第 5 課時(shí) 多用電表 簡單的邏輯電路
基礎(chǔ)知識(shí)歸納
1.多用電表的結(jié)構(gòu)和使用
(1)多用電表由表頭、選擇開關(guān)和測量線路三部分組成(如圖)，表頭是一塊高靈敏度磁電式電流表，其滿偏電流約幾十到幾百毫安.轉(zhuǎn)換開關(guān)和測量線路相配合，可測量交流和直流電流、交流和直流電壓及直流電阻等.
如圖是數(shù)字式多用電表，數(shù)字電表的測量值以數(shù)字形式直接顯示，使用方便.數(shù)字式多用電表內(nèi)部裝有電子電路，這樣可以使電表對(duì)被測電路的影響減小到最小，同時(shí)還可具有多種其他功能.
(2)使用
①使用前應(yīng)查看指針是否指在刻度盤左端零刻線處.如不在，應(yīng)進(jìn)行 機(jī)械調(diào)零��；
②根據(jù)被測物理量及其數(shù)量級(jí)將選擇開關(guān)旋到相應(yīng)的位置.讀數(shù)時(shí)還要注意選用刻度盤上對(duì)應(yīng)的量程刻度；
③使用歐姆擋時(shí)，先選好倍率，再進(jìn)行歐姆調(diào)零.如果指針偏轉(zhuǎn)角度太小(即指針?biāo)傅目潭戎堤?，應(yīng)該增大倍率重新調(diào)零后再測，使指針指到表盤的中央附近；如果指針偏轉(zhuǎn)角度太大(即指針?biāo)傅目潭戎堤?，應(yīng)該減小倍率重新調(diào)零后再測，使指針指到表盤的中央附近.測量中，兩只手不能同時(shí)接觸表筆上的金屬部分.測量完畢后，應(yīng)將選擇開關(guān)扳到OFF擋或交流電壓最高擋；
④不論使用多用電表的哪個(gè)擋，電流總是從多用電表的正接線柱(紅表筆)進(jìn)入電表，而從負(fù)接線柱(黑表筆)流出；
2.簡單的邏輯電路
(1)“與”門電路
①“與”門：如果一個(gè)事件的幾個(gè)條件都滿足后，該事件才能發(fā)生.這種關(guān)系叫做“與”邏輯關(guān)系.具有“與”邏輯關(guān)系的電路稱為“與”門電路，簡稱“與”門.
② “與”邏輯電路
③ “與”門的邏輯符號(hào)
④ “與”門的真值表：
輸入輸出
ABY
000
010
100
111
⑤“與”門反映的邏輯關(guān)系Y＝A×B
(2)“或”門電路
①“或”門：如果幾個(gè)條件中，只要有一個(gè)條件得到滿足，某事件就會(huì)發(fā)生，這種關(guān)系叫做“或”邏輯關(guān)系.具有“或”邏輯關(guān)系的電路叫做“或”門.
②“或”邏輯電路
③“或”門的邏輯符號(hào)
④“或”門的真值表：
輸入輸出
ABY
000
011
101
111
⑤“或”門反映的邏輯關(guān)系Y＝A＋B
(3)“非”門電路
①輸出狀態(tài)和輸入狀態(tài)呈相反的邏輯關(guān)系，叫做“非”邏輯關(guān)系，具有“非”邏輯關(guān)系的電路叫“非”門.
② “非”邏輯電路
③ “非”門的邏輯符號(hào)
④ “非”門的真值表：
輸入輸出
AY
01
10
⑤“非”門反映的邏輯關(guān)系Y＝
重點(diǎn)難點(diǎn)突破
一、歐姆表的原理和使用
歐姆表是依據(jù)閉合電路歐姆定律制成的，原理如圖所示.
當(dāng)紅、黑表筆短接并調(diào)節(jié)R使指針滿偏時(shí)有
Ig＝ ①
如右圖對(duì)應(yīng)刻度：
當(dāng)表筆間接入待測電阻Rx時(shí)，有Ix＝ ②
由①②式得 ③
當(dāng)Rx＝R中時(shí)，Ix＝1/2Ig，指針指在表盤刻度中心，故稱R中為歐姆表的中值電阻，也是歐姆表的內(nèi)阻.
如右圖對(duì)應(yīng)刻度：
由②式可知每一個(gè)Rx都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的電流值Ix，如果在刻度盤上直接標(biāo)出與Ix對(duì)應(yīng)的Rx的值，那么當(dāng)紅、黑表筆分別接觸待測電阻的兩端，就可以從表盤上直接讀出它的阻值.由于電流和電阻的非線性關(guān)系，表盤上電流刻度是均勻的，其對(duì)應(yīng)的電阻刻度是不均勻的，電阻的零刻度在電流滿刻度處.從刻度最右端到正中央間對(duì)應(yīng)的電阻由零變到R中，從中間到最左端對(duì)應(yīng)的電阻由R中變到無限大，所以歐姆表刻度由右到左越來越密.刻度如下：
由①②式解得Ix＝ .因此電池用久后，電動(dòng)勢E變小，Ix變小，指針指示的電阻刻度值偏大，即R測大于R真.
二、用多用電表探測黑箱內(nèi)的電學(xué)元件
1.用直流電壓擋測量黑箱每兩接線柱間的電壓，判斷箱內(nèi)有無電源；
2.若有電源，用直流電流擋測量電流強(qiáng)度，根據(jù)電路規(guī)律，從最小值入手，先推測最小值電路，然后從小到大對(duì)每一電路逐一推測，從而確定黑箱內(nèi)的元件；
3.若無電源，則用多用電表的歐姆擋測量每兩接線柱間的正反向電阻，判斷箱內(nèi)有無電阻、二極管、電容等，然后根據(jù)測量結(jié)果，分析推理箱內(nèi)元件的可能接法.
典例精析
1.多用電表的使用
【例1】(1)用多用電表的歐姆擋測量阻值約為幾十千歐的電阻Rx，以下給出的是可能的操作步驟，其中S為選擇開關(guān)，P為歐姆擋調(diào)零旋鈕，把你認(rèn)為正確的步驟前的字母按合理的順序填寫在下面的橫線上.
a.將兩表筆短接，調(diào)節(jié)P使指針對(duì)準(zhǔn)刻度盤上歐姆擋的零刻度，斷開兩表筆.
b.將兩表筆分別連接到被測電阻的兩端，讀出Rx的阻值后，斷開兩表筆.
c.旋轉(zhuǎn)S使其尖端對(duì)準(zhǔn)歐姆擋×1 k.
d.旋轉(zhuǎn)S使其尖端對(duì)準(zhǔn)歐姆擋×100.
e.旋轉(zhuǎn)S使其尖端對(duì)準(zhǔn)交流500 V擋，并拔出兩表筆 .
根據(jù)圖所示指針位置，此被測電阻的阻值約為 kΩ.
(2)(多選題)下述關(guān)于用多用電表歐姆擋測電阻的說法中正確的是( )
A.測量電阻時(shí)如果指針偏轉(zhuǎn)過大，應(yīng)將選擇開關(guān)S撥至倍率較小的擋位，重新調(diào)零后測量
B.測量電阻時(shí)，如果紅、黑表筆分別插在負(fù)、正插孔，則會(huì)影響測量結(jié)果
C.測量電路中的某個(gè)電阻，應(yīng)該把該電阻與電路斷開
D.測量阻值不同的電阻時(shí)都必須重新調(diào)零
【解析】(1)測量幾十千歐的電阻Rx我們一般選擇較大的擋位先粗測，使用前應(yīng)先進(jìn)行調(diào)零，然后依據(jù)歐姆表的示數(shù)，在更換擋位，重新調(diào)零，再進(jìn)行測量；使用完畢應(yīng)將選擇開關(guān)置于OFF擋或者交流電壓最大擋，拔出表筆.
(2)歐姆擋更換規(guī)律“大小，小大”，即當(dāng)指針偏角較大時(shí)，表明待測電阻較小，應(yīng)換較小的擋位；反之應(yīng)換較大的擋位.電流總是從紅表筆流入從黑表筆流出多用電表，每次換擋一定要進(jìn)行歐姆調(diào)零，測量電阻一定要斷電作業(yè).
【答案】(1)c、a、b、e；30；(2)AC
【思維提升】(1)掌握多用電表測電壓、電流、電阻的方法.
(2)歐姆表中電源的正、負(fù)極和紅、黑表筆正、負(fù)插孔區(qū)別.
【拓展1】下圖為多用電表的示意圖，其中S、K、T為三個(gè)可調(diào)節(jié)的部件，現(xiàn)用此電表測量一阻值約為20 Ω～30 Ω的定值電阻.
(1) 測量的某些操作步驟如下：
①調(diào)節(jié)可調(diào)部件 S 使電表指針停在 刻度盤左端的“0” 位置；
②調(diào)節(jié)可調(diào)部件K，使它尖端指向 Ω×1 位置；
③將紅、黑表筆分別插入“＋”、“－”插孔，筆尖相互接觸，調(diào)節(jié)可調(diào)部件 T ，使電表指針指向 表盤右端電阻刻度的“0” 位置.
(2)在用多用電表測量另一電阻的阻值時(shí)，電表的讀數(shù)如圖所示，該電阻的阻值為 2×104 Ω.
【解析】(1)多用電表在使用前首先要進(jìn)
行“機(jī)械調(diào)零”，即測量前先檢查電表的指針是否停在刻度盤左端的“0”位置，若不在“0”位置，則調(diào)節(jié)表盤下中間部位的調(diào)零螺絲，即上圖中的可調(diào)部件“S”，使指針停在刻度盤左端的“0”位置.測量電阻應(yīng)將圖中選擇開關(guān)K旋至歐姆擋的適當(dāng)擋位，我們已經(jīng)知道，測量時(shí)歐姆表的指針在表盤中間部位時(shí)讀數(shù)較為準(zhǔn)確，由圖可以看出，該歐姆表的表盤中值約為“20”，又待測電阻的阻值為20 Ω～30 Ω，所以應(yīng)選Ω×1擋，這樣測量時(shí)就可使指針指在中間部位了.
選好擋位后就要進(jìn)行歐姆擋的調(diào)零，且每次換擋后都要重新進(jìn)行調(diào)零.調(diào)零時(shí)將紅、黑表筆接觸，調(diào)節(jié)圖中的“歐姆調(diào)零”旋鈕T，使指針指在表盤右端電阻刻度的“0”位置.
(2)圖中表針位置讀數(shù)為“20”，注意到選擇開關(guān)置于“Ω×1 k”的倍率擋，所以所測電阻的阻值為20 kΩ.
2.暗盒內(nèi)部電路的分析
【例2】某暗盒內(nèi)是若干定值電阻連接成的電路.從該電路中引出四個(gè)端鈕1、1′、2、2′，如圖(a)所示.
①當(dāng)2-2′端短接，1-1′端加U1＝9.0 V電壓時(shí)，測得I1＝3.0 A，I2＝3.0 A，方向如圖(b)所示.
②當(dāng)1-1′端短接，2-2′端加U2＝3.0 V電壓時(shí)，測得I1′＝1.0 A，I2′＝1.5 A，方向如圖(c)所示.
(1)在暗盒內(nèi)畫出能滿足上述條件的最簡單的電路并計(jì)算構(gòu)成此電路的各電阻的阻值.
(2)當(dāng)1-1′端接電動(dòng)勢E＝7.0 V，內(nèi)阻r＝1.0 Ω的電源，而2-2′端接RL＝6.0 Ω的負(fù)載時(shí)，如圖(d)所示，該負(fù)載獲得的功率PL是多少？
【解析】(1)能滿足題目條件的最簡單的電路如圖所示.
R1＝ Ω＝3.0 Ω
R2＝ Ω＝6.0 Ω
(2)如圖所示.
I＝ A＝1.0 A
IL＝ I＝0.5 A
PL＝I RL＝0.52×6.0 W＝1.5 W
【思維提升】在分析和解答黑箱問題時(shí)，其外觀表現(xiàn)往往相同，所以不僅答案多種多樣，而且在無條件限制時(shí)，還可能有多解.
【拓展2】“黑盒子”表面有a、b、c三個(gè)接線柱，盒內(nèi)總共有兩個(gè)電子元件，每兩個(gè)接線柱之間只可能連接一個(gè)元件.為了探明盒內(nèi)元件的種類及連接方式，某位同學(xué)用多用電表進(jìn)行了如下探測：
第一步：用電壓擋，對(duì)任意兩接線柱正、反向測量，指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)
第二步：用電阻×100擋，對(duì)任意兩個(gè)接線柱正、反向測量，指針偏轉(zhuǎn)情況如圖1所示.
(1)第一步測量結(jié)果表明盒內(nèi) 不存在電源 .
(2)圖2示出了圖1[1]和圖1[2]中歐姆表指針?biāo)幍奈恢�，其�?duì)應(yīng)的阻值是 1 200 Ω，圖3示出了圖1[3]中歐姆表指針?biāo)幍奈恢�，其�?duì)應(yīng)的阻值是 500 Ω.
(3)請(qǐng)?jiān)趫D4的接線柱間，用電路圖符號(hào)畫出盒內(nèi)的元件及連接情況.
(4)一個(gè)小燈泡與3 V電池組的連接情況如圖5所示.如果把圖5中e、f兩端用導(dǎo)線直接相連，小燈泡仍可正常發(fā)光.欲將e、f兩端分別與黑盒子上的兩個(gè)接線柱相連，使小燈泡仍可發(fā)光.那么，e端應(yīng)連接到 c 接線柱，f端應(yīng)連接到 a 接線柱.
【解析】 (1)不存在電源
(2)1 200,500
(3)如右圖所示.
(4)c，a
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3.多用電表的規(guī)范使用
【例3】某同學(xué)用多用電表測電阻Rx，所用多用電表的歐姆擋有×1、×10、×100、×1 k四擋，他粗測時(shí)用×100擋，調(diào)零后測量時(shí)發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)角度太小，為了獲得較為準(zhǔn)確的測量值，他的正確做法是什么？
【錯(cuò)解】改用×10擋測量 .
【錯(cuò)因】不理解歐姆表測量電阻的原理和操作規(guī)范.
【正解】用×100擋測量時(shí)指針偏轉(zhuǎn)角太小，說明未知電阻的阻值太大，因此正確的做法是把選擇開關(guān)扳到×1 k擋位，再把兩表筆短接，調(diào)節(jié)調(diào)零電阻，使指針指在電阻刻度的零刻度上，然后把兩表筆分別與Rx的兩端相接，方可讀出較準(zhǔn)確的示數(shù).
【答案】把選擇開關(guān)扳到×1 k擋，重新調(diào)零再測量.
【思維提升】空置狀態(tài)的歐姆表指針在“∞”位置，因此指針偏轉(zhuǎn)角度太小.說明待測電阻太大.反之，指針偏轉(zhuǎn)角太大，說明待測電阻太小.這兩種情況都不便于讀出準(zhǔn)確示數(shù)，通常表頭指針指在中間刻度附近，可讀出較準(zhǔn)確數(shù)值.就本題來說很容易忽視換擋后要重新調(diào)零，這是值得注意的問題.
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