高考物理一轮复习第8章恒定电流实验11练习使用多用电表学案

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1．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。
2．实验原理
(1)欧姆表内部电路简化如图所示。
(2)根据闭合电路欧姆定律：
①当红、黑表笔短接时，Ig＝eq \f(E,Rg＋R＋r)；
②当被测电阻Rx接在红、黑表笔两端时，I＝eq \f(E,Rg＋R＋r＋Rx)；
③当I中＝eq \f(1,2)Ig时，中值电阻R中＝Rg＋R＋r。
3．实验器材
多用电表、电学黑箱、直流电源、开关、导线若干、小灯泡、二极管、定值电阻(大、中、小)三个。
4．实验步骤
(1)观察：观察多用电表的外形，认识选择开关的测量项目及量程。
(2)机械调零：检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的零位置。若不指零，则可用小螺丝刀进行机械调零。
(3)将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔。
(4)测量小灯泡的电压和电流。
①按如图甲所示的电路图连好电路，将多用电表选择开关置于直流电压挡，测小灯泡两端的电压。
甲 乙
②按如图乙所示的电路图连好电路，将选择开关置于直流电流挡，测量通过小灯泡的电流。
(5)测量二极管的单向导电性
如图甲所示，晶体二极管具有单向导电性(符号上的箭头表示允许电流通过的方向)。当给二极管加正向电压时，它的电阻很小，电路导通，如图乙所示；当给二极管加反向电压时，它的电阻很大，电路截止，如图丙所示。
甲 乙 丙
将多用电表的选择开关拨到欧姆挡，红、黑表笔接到二极管的两极上，当黑表笔接“正”极，红表笔接“负”极时，电表示数较小，反之电表示数很大，由此可判断出二极管的正、负极。
(6)测量定值电阻
①根据被测电阻的估计阻值，选择合适的挡位，把两表笔短接，观察指针是否指在欧姆表的“0”刻度，若不指在欧姆表的“0”刻度，调节欧姆调零旋钮，使指针指在欧姆表的“0”刻度处；
②将被测电阻接在两表笔之间，待指针稳定后读数；
③读出指针在刻度盘上所指的数值，用读数乘以所选挡位的倍率，即得测量结果；
④测量完毕，将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡。
5．误差分析
(1)偶然误差
①估读时易带来误差。
②表头指针偏转过大或过小都会使误差增大。
(2)系统误差
①电池用旧后，电动势会减小，内阻会变大，致使电阻测量值偏大，要及时更换电池。
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。
6．注意事项
(1)使用前要机械调零。
(2)两表笔在使用时，电流总是“红入”“黑出”。
(3)测电阻时
①指针指中值附近较准，否则换挡。
②每换一挡必须重新欧姆调零。
③读出示数要乘以倍率。
(4)使用完毕，选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡，长期不用应取出电池。
教材原型实验
1．(2020·贵州遵义模拟)(1)用如图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：
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待测量结果，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
(2)如图所示为多用电表的表盘，测电阻时，若用的是“×100”挡，这时指针所示被测电阻的阻值应为______ Ω；测直流电流时，用的是100 mA的量程，指针所示电流值为________mA；测直流电压时，用的是50 V量程，则指针所示的电压值为________V。
[解析] (1)①电表使用前要调节指针定位螺丝，使指针指在电流的0刻线位置，故调节部件S；
③欧姆表测量前要进行欧姆调零，故调节部件T(欧姆调零旋钮)使指针指向电阻0刻线；
④指针偏转角度过小，说明电阻偏大，故需选择较大的倍率，每次换挡要重新调零然后测量电阻，故步骤为A、D、C。
(2)欧姆表读数＝刻度盘读数×倍率＝16×100 Ω＝1 600 Ω；选用量程为100 mA的电流挡，读数选取中间刻度第二排，读数为48 mA，选用量程为50 V的电压挡，读数选取中间刻度第二排，读数为24.0 V。
[答案] (1)①S ③T 0刻线 ④ADC
(2)1 600 48 24.0
2．若一多用电表的内部电路如图所示，已知表头G的内阻为400 Ω，满偏电流为2 mA；两个电池的电动势分别为E＝1.5 V，E′＝9 V。
(1)若R1＝1.0 Ω，R2＝99 Ω，当选择开关置于“1”时，多用电表测量的是________(选填“电流”“电压”或“电阻”)，其测量的最大值(量程)为________。
(2)在(1)的条件下，若R5＝0.92×103 Ω，R6＝9.0×103 Ω，当选择开关置于“6”时，多用电表测量的是________(选填“电流”“电压”或“电阻”)，其测量的最大值(量程)为________。
(3)当选择开关置于“3”时，多用电表测量的是________(选填“电流”“电压”或“电阻”)；若要测量的是阻值为几千欧姆的电阻，应当把选择开关置于“________”。
[解析] (1)当选择开关置于“1”时，表头与R2串联后与R1并联，多用电表测量的是电流。设测量的最大值(量程)为I，则有(400 Ω＋99 Ω)×2×10－3 A＝(I－2×10－3 A)×1.0 Ω，解得I＝1.0 A。
(2)表头两端电压U0＝400×2×10－3 V＝0.8 V，当选择开关置于“6”时，R1和R2串联后与表头并联，然后与R5和R6串联，多用电表测量的是电压。流过R5和R6的最大电流为I′＝2×10－3 A＋eq \f(0.8 V,1 Ω＋99 Ω)＝0.01 A，测量的最大值(量程)为U＝I′(R5＋R6)＋U0＝100 V。
(3)当选择开关置于“3”时，多用电表测量的是电阻；若要测量的是阻值为几千欧姆的大电阻，多用电表中值电阻应该为几千欧姆，需要的电池电动势比较大，所以应当把选择开关置于“4”。
[答案] (1)电流 1.0 A (2)电压 100 V (3)电阻 4
1．欧姆表刻度盘不同于电压、电流表刻度盘
(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“小倍率小角度偏，大倍率大角度偏”(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．多用电表的读数应注意的问题
(1)欧姆表的读数：电阻值等于指针示数与所选倍率的乘积。
(2)电压表、电流表的读数：要根据量程确定精确度，精确度是1、0.1时，要估读到最小分度的下一位，精确度是0.02、0.5、5时，估读到最小分度的所在位。
拓展创新实验
eq \([典例1]) (2018·全国卷Ⅱ)某同学组装一个多用电表。可选用的器材有：微安表头(量程100 μA，内阻900 Ω)；电阻箱R1(阻值范围0～999.9 Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～99 999.9 Ω)；导线若干。
要求利用所给器材先组装一个量程为1 mA的直流电流表，在此基础上再将它改装成量程为3 V的直流电压表，组装好的多用电表有电流1 mA和电压3 V两挡。
回答下列问题：
(1)在虚线框内画出电路图并标出R1和R2，其中*为公共接线柱，a和b分别是电流挡和电压挡的接线柱。
(2)电阻箱的阻值应取R1＝________Ω，R2＝________Ω。(保留到个位)
[解析] (1)微安表改装为1 mA的电流表，需要并联小于其内阻的电阻，起分流作用；改后的电流表再改装为大量程的电压表时需要串联较大的电阻，起分压作用，应选R2。电路如图所示。
(2)微安表与R1并联，有Igrg＝(I－Ig)R1，其中I＝1 mA，Ig＝100 μA，rg＝900 Ω，代入得R1＝100 Ω。改装后的电流表量程为I＝1 mA，改装后的电流表与R2串联，有IR2＝U－Igrg，其中U＝3 V，得R2＝2 910 Ω。
[答案] (1)见解析图 (2)100 2 910
创新点解读：本实验由多用电表的改装和电路设计替代多用电表的使用，同时考查了应用数学知识解决实际问题的能力。
eq \([典例2]) 在练习使用多用电表的实验中：
(1)用多用电表的欧姆挡测量阻值Rx约为数十千欧的电阻。以下是测量过程中的一些主要实验步骤：
A．将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针对准刻度盘上电阻的零刻度，然后断开两表笔
B．旋转选择开关至交流电压最大量程处或“OFF”挡，并拔出两表笔
C．旋转选择开关至欧姆“×1 k”挡
D．将两表笔分别连接到被测电阻的两端，读出阻值Rx，断开两表笔
以上实验步骤的正确顺序是________(填写步骤前的字母)。
实验中，多用电表的指针位置如图甲所示，则此被测电阻的阻值约为________kΩ。
甲
(2)为了较精确地测量另一定值电阻的阻值Ry，采用图乙所示的电路，电源电压U恒定，电阻箱接入电路的阻值可调且能直接读出。
①用多用电表测电路中的电流，则与a点相连的是多用电表的________(选填“红”或“黑”)表笔。
乙 丙
②闭合开关，多次改变电阻箱阻值R，记录相应的R和多用电表读数I，得到R­eq \f(1,I)的关系如图丙所示，则Ry＝________ Ω，电源电压U＝________ V。
[解析] (1)测阻值约为几十千欧的电阻Rx，应选择欧姆“×1 k”挡，然后进行欧姆调零，用欧姆表测待测电阻阻值，读出其示数，最后要把选择开关置于交流电压最大量程处或“OFF”挡，因此合理的实验步骤是C、A、D、B；由题图甲可知，被测电阻阻值为17.0×1 kΩ＝17.0 kΩ。
(2)①电流从红表笔流入多用电表，a点接电源正极，故a点应接多用电表的红表笔。②由题图乙可知，电阻为串联关系，则有：I＝eq \f(U,R＋Ry)，变形可得：R＝U·eq \f(1,I)－Ry，由题图丙可知，图象中纵轴截距的绝对值为Ry，故Ry＝200 Ω；图象的斜率表示U，故U＝eq \f(400,0.075－0.025)×10－3 V＝8 V。
[答案] (1)CADB 17.0 (2)①红 ②200 8
创新点解读：本题中实验过程的创新体现在以下两方面
1在同一个实验中应用多用电表测电阻的阻值，又作为电流表使用测量电路中的电流。
2多用电表与电阻箱相结合测量定值电阻和恒压电源的电压。
eq \([典例3]) 如图所示，在黑箱内有一由四个阻值相同的电阻构成的串、并联电路，黑箱面板上有三个接线柱1、2和3。
(1)在使用多用电表前，发现指针不在左边“0”刻度线处，应先调整图中多用电表的________(选填“A”“B”或“C”)。
(2)在用多用电表的直流电压挡探测黑箱内任意两接点间是否存在电源时，要一表笔接某一点(如1)，另一表笔应________(选填“短暂”或“持续”)接另一点(如2)，同时观察指针偏转情况。
(3)在判定黑箱中无电源后，将选择开关旋至“×1”挡，调节好多用电表，测量各接点间的阻值，测量结果如表所示：
在虚线框中画出黑箱中的电阻连接方式。
(4)如果将1、3接线柱用导线连接起来，1、2接线柱之间的电阻为________Ω。
[解析] (1)多用电表使用前应进行机械调零，机械调零部件为A。
(2)使用多用电表测量电压时，为保证电表不被损坏，往往要进行试触，即让两表笔进行短暂接触，观察指针偏转情况，若持续接触则有可能损坏电表。
(3)根据已知1、2间电阻为1.0 Ω，2、3间电阻为1.5 Ω，1、3间电阻为2.5 Ω，可画出电阻的连接方式如图甲所示。
甲
(4)若将1、3用导线连接起来，则等效电路图如图乙所示，则eq \f(1×1.5,1＋1.5) Ω＝0.6 Ω。
乙
[答案] (1)A (2)短暂 (3)见解析图甲 (4)0.6
创新点解读：本实验的设计点体现在两方面：
1实验设计为多用电表的原理、注意事项及调节。
2实验设计为根据测量结果分析判断电路连接结构。
1.(实验设计创新)如图所示，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。请画出黑箱内的电路结构。
[解析] 先由二极管反向截止的性质分析，由表可知，接B、C和C、B时测量结果不同，故在B、C间一定有二极管存在；同理可知在A、C间也有二极管存在，并且A、C间的正向电阻大于B、C之间，说明A、C间包含电阻；而接A、B和B、A时电阻不变，故说明A、B间只有电阻，B、C间接二极管。所以黑箱内的结构如图所示。
[答案] 见解析图
2．(实验目的创新)(2019·全国卷Ⅲ)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________Ω；滑动变阻器选________(填“R1”或“R2”)。
(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________、________。
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________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________Ω。
图(c)
[解析] (1)由题知当两表笔间接入15 kΩ的电阻时，电流表示数为50 μA，由闭合电路欧姆定律有eq \f(Ig,2)＝eq \f(E,Rg＋r＋Rx＋R0＋R)，代入数据解得R＝900 Ω，所以滑动变阻器选择R1。
(2)欧姆表的内阻Rg′＝Rg＋r＋R0＋R＝15 kΩ，当电流为25 μA时有eq \f(Ig,4)＝eq \f(E,Rg′＋Rx′)，则Rx′＝3Rx＝45 kΩ；；当电流为75 μA时有eq \f(3Ig,4)＝eq \f(E,Rg′＋Rx″)，则Rx″＝eq \f(1,3)Rx＝5 kΩ。
(3)红、黑表笔短接，调节滑动变阻器，使欧姆表指针指向0 kΩ处。题图(c)中电阻箱读数为35 000.0 Ω。
[答案] (1)如图所示 900 R1 (2)45 5 (3)0 35 000.0
3．(实验过程创新)如图是某同学连接的实验电路实物图。若L1、L2灯都不亮，他采用下列两种方法进行故障检查：
(1)应用多用电表的直流电压挡进行检查，那么选择开关应置于的量程是( )
A．0～2.5 VB．0～10 V
C．0～50 VD．0～250 V
(2)该同学的测试结果如表1所示，在测试a、b间直流电压时，红表笔应接触________(填“a”或“b”)。根据测试结果，可以判定故障是( )
A．灯L1短路B．灯L2短路
C．cd段断路D．df段断路
表1
(3)将开关断开，再选择欧姆挡测试，测试结果如表2所示，那么进一步检查出的故障是( )
A．灯L1断路B．灯L2断路
C．灯L1、灯L2都断路D．de段断路
表2
[解析] (1)四节干电池的总电动势为6 V，应用多用电表的直流电压的10 V挡测量，故选B。
(2)在测试a、b间直流电压时，因为电流必须从多用电表正接线柱流入，所以红表笔应当接触a。
若灯L1短路，L1灯不亮，而L2灯亮，与题不符，故A错误；若灯L2短路，L2灯不亮，而L1灯亮，与题不符，故B错误；cd段断路，则d、f间没有电压，无示数，故C错误；df段断路时，电路中无电流，两灯泡都不亮，a、b和d、f间有电压，c、d间无电压，与题相符，故D正确。
(3)欧姆表的刻度无穷大在左端，0刻度在右端，电路断路时，其电阻为无穷大。根据欧姆表的读数可知，d、e间电阻无穷大，说明d、e间导线断路，故D正确。
[答案] (1)B (2)a D (3)D
实验目的创新
实验过程创新
实验设计创新
两表笔接的接点
多用电表的示数
1、2
1.0 Ω
2、3
1.5 Ω
1、3
2.5 Ω
红表笔
A
A
B
C
C
B
黑表笔
B
C
C
B
A
A
阻值/Ω
100
150
50
2 000
2 100
100
测试点
a、b
c、d
d、f
电压表示数情况
有示数
无示数
有示数
测试点
c、d
d、e
e、f
指针偏转情况