实验十二　练习使用多用电表—2021高中物理一轮复习学案

实验十二　练习使用多用电表

ZHI SHI SHU LI ZI CE GONG GU　,知识梳理·自测巩固

一、实验目的

1．了解多用电表的构造和原理，掌握多用电表的使用方法。

2．会使用多用电表测电压、电流及电阻。

3．会用多用电表探索黑箱中的电学元件。

二、实验原理

欧姆表的外部构造如图甲，内部结构如图乙所示。G是内阻为Rg、满偏电流为Ig的电流表(表头)，R是可变电阻，也叫调零电阻，电池的电动势是E，内电阻是r。欧姆表的原理是闭合电路欧姆定律。

红、黑表笔接触时，相当于被测电阻Rx＝0，调节R使电流达到满偏，此时满足关系Ig＝，这一过程叫欧姆调零，所以电流满刻度处是电阻挡的零点。

红、黑表笔不接触时，相当于被测电阻Rx＝∞，此时电流为零，所以电流的零刻度位置是电阻挡的∞。

红、黑表笔接触电阻Rx时，通过电流表的电流Ix＝，所以电流的Ix处对应电阻挡的Rx值。

注意：Rx＝R＋Rg＋r时Ix＝，指针半偏，所以欧姆表的内阻等于中值电阻。

三、实验步骤

(1)在用多用电表的欧姆挡进行测量的过程中，需要先进行欧姆调零再进行测量，具体的过程用流程图可表示为：

(2)探索黑箱内的电学元件

四、注意事项

(1)红进黑出：表内电源正极接黑表笔，负极接红表笔。无论用多用电表测电压、电流还是电阻(结合内部结构图看)，电流都要经红表笔(正插孔)流入多用电表，从黑表笔流出。可以简记为“红进黑出”。

(2)区分两个“零点”：机械零点是表盘刻度左侧的“0”位置，调整的是定位螺丝；欧姆零点是刻度盘右侧的“0”位置，调整的是欧姆调零旋钮。

(3)测电压时，多用电表应与被测元件并联；测电流时，多用电表应与被测元件串联。

(4)勿忘欧姆调零：测电阻时，要选择合适的挡位，使指针分布在“中值”附近，每变换一次挡位，都要重新进行欧姆调零。

(5)使用多用电表时，手不能接触测试笔的金属杆。

(6)测量电阻时，待测电阻要与其他元件及电源断开，否则不但影响测量结果，甚至可能损坏电表。

(7)多用电表使用完毕，应将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡。如果长期不用欧姆表，应把表内电池取出。

五、误差分析

1．系统误差：

(1)电池用旧后，电动势会减小，致使电阻测量值偏大，要及时更换新电池。

(2)测电流、电压时，由于电表内阻的影响，测得的电流、电压值均小于真实值。

2．偶然误差：

(1)欧姆表的表盘刻度不均匀，估读时易带来误差，要注意其左密右疏特点。

(2)读数时的观测易形成偶然误差，要垂直表盘正对指针读数。

HE XIN KAO DIAN ZHONG DIAN TU PO　,核心考点·重点突破

　　　　考点一 多用电表的使用及读数

例1 (2020·黑龙江哈尔滨月考)(1)用多用电表准确测量了一个10 Ω的电阻后，需要继续测量一个阻值大约为3 kΩ的电阻，在用红、黑表笔接触这个电阻两端之前，以下哪些操作是必要的？请选择其中有用的，按操作顺序写出：DCA。

A．调节欧姆调零旋钮使表针指着欧姆零点

B．用螺丝刀调节表盘下中间部位的调零螺丝，使表针指零

C．将红表笔和黑表笔短接

D．把选择开关旋转到电阻×100位置

(2)如图所示为一正在测量中的多用电表表盘。

①如果是用电阻×10挡测量电阻，则读数为60 Ω。

②如果是用直流10 mA挡测量电流，则读数为7.1 mA。

③如果是用直流5 V挡测量电压，则读数为3.55 V。

[解析]　本题考查多用电表的操作和读数。

(1)用多用电表测电阻时，指针指在表盘中央附近时测量比较准确，多用电表先测10 Ω的电阻，再测量阻值大约是3 kΩ的电阻，应换为电阻×100倍率，因此接下来的操作为把选择开关旋转到电阻×100位置，将红表笔和黑表笔短接，重新进行欧姆调零，即D、C、A。

(2)①欧姆表读数方法为表盘上的读数×倍率，则读数为6×10 Ω＝60 Ω；②用直流10 mA挡测量电流，则读数为7.1 mA；③用直流5 V挡测量电压，则读数为3.55 V。

方法总结：

欧姆表刻度盘特点及读数技巧

(1)欧姆表刻度盘不同于电压、电流刻度盘

①左∞右0：电阻无限大与电流、电压零刻度重合，电阻零刻度与电流、电压最大刻度重合。

②刻度不均匀：左密右疏。

③欧姆挡是倍率挡，即读出的示数应再乘以该挡的倍率。电流、电压挡是量程范围挡。

在不知道待测电阻的估计值时，应先从小倍率开始，熟记“偏角小换大倍率，偏角大换小倍率”(因为欧姆挡的刻度盘上越靠左读数越大，且测量前指针指在左侧“∞”处)。

(2)读数技巧

①为了减小读数误差，指针应指在表盘到的部分，即中央刻度附近。

②除非指针所在刻度盘处每个小格表示1Ω时，要估读到下一位，其余情况都不用估读。

③电阻值等于指针示数与所选倍率的乘积。

〔类题演练1〕

　(2019·湖北四地七校期末)某型号多用电表欧姆挡的电路原理图如图甲所示。微安表G是欧姆表表头，其满偏电流Ig＝500 μA，内阻Rg＝950 Ω。电源电动势E＝1.5 V，内阻r＝1 Ω。电阻箱R1和电阻箱R2的阻值调节范围均为0～9 999 Ω。

(1)甲图中的a端应与红(填“红”或“黑”)表笔连接。

(2)某同学将图甲中的a、b端短接，为使微安表G满偏，则应调节R1＝2_049 Ω；然后在a、b端之间接入一电阻Rx后发现微安表半偏，则接入的电阻值为Rx＝3_000 Ω。

(3)如图乙所示，该同学将微安表G与电阻箱R2并联，利用该电路图组装一个×100倍率的欧姆表，要求欧姆表的表盘刻度示意图如图丙所示，其中央刻度标“15”，则该同学应调节R2＝950 Ω；用此欧姆表测量一个阻值约2 000 Ω的电阻，测量前应调节R1＝1_024 Ω。

[解析]　本题考查多用电表欧姆挡原理。

(1)根据多用电表电流红进黑出可知a端接红表笔。

(2)欧姆调零时根据闭合电路的欧姆定律Ig＝，解得R1＝－(Rg＋r)＝2 049 Ω；当接入Rx后，电流为满偏的一半，则＝，可得Rx＝Rg＋r＋R1＝3 000 Ω。

(3)因欧姆表的中央刻度为15，倍率为“×100”，则欧姆表的内阻RΩ＝15×100 Ω＝1 500 Ω，故调零时的满偏电流为I＝＝1×10－3 A，表头和R2并联改装为电流表，由并联分流电压相等IgRg＝(I－Ig)R2，解得R2＝950 Ω；改装后的欧姆表需要进行欧姆调零，则RΩ＝1 500 Ω＝＋R1＋r，解得R1＝1 024 Ω。

　　　　考点二 多用电表判断电路故障

多用电表对电路故障的检测

高中阶段对电路故障的考查只限于断路和短路两种，且故障一般只有一处。

(1)断路故障的检测方法

①将多用电表拨到电压挡作为电压表使用。

a．将电压表与电源并联，若电压表示数不为零，说明电源良好，若电压表示数为零，说明电源损坏。

b．在电源完好时，再将电压表与外电路的各部分电路并联。若电压表的示数为零，则说明该部分电路完好，若电压表示数等于电源电动势，则说明该部分电路中有断点。

②用直流电流挡

将电流表串联在电路中，若电流表的示数为零，则说明与电流表串联的部分电路断路。

③用欧姆挡检测

将各元件与电源断开，然后接到红黑表笔间，若有阻值(或有电流)说明元件完好，若电阻无穷大(或无电流)说明此元件断路。不能用欧姆表检测电源的情况。

(2)短路故障的检测方法

①将电压表与电源并联，若电压表示数为零，说明电源被短路；若电压表示数不为零，则外电路的部分电路不被短路或不完全被短路。

②用电流表检测，串联在电路中的电流表若示数不为零，故障应是短路。

例2 (2019·山东新泰二中月考)如图所示的电路中，1、2、3、4、5、6为连接点的标号。在开关闭合后，发现小灯泡不亮。现用多用电表检查电路故障，需要检测的有电源、开关、小灯泡、3根导线以及电路中的各连接点。

(1)在连接点1、2已接好的情况下，应当选用多用电表的电压挡，进行检查。

(2)在连接点1、2同时断开的情况下，应当选用多用电表的欧姆挡，进行检查。

(3)在各接点接好且开关闭合情况下，若测得3、4两点间的电压接近电源的电动势，则表明小灯泡断路。

[解析]　本题考查用多用电表检查电路故障。

(1)在1、2两点接好的情况下，选电流挡易造成表头烧坏、电源短路，选欧姆挡需要与外电源断开，故应选用多用电表的电压挡进行检查。

(2)在1、2同时断开的情况下，应选用多用电表欧姆挡进行检查，直接测量某段电路的电阻即可。

(3)在开关闭合情况下，若测得3、4两点间的电压接近电源的电动势，则表明小灯泡断路。

方法总结：

使用多用电表检测故障的方法及注意事项

(1)如闭合开关，电路中存在电源，应用多用电表的直流电压挡检查故障；如电路中没有电源，可以用多用电表的欧姆挡检查灯泡或导线的故障。

(2)多用电表中的电压挡的量程应大于电源电动势。

(3)使用多用电表判断电路故障时，应采用“试触法”防止损坏电表。

(4)电流应从红表笔流入多用电表，从黑表笔流出多用电表。

〔类题演练2〕

　在如图甲所示的电路中，4节干电池串联，小灯泡A、B的规格为“3.8 V　0.3 A”。合上开关S后，无论怎样移动滑片，A、B灯都不亮。

(1)用多用电表的直流电压挡检查故障。

①选择开关置于下列量程的B挡较为合适(用字母序号表示)；

A．2.5 V  B．10 V

C．50 V  D．250 V

②测得c、d间电压约为5.8 V，e、f间电压为0，则故障是A。

A．A灯丝断开  B．B灯丝断开

C．d、e间连线断开  D．B灯被短路

(2)接着练习使用欧姆表的“×1”挡测电阻，欧姆表经过“欧姆调零”，

①测试前，一定要将电路中的开关S断开；

②测c、d间和e、f间电阻时，某次测试结果如图乙所示，读数为6.0 Ω，此时测量的是e、f间电阻。根据小灯泡的规格计算出的电阻为12.7 Ω。

[解析]　(1)①由于4节干电池串联后电动势为6 V，电压表量程应选10 V，B正确。

②灯泡不亮，说明电路断路或短路，电压表接c、d端时有示数且接近电源电动势，说明有电流通过电压表，c、d间以外其他部分电路接通，电压表接e，f时无示数，说明c、d间灯泡断路，A正确。

(2)①使用欧姆表时一定要将被测电阻从电路中断开，故填“断开”。

②温度高时灯丝的电阻大，计算出的电阻是灯丝温度高时的电阻(或测量出的电阻是常温下的电阻)。欧姆表读数应该为6.0 Ω。由于A灯泡断路，电阻无穷大，而欧姆表示数为6.0 Ω，说明测量的应该是e、f间电阻。由R＝可求得电阻约为12.7 Ω。

2 NIAN GAO KAO MO NI XUN LIAN　,2年高考·模拟训练

1．(2019·全国卷Ⅲ，23)某同学欲将内阻为98.5 Ω、量程为100 μA的电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准，要求改装后欧姆表的15 kΩ刻度正好对应电流表表盘的50 μA刻度。可选用的器材还有：定值电阻R0(阻值14 kΩ)，滑动变阻器R1(最大阻值1 500 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值500  Ω)，电阻箱(0～99 999.9 Ω)，干电池(E＝1.5 V，r＝1.5 Ω)，红、黑表笔和导线若干。

图(a)

(1)欧姆表设计

将图(a)中的实物连线组成欧姆表。欧姆表改装好后，滑动变阻器R接入电路的电阻应为900 Ω；滑动变阻器选R1(填“R1”或“R2”)。

[答案]　

(2)刻度欧姆表表盘

通过计算，对整个表盘进行电阻刻度，如图(b)所示。表盘上a、b处的电流刻度分别为25和75，则a、b处的电阻刻度分别为45、5。

图(b)

(3)校准

红、黑表笔短接，调节滑动变阻器，使欧姆表指针指向0 kΩ处；将红、黑表笔与电阻箱连接，记录多组电阻箱接入电路的电阻值及欧姆表上对应的测量值，完成校准数据测量。若校准某刻度时，电阻箱旋钮位置如图(c)所示，则电阻箱接入的阻值为35_000.0 Ω。

图(c)

[解析]　(1)欧姆表的中值刻度为欧姆表的内阻，即r＋R0＋RA＋R＝15 kΩ，解得R＝900 Ω。由于滑动变阻器R2的最大阻值为500 Ω，所以滑动变阻器选R1。

(2)根据闭合电路欧姆定律，得Ia＝和Ib＝，代入数据解得Ra＝45 kΩ，Rb＝5 kΩ。

(3)使用欧姆表测量电阻时，首先要进行电阻调零，此时应将红、黑表笔短接，调整滑动变阻器，使欧姆表指针指在0 kΩ上。

电阻箱的阻值为(0.1×0＋1×0＋10×0＋100×0＋1 000×5＋10 000×3) Ω＝35 000.0 Ω。

2．(2019·吉林长春外国语期末)图甲为多用电表的示意图，其中S、K、T为三个可调节的部件，现用此电表测量一阻值约2 000 Ω的定值电阻的阻值。测量的某些操作步骤如下：

(1)首先应该进行机械调零， 调节可调部件S，使电表指针停在左侧零刻线位置。

(2)调节可调部件K，使它的尖端指向×100位置。

(3)将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔，笔尖相互接触，调节可调节部件T，使电表指针停在右侧零刻线位置。

(4)将红、黑表笔笔尖分别接触待测电阻的两端，当指针稳定后，表头的示数如图乙所示，则该电阻的阻值为2_200 Ω。

(5)测量完毕，应调节可调部件K，使它的尖端指向OFF或交流500 V位置。

[解析]　本题考查多用电表测电阻的步骤。

(1)多用电表使用前应该进行机械调零，调节可调部件S，使电表指针停在左侧零刻度线位置。

(2)用多用电表测电阻时，指针指在表盘中央附近时测量比较准确，由于被测阻值约为2 000 Ω，故应选用电阻×100挡，则调节可调部件K，使它的尖端指向×100位置。

(3)将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔，笔尖相互接触，调节可调部件T，进行欧姆调零，使电表指针停在右侧零刻度线位置。

(4)该电阻的阻值为22×100 Ω＝2 200 Ω。

3．(2020·重庆一诊)在做“练习使用多用电表”实验时，有A、B两个完全相同的多用电表(表盘上方正中刻度值为15)，某学习小组利用A表测B表直流100 mA挡的内阻，具体操作如下：

(1)将多用电表A选择旋钮置于欧姆挡×1，并进行欧姆调零，将多用电表B选择旋钮置于直流100 mA挡，并与定值电阻R＝10 Ω串联，如图甲所示，则多用电表A的红表笔应接a(填“a”或“b”)。

(2)该学习小组正确连接电路后，观察到多用电表A示数如图乙，其读数为20 Ω，多用电表B示数如图丙，其读数为80 mA，则B表直流100 mA挡的内阻为10 Ω。

(3)学习小组发现，利用(2)所测数据，还可计算出多用电表A所用电源电动势E＝2.8 V(计算结果保留两位有效数字)。

[解析]　本题考查多用电表的使用方法和多用电表内部电池电动势的测量。

(1)多用电表所有的测量都满足电流红进黑出，故多用电表A的红表笔应接a。

(2)A表作为欧姆表，读数为20×1 Ω＝20 Ω；乙表选择的是直流100 mA挡，则读数为80 mA，A表测出了两表笔间的电阻，则20 Ω＝Rx＝R0＋RA，故RA＝10 Ω。

(3)A表的中间数字为15，可知A欧姆表的内阻RΩ＝15×1 Ω＝15 Ω，由闭合电路欧姆定律得E＝I(RΩ＋Rx)，其中I＝80 mA，Rx＝20 Ω，解得E＝2.8 V。

4．(2019·广西联考)某同学欲将电流表改装为两用电表，即中央刻度为15的×1挡的欧姆表及量程为0～12 V的电压表，实验室可提供的器材有

A．一节全新的5号干电池E(电动势1.5 V，内阻不计)

B．电流表A1(量程0～100 mA，内阻为2.5 Ω)

C．电流表A2(量程为0～0.6 A，内阻为0.2 Ω)

D．滑动变阻器R1(0～30 Ω)

E．滑动变阻器R2(0～3 Ω)

F．定值电阻R3(阻值117.5 Ω)

G．定值电阻R4(阻值120 Ω)

H．定值电阻R5(阻值12 Ω)

I．单刀双掷开关S，一对表笔及若干导线

(1)图中a为黑(填“红”或“黑”)表笔，测量电压时应将开关S扳向2(填“1”或“2”)。

(2)电流表应选用B(填“B”或“C”)，滑动变阻器应选用D(填“D”或“E”)定值电阻R应选F(填“F”“G”或“H”)。

(3)在正确选用器材的情况下，正确连接好实验电路若电流表满偏电流为Ig，则电阻刻度盘上指针指在Ig处应标上45(填写具体数值)。

[解析]　本题考查电流表改装为电压表和欧姆表。

(1)A与内部电源的正极相连，则为黑表笔；电流表与定值电阻串联为改装后的电压表，则测量电压时应将开关S扳向2。

(2)电流表的满偏电流Ig＝ A＝0.1 A，故电流表应选用B；欧姆表的内阻为15 Ω，则滑动变阻器的最小值为15 Ω－2.5 Ω＝12.5 Ω，故应选用D；定值电阻R＝－Rg＝ Ω－2.5 Ω＝117.5 Ω，则R应选用F。

(3)当电流表满偏时Ig＝；当指针指到Ig时，Ig＝，解得Rx＝3R内＝45 Ω。