普通高中课程标准实验教科书《物理》选修3-1(人教版)第2章第8节“多用电表”中有一个多量程多用电表示意图如图1(见该书第68页)。问:
1.开关S调到哪两个位置上多用电表测量的是电流?
2.调到哪两个位置上多用电表测量的是电压?
3.调到哪两个位置上多用电表测量的是电阻?
4.在测量电流或电压时,两个位置中哪一个的量程比较大?
图1
答:1:1和2; 2:5和6; 3:3和4; 4. 1或6
如何设计一个多量程多用电表并进行调试?
参考某多用表的表盘,如图2,设多用表的表头的量程为1, 内阻为100
,电流表的量程分别为10
和250
,电压表的量程分别为10
和250
,测电阻档分别为
和
,求:多用表中各电阻的阻值和电池的电动势。
图2
一、设计
1.电流表
当开关S接1时,电流表量程为250,
,
当开关S接2时,电流表量程为10,
,
解得:,(取2位小数,下同)
或
,
。
在识别电压档或电阻档时,可以把虚线框内的看作电流表,该电流表的量程为I=10,内阻为R=
,或
, 电压量程为。
2.电压表
当开关接5时,电压表量程为10V,, 解得
;
当开关接6时,电压表量程为250V,, 解得
;
3.欧姆表
当开关接4时,欧姆表为档,中值电阻为
(参见图2),设电池电动势为1.5V,内阻可忽略,当两表笔短接时,则
,
,
当开关接3时,欧姆表为档,中值电阻为
(参见图2),如仍用1.5V电池,则当两表笔短接时,电流仅为
,电流表不能达到满偏,设电池电动势为15V,内阻可忽略,当两表笔短接时,则,
。
将以上计算结果填入电路中,如图3
图3
二、实验调试
1.电流表
设置电流为的电路,如电池电动势为1.5V,无内阻,接一个150
的电阻,如图4所示。
图4
把开关S接档,把上述电路断开,接在多用电表的的+、-表笔间,如图5所示,由于接入多用表后改变了待测电路的电流,要重新调整待测电路的电阻,使电流仍为
,从图5看到,此时电阻已调到140
。表头读数为1
,可换算为10
。
图5
把开关S接
档,把上述电路断开,接在多用电表的的+、-表笔间,如图6所示,由于接入多用表后改变了待测电路的电流,要重新调整待测电路的电阻,使电流仍为,从图6看到,表头读数为40
, 可换算为10
.
图6
2.电压表
把开关S接10V档,在电压表的+、-表笔间接入一个电动势为9V、内阻不计的电池,表头的读数为900,如图7所示。因为表头的读数为1mA时,作为电压表的读数为10V,所以此时,电压表的读数为9V。
图7
把开关S接250V档时,用来测同一电池,表头的读数为36,如图8,作为电压表,读数应为
,正确。
图8
3.欧姆表
电阻档:把开关S接
档,把欧姆表的+、-表笔短接,调整电阻R4,使电流表读数为满偏电流1mA, 此时电阻为
,如图9所示。
图9
在欧姆表的+、-表笔间接入一个阻值为150的电阻,调节电阻
,使表头的读数为500
,此时
,如图10所示。因为表头的读数正好为满偏电流1mA的一半,所作为欧姆表的读数为中值电阻150
,正确。
图10
用同样的方法,把开关S接的电阻档,首先把两表笔短接,电流表正好满偏,当把1500
的电阻接在两表笔之间时,表头的读数为500
,如图11,作为欧姆档,就是1500
了,正确。
图11
这样,一个多量程多用电表就完成了,它的结构如图12所示。
图12
还可以做成量程更多、用途更广的多用表,原理和方法相同。
如果表头的满偏电流和内阻变化,其它电阻的阻值也发生变化,计算方法是一样的。
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