小，由于刻度线太密集而使读数不准确，甚至无法读数.所以，只有指针指在中值电阻附近时才比较准确. 重难探究考点 欧姆表（挡）原理（1）原理图:（如图7-3-59所示）图7-3-G 是电流表，内阻为R g ，满偏电流为I g .电池的电动势为E ，内阻为r .电阻R 为可变电阻，也叫调零电阻. （2）欧姆表原理:xg R r R R EI +++=，即I 与R x 一一对应.（3）特点: A.R x ＝0，此时rR R EI g g ++=，指针偏转最大.B.红、黑表笔不接触，I ＝0，指针不偏转，刻度值为∞.C.测电阻R x 时，xg R r R R EI +++=.由于I 和R x 之间不成正比，所以欧姆表刻度是不均匀的.D.测量时被测电阻要与原电路断开.交流与思考:欧姆表的中值电阻与内阻有何关系？由此解释为何每次欧姆表换挡都要调零. 提示:由中内内R R EI R E I g g +==2,，解得R 内=R 中，即中值电阻等于欧姆表的内阻. 若换用不同的挡时，其中值电阻都是不同的，欧姆表对应的内阻也不相同.因此，在不同的挡位时，只有重新调零才能使指针指在满偏位置.【探究】 如图7-3-60所示为欧姆表的原理示意图，其中电流表的满偏电流为300 μA ，内阻R g ＝100 Ω，调零电阻最大阻值R ＝50 k Ω，串联的固定电阻R 0＝50 Ω，电池电动势E ＝1.5 V ，用它测量电阻R x 能准确测量的阻值范围是_________________.图7-3-A.30 k Ω～80 k ΩB.3 k Ω～8 k ΩC.300 k Ω～800 k ΩD.3 000 k Ω～8 000 k Ω解析:当红、黑表笔短接时，根据0R R R r E I g +++=得Ω==+++k 50IER R R r g当指针指在中间时，被测电阻为R x ，则R x =R +R g +R +R 0=5 k Ω使用欧姆挡读数时，指针偏转范围为中中R R 5~5中，即1 k Ω～25 k Ω，所以，选项B 正确. 答案:B 典例精析1.多用电表的应用【例1】 一学生用多用电表测电阻，他在实验中有违反使用规则之处.他的主要实验步骤如下:（1）选择开关扳到欧姆挡“×1 k”上（2）把表笔插入测试笔插孔中，先把两根表笔相接触，旋转调零旋钮，使指针指在电阻刻度的零位上;（3）把两根表笔分别与某一待测电阻的两端相接，发现这时指针几乎满偏; （4）换用“×100”的欧姆挡，发现这时指针的偏转适中，随即记下欧姆数值; （5）把表笔从测试笔插孔中拔出后，就把多用表放回桌上原处，实验完毕. 这个学生在测量时已注意到:待测电阻与其他元件和电源断开，不用手碰表笔的金属杆.这个学生在实验中违反了哪一条或哪一些重要的使用规则？答:____________________________________________________________. 解析:使用欧姆表要注意的地方比较多.使用前要经过调整（机械调零，选择量程后要电阻调零），使用后要复位（拔出表笔，选择开关应置于“OFF”挡或交流高压挡），使用过程中换挡后要重新调零……这些往往都是考查的重点.答案:该题中不符合操作规则的是:换到合适的量程后，要重新调整调零旋钮;使用后不能把选择开关置于欧姆挡.点评:注重多用电表测电阻的原理、实际操作和探索意识，是提高学生实验能力、适应高考要求的有效学习策略. 巩固与拓展多用电表表头的示意图如图7-3-61所示.图7-3-61在正确操作的情况下:（1）若选择开关的位置如灰箭头所示，则测量的物理量是________，测量结果为________. （2）若选择开关的位置如白箭头所示，则测量的物理量是________，测量结果为________. （3）若选择开关的位置如黑箭头所示，则测量的物理量是________，测量结果为________. （4）若选择开关的位置如黑箭头所示，正确操作后发现指针的偏转角很小，那么接下来的正确操作步骤应该依次为:________________________________;________________________________;________________________________.（5）全部测量结束后，应将选择开关拨到________或者________.（6）无论用多用电表进行何种测量（限于直流），电流都应该从________色表笔经________插孔流入电表.答案:（1）直流电压 1.20 V（2）直流电流47 mA（3）电阻17 kΩ（4）换用×1 kΩ倍率，重新调零将红黑表笔分别接触被测电阻的两根引线，读出指针所指刻度再乘以倍率得测量值（5）OFF 交流电压500 V挡位置（6）红正2.使用多用电表探索黑箱内的电学元件【例2】如图7-3-62所示，已知黑箱外有A、B、C三只接线柱，黑箱内有一只定值电阻和一个二极管，它们的两端都直接接在接线柱上.用多用电表依次测三只接线柱间的阻值，结果如下表所示.请判定黑箱内的结构.思路点拨:电阻的正反向电阻相同，二极管的正反向电阻不同，且差距很大.欧姆表的黑表笔接内部电源的正极，红表笔接内部电源的负极.解析:定值电阻阻值与电流方向无关.二极管有单向导电性，其电阻与电流方向有关:其正向电阻较小，反向电阻很大.电流方向总是从红表笔流入多用电表，因此一定是从黑表笔流入被测电路的.A、B间电阻与电流方向无关，因此一定是定值电阻;B、C间电阻与电流方向有关，且阻值较小，说明二极管一定直接接在B、C间且C为正极.答案:黑箱内结构如图7-3-63所示.图7-3-63点评:电学黑箱是指内部要素和结构尚不清楚的系统，其研究方法是用多用电表进行探索和推理，从而发现内部电学元件的连接关系.这类问题解题方法是:（1）根据黑箱的输入、输出信息，用多用电表进行探测和推理;（2）猜想黑箱内与题给条件相容的结构模型;（3）分析、验证是否满足题目有关条件，同时注意是否有多解.。

嘴哆市安排阳光实验学校高二物理选修3—1第三章 第4节 多用电表电路分析与设计上科版【本讲教育信息】 一、教学内容选修3—1 多用电表电路分析与设计二、考点点拨本节课的相关内容在高考的实验考查中可以说是必考内容，是需要重点掌握的内容。

三、跨越障碍 （一）电表的改装 1、电压表的改装（1）将满偏电压为g U 、内阻为g R 的小量程电流表改装成量程为U 的电压表，需要串联一个大电阻。

（2）将量程为g U 、内阻为g R 的小量程电流表改装成量程为U 的电压表，量程扩大倍数为gU Un =，需要串联的电阻为R 串=（n －1）g R（3）改装后的电压表内阻很大，并联在电路中时，可作断路处理。

2、电流表的改装（1）将满偏电流为g I 、内阻为g R 的小量程电流表改装成量程为I 的电流表，需要并联一个小电阻。

（2）将满偏电流为g I 、内阻为g R 的小量程电流表改装成量程为I 的电流表，量程扩大倍数为gI I n =，需要并联的电阻为R 并=1-n R g 。

（3）改装后的电流表内阻很小，串联在电路中时，可作短路处理。

注意：电表的改装原理属于串并联电路特点的应用，改装电路的设计除要遵守串并联电路的规律之外，还要考虑电路的安全性和方便性。

注意：（1）电表改装的问题实际上是串并联电路中电流、电压的计算问题，只要把表头看成一个电阻g R 即可。

（2）无论表头改装成电压表还是电流表，它的三个参量g U 、g I 、g R 是不变的，即通过表头的最大电流并不改变。

（3）电表的校对按图所示的电路对改装成的电表进行校对，校对时注意搞清楚改装后电表刻度盘每一小格表示多大的数值。

（4）电流表、电压表在测量时对电路的影响a ．测电压时，电压表由于并联在电路中，使整个电路的电阻减小，电压表量程越大，内阻越大，测量时对电路的影响越小。

b ．测电流时，电流表由于串联在电路中，使整个电路的电阻增大，电流表量程越大，内阻越小，测量时对电路的影响越小。

3.4多用电表电路分析与设计一、教材分析“多用电表〞是人教版高中物理选修3-1第二章第八节的内容，它是电流表、电压表改装学完后，研究欧姆表的改装问题，又是闭合电路欧姆定律的深化和实际应用，学生通过本节课的学习，既能巩固电学问题的分析思路，加深对闭合电路欧姆定律的理解，激发学生的学习兴趣，培养学生合作、探究、交流能力，具有很重要的实际意义。

二、教学目标1、知识目标(1)知道常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表G(表头)改装而成的，了解电流表(表头)的原理，知道什么是电流表满偏电流和满偏电压；(2)理解表头改装成常用电压表和电流表的原理，会用万用表测量电路元件上的电压、电流、电阻等电学量；(3)会用多用表判断二极管的质量和极性等；(4) 会用多用表查找电路故障。

2、过程与方法(1)通过多用电表原理的分析过程，认识物理学分析、研究实际问题的方法；；(2)经历学会使用多用电表的探究过程，认识科学探究的意义，认识物理实验在物理学发展过程中的作用。

3、情感态度与价值观通过本节课的教学活动，要培养学生的应用意识，培养学生尊重客观事实、理论联系实际、实事求是的科学态度和人生观。

引导学生关心实际问题，获得成功的喜悦，立志于把所学物理知识应用到实际中去。

还要引导学生养成良好的生活习惯，爱护器材，节约能源。

三、教学重点难点重点：(1)将表头G改装成大量程电压表和电流表的原理，理解改装后电压表和电流表的量程的物理意义；(2)学会使用多用电表。

难点：(1)理解改装后电压表和电流表的量程的物理意义；(2)量程的选择。

〔3〕欧姆表刻度的确定四、学情分析1．知识基础分析：①掌握了闭合电路欧姆定律，并已熟练掌握了电路串并联的规律，会利用该定律列式求解相关问题。

②掌握了电流表改装成大量程电流表和电压表的原理和刻度方法。

2．学习能力分析：①学生的观察、分析能力不断提高，能够初步地、独立发现事物内在联系和一般规律的能力。

②具有初步的概括归纳总结能力、逻辑推力能力、综合分析能力。

3.4 多用电表电路分析与设计1．多用电表测电压电路多用电表表头是一个小量程电流表，一般微安电流表的内阻R g 为几百欧姆到几千欧姆，它的满偏电流I g (指针偏转到最大刻度时的电流)为几微安到几十微安。

由欧姆定律可知，它能承受的最大电压U g 仅为几毫伏到几十毫伏。

当把电流表改装为量程为U 的电压表时，应当串联一个电阻R ，该电阻起分压作用，因此叫分压电阻，U ＝U g ＋U R ，即 U ＝I g (R g ＋R )。

预习交流1两只完全相同的灵敏电流计改装成量程不同的电压表V 1、V 2，如将两表串联起来后去测某一线路的电压，则两只表( )。

A ．读数相同B ．指针偏转的角度相同C ．量程大的电压表读数大D ．量程大的电压表读数小 答案：BC2．多用电表测电流电路当把电流表改装成量程为I 的电流表时，应当并联一个电阻，该电阻起分流作用，因此叫分流电阻，I ＝I g ＋I R ，即gg g IR I IR=+。

预习交流2表头改装成量程为I 的电流表后，指针满偏时流过表头的电流是否仍是I g ？用此电流表测量某电流时，若指针在满刻度的一半处，则读数是否为I g /2?答案：表头改装成电流表后，指针满偏时流过表头的电流仍是I g 。

将此改装表测量的电流读数应为I /2而非I g /2，因为此电流应是表头和并联电阻的总电流。

一、将表头改装成电压表(1)利用表头能够测量的最大电流和最大电压分别是多大？ (2)如何将表头改装成电压表？答案：(1)利用表头能够测量的最大电流是I g ，最大电压是U g ＝I g R g 。

(2)将表头改装成电压表①原理：表头G 的额定电压U g 较小，如果用于测电压，其量程太小，要想量度较大的电压，可以给电流表串联一个电阻R ，分担一部分电压，R 称为分压电阻，如图所示。

②分压电阻的计算 由串联电路的特点得：g ggU UR R R =+，解得：R ＝(1)g g U R U -。