2018-2019學年高中物理 第3章 從電表電路到集成電路 3.4 多用電表電路分析與設計學案 滬科版選修3-1.doc

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3.4　多用電表電路分析與設計 學 習 目 標 知 識 脈 絡 1.掌握多用電表中測量電壓電路的設計原理，知道多用電表測電壓電路的組成．(重點) 2．掌握多用電表中測量電流電路的設計原理，知道多用電表測電流電路的組成．(重點) 3．學會分壓電阻和分流電阻阻值的計算．(重點、難點) [自 主 預 習探 新 知] [知識梳理] 一、多用電表測電壓電路 1．多用電表的表頭 2．電路設計 (1)電路組成：由表頭和分壓電阻組成． 圖341 (2)分壓電阻的確定：根據串聯(lián)電路的特點 U＝Ug＋UR，即U＝Ig(Rg＋R)可得R＝－Rg. 二、多用電表測電流電路 1．原理和電路組成 當把電流表表頭改裝成量程為I的電流表時，應當并聯(lián)一個電阻，該電阻起分流作用，因此叫分流電阻，I＝Ig＋IR，即I＝Ig＋. 圖342 2．分流電阻的計算 R＝. [基礎自測] 1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“”．) (1)多用電表測電壓的電路就是表頭和適當?shù)碾娮璨⒙?lián)．() (2)多用電表表頭串聯(lián)的電阻越大，電壓表的量程越大．(√) (3)分壓電阻的阻值等于電壓表的量程與滿偏電流的比值．() (4)多用電表測電流的電路表頭應和適當?shù)碾娮璨⒙?lián)．(√) (5)若將分流電阻并聯(lián)在電流表兩端改裝成電流表后，分流電阻和電流表兩端的電壓相等．(√) (6)多用電表的電流表分流電阻上的電流和表頭上的電流相等．() 【提示】　 (1)　多用電表測電壓電路表頭和分壓電阻串聯(lián)． (3)　分壓電阻的阻值等于量程與滿偏電流的比值減去表頭內阻． (6)　分流電阻和表頭并聯(lián)．兩者電流不相等． 2．電流表的內阻是Rg＝200 Ω，滿刻度電流值是Ig＝500 μA，現(xiàn)欲把這電流表改裝成量程為3.0 V的電壓表，正確的方法是(　　) 【導學號：69682159】 A．應串聯(lián)一個1 800 Ω的電阻 B．應并聯(lián)一個0.1 Ω的電阻 C．應串聯(lián)一個5 800 Ω的電阻 D．應并聯(lián)一個1 800 Ω的電阻 C　[把電流表改裝成3 V的電壓表需要串聯(lián)分壓電阻，分壓電阻阻值為：R＝－Rg＝ Ω－200 Ω＝5 800 Ω.] 3．(多選)如圖343所示為一能夠測電流和電壓的兩用電表，以下說法正確的是(　　) 圖343 A．若開關S1和S2都閉合，它是一個電壓表 B．若開關S1和S2都閉合，它是一個電流表 C．若開關S1和S2都斷開，它是一個電流表 D．若開關S1和S2都斷開，它是一個電壓表 BD　[當S1、S2都閉合時，R1被短路，R2和表頭并聯(lián)，為電流表電路，A錯誤，B正確．當S1、S2都斷開時，R2被斷路，表頭和R1串聯(lián)，為電壓表電路，C錯誤，D正確．] [合 作 探 究攻 重 難] 將電流表改裝成電壓表的方法 1．電路原理 圖344 如果給小量程電流表串聯(lián)一個分壓電阻，就可以用來量度較大的電壓．因此電壓表就是一個串聯(lián)了分壓電阻的電流表，如圖344所示． 2．分壓電阻的計算 由串聯(lián)電路的特點U＝IgRg＋IgR 解得：R＝－Rg＝(－1)Rg 若電壓表擴大量程的倍數(shù)n＝，則R＝(n－1)Rg. 3．規(guī)律總結 電壓表的內阻RV＝＝Rg＋R，電壓表量程越大，其分壓電阻越大，電壓表內阻RV 越大．通常不做特別說明，都認為電壓表內阻無窮大． 　有一個電流表G，內電阻Rg＝10 Ω，滿偏電流Ig＝3 mA.要把它改裝成量程為0～3 V的電壓表，應該串聯(lián)一個多大的電阻？改裝后電壓表的內電阻是多大？ 思路點撥：解答本題可以按照以下思路進行分析： 【解析】　電流表的滿偏電壓為： Ug＝IgRg＝310－310 V＝0.03 V 串聯(lián)電阻需承擔的電壓為： U′＝U－Ug＝3 V－0.03 V＝2.97 V 串聯(lián)電阻的阻值： R＝＝＝990 Ω 改裝后的內阻為： Rv＝R＋Rg＝1 000 Ω. 【答案】　990 Ω　1 000 Ω 改裝電壓表的兩個關鍵點 (1)將電流表改裝為量程較大的電壓表，需串聯(lián)一個阻值較大的分壓電阻． (2)改裝的電壓表量程為電流表滿偏電壓的n倍，則需串聯(lián)的分壓電阻為表頭內阻的n－1倍． [針對訓練] 1．把一只量程為10 mA、內阻為100歐的電流表改裝成一只量程為10 V的電壓表，則應該給這只電流表(　　) 【導學號：69682160】 A．串聯(lián)一個阻值為900歐的電阻 B．串聯(lián)一個阻值為100歐的電阻 C．并聯(lián)一個阻值為900歐的電阻 D．并聯(lián)一個阻值為100歐的電阻 A　[串聯(lián)電阻R＝－100 Ω＝900 Ω.] 2．如圖345所示為一雙量程電壓表的示意圖．已知電流表G的量程為0～100 μA，內阻為600 Ω，則圖中串聯(lián)的分壓電阻R1＝________ Ω，R2＝________ Ω. 圖345 【解析】　 【答案】　4.94104　1.0105 擴大電流表的量程 1．電流表改裝的原理 圖346 給小量程電流表并聯(lián)一個分流電阻，就可以用來量度較大的電流，即擴大了電流表的量程，如圖346所示． 2．分流電阻的計算 由并聯(lián)電路的特點：IgRg＝(I－Ig)R 解得：R＝＝ 因為電流擴大量程的倍數(shù)n＝，所以R＝. 　如圖347所示，其中電流表A的量程為0.6 A，表盤均勻劃分為30個小格，每一小格表示0.02 A；R1的阻值等于電流表內阻的；R2的阻值等于電流表內阻的2倍，若用電流表A的表盤刻度表示流過接線柱1的電流值，則下列分析正確的是(　　) 圖347 A．將接線柱1、2接入電路時，每一小格表示0.04 A B．將接線柱1、2接入電路時，每一小格表示0.02 A C．將接線柱1、3接入電路時，每一小格表示0.06 A D．將接線柱1、3接入電路時，每一小格表示0.01 A 思路點撥：①將1、2接入電路，將電流表量程擴大為原來的3倍． ②將1、3接入電路，將電流表改裝成了電壓表． C　[將接線柱1、2接入電路時，通過R1的電流是通過電流表的2倍，每一小格表示0.02 A＋0.04 A＝0.06 A，選項A、B錯誤；將接線柱1、3接入電路時，通過R1的電流仍然是通過電流表的2倍，每一小格仍然表示0.06 A，選項C正確，選項D錯誤．] 電表改裝問題的三點提醒 (1)無論表頭G改裝成電壓表還是電流表，它的三個特征量Ug、Ig、Rg是不變的，即通過表頭的最大電流Ig并不改變． (2)電表改裝的問題實際上是串、并聯(lián)電路中電流、電壓的計算問題，只要把表頭G看成一個電阻Rg即可，切記通過表頭的滿偏電流Ig是不變的． (3)改裝后的電壓表的表盤上顯示的是表頭和分壓電阻兩端的總電壓，改裝后的電流表表盤上顯示的是通過表頭和分流電阻的總電流． [針對訓練] 3．磁電式電流表(表頭)最基本的組成部分是磁鐵和放在磁鐵兩極之間的線圈，由于線圈的導線很細，允許通過的電流很弱，所以在使用時還要擴大量程．已知某一表頭G，內阻Rg＝30 Ω，滿偏電流Ig＝5 mA，要將它改裝為量程為0～3 A的電流表，所做的操作是(　　) 【導學號：69682161】 A．串聯(lián)一個570 Ω的電阻 B．并聯(lián)一個570 Ω的電阻 C．串聯(lián)一個0.05 Ω的電阻 D．并聯(lián)一個0.05 Ω的電阻 D　[要使電流表量程變?yōu)? A，則流過并聯(lián)電阻的電流I＝(3－0.005) A＝2.995 A；并聯(lián)部分的電壓U＝Igrg＝0.00530 V＝0.15 V，則需要并聯(lián)的電阻r＝＝ Ω＝0.05 Ω，所以D正確．] 4．一量程為0.6 A的電流表，其刻度盤如圖348所示，若此電流表的兩端并聯(lián)一個電阻，其阻值等于該電流表內阻，使其成為一個新的電流表，則新電流表的量程為________，用新電流表去測電流時，指針如圖所示．電路中的電流為________． 圖348 【解析】　并聯(lián)電阻等于電流表的內阻，當電流表滿偏時，通過并聯(lián)電阻的電流也是0.6 A，故整個并聯(lián)電路的總電流為1.2 A，即為新電流表的量程．指針的示數(shù)為1.00 A. 【答案】　1.2 A　1.00 A [當 堂 達 標固 雙 基] 1．(多選)以下關于電流表與電壓表的說法中，正確的是(　　) A．都是電流表G與電阻并聯(lián)改裝而成的 B．都是電流表G與電阻串聯(lián)改裝而成的 C．它們本身都有內阻，只是電流表的內阻一般很小，而電壓表的內阻一般很大 D．電流表的內阻肯定比用來改裝的電流表G的內阻小，而電壓表的內阻肯定比用來改裝的電流表G的內阻大 CD　[把電流表G改裝成量程較大的電流表時，是給電流表G并聯(lián)一個分流電阻，而把電流表G改裝成電壓表時，是給電流表G串聯(lián)一個分壓電阻，故A、B選項錯誤．由于串聯(lián)總電阻大于每一個電阻，并聯(lián)總電阻小于每個電阻，故C、D選項正確．] 2．(多選)如圖349所示，甲、乙兩個電路，都是由一個靈敏電流表G和一個變阻器R組成，下列說法正確的是(　　) 【導學號：69682162】 甲　　　　　　乙 圖349 A．甲表是電流表，R增大時量程增大 B．甲表是電流表，R增大時量程減小 C．乙表是電壓表，R增大時量程增大 D．乙表是電壓表，R增大時量程減小 BC　[由電流表原理可知甲為電流表，且R增大時，干路電流減小，量程減小，B正確．乙為電壓表，且R越大，量程U＝Ig(Rg＋R)越大，C正確．] 3．將兩只完全相同的表頭改裝成量程不同的兩只電壓表，串聯(lián)后接入電路中，則(　　) A．兩表的示數(shù)相同 B．兩表的示數(shù)不同，量程大的電壓表示數(shù)較小 C．兩表的指針的偏角相同 D．兩表的指針的偏角不同，量程大的電壓表指針偏角較大 C　[等效電路如圖所示． 通過兩表的電流相等，所以指針偏轉角相等，改裝時串聯(lián)的電阻不同，所以兩表的示數(shù)不同，量程大的電壓表示數(shù)較大，故選C.] 4．一個電流表的電阻RA為0.18 Ω，最大量程為10 A，刻度盤分為100個刻度．現(xiàn)將其最大量程擴大為100 A，需并聯(lián)一個多大的電阻，此時刻度盤每個刻度表示多少A？新的電流表的內阻多少Ω？ 【導學號：69682163】 【解析】　擴大電流表的量程，需要并聯(lián)一個分流電阻，電路如圖． 解法一：分流電阻為：R＝＝0.02 Ω， 擴大后每個刻度表示的電流值為：I0＝＝1 A， 擴大后電流表的內阻為R與RA的并聯(lián)電阻：R內＝＝0.018 Ω. 解法二：擴大的倍數(shù)為n＝＝10， 分流電阻為R＝＝0.02 Ω， 擴大后每個刻度表示電流值為I0＝＝1 A. 擴大后電流表的內阻為： R內＝＝Ω＝0.018 Ω. 【答案】　0.02　1　0.018