2024高考物理大一轮复习题库 实验十三 用多用电表测量电学中的物理量

实验十三　用多用电表测量电学中的物理量

一、欧姆表原理(多用电表测电阻原理)

1．构造

如图1所示，欧姆表由电流表G、电池、调零电阻R和红、黑表笔组成。

图1

欧姆表内部：电流表、电池、调零电阻串联。

外部：接被测电阻Rx。

全电路电阻R总＝Rg＋R＋r＋Rx。

2．工作原理

闭合电路的欧姆定律I＝。

3．刻度的标定

红、黑表笔短接(被测电阻Rx＝0)时，调节调零电阻R，使I＝Ig，电流表的指针达到满偏，这一过程叫欧姆调零。

(1)当I＝Ig时，Rx＝0，在满偏电流Ig处标为“0”。(图甲)

(2)当I＝0时，Rx→∞，在I＝0处标为“∞”。(图乙)

(3)当I＝时，Rx＝Rg＋R＋r，此电阻值等于欧姆表的内阻值，Rx叫中值电阻。

二、多用电表

1．多用电表可以用来测量电流、电压、电阻等，并且每一种测量都有几个量程。

2．外形如图2所示：上半部分为表盘，表盘上有电流、电压、电阻等多种量程的刻度；下半部分为选择开关，它的四周刻有各种测量项目和量程。

图2

3．多用电表面板上还有：欧姆表的欧姆调零旋钮(使电表指针指在右端零欧姆处)、指针定位螺丝(使电表指针指在左端的“0”位置)、表笔的正、负插孔(红表笔插入“＋”插孔，黑表笔插入“－”插孔)。

三、二极管的单向导电性

1．晶体二极管是由半导体材料制成的，它有两个极，即正极和负极，它的符号如图3甲所示。

图3

2．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。

3．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，电阻示数较小，反之电阻示数很大，由此可判断出二极管的正、负极。

1．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，则可用小螺丝刀调节定位螺丝，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4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。

图4

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。

2．多用电表使用注意事项

(1)表内电源正极接黑表笔，负极接红表笔，但是红表笔插入“＋”插孔，黑表笔插入“－”插孔，注意电流的实际方向应为“红入”、“黑出”。

(2)区分“机械零点”与“欧姆零点”。机械零点是表盘刻度左侧的“0”位置，调整的是表盘下边中间的指针定位螺丝；欧姆零点是指刻度盘右侧的“0”位置，调整的是欧姆调零旋钮。

(3)欧姆表读数时注意乘以相应挡位的倍率。

(4)使用多用电表时，手不能接触表笔的金属杆。

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

(6)测电阻时每换一次挡必须重新欧姆调零。

3．多用电表对电路故障的检测

(1)断路故障的检测方法

①用直流电压挡

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。

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。

(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，若串联在电路中的电流表示数不为零，故障应是短路。

命题点一　多用电表的原理

【例1 (2021·湖南怀化市一模)如图5为简易多用电表的电路图。该多用电表有5个挡位，5个挡位中有：直流电压1 V挡和5 V挡，直流电流3 mA挡和6 mA挡，欧姆挡。

图5

图中E是直流电源；R1、R2、R3、R4和R5是定值电阻，R6是可变电阻，最大值为2 kΩ；表头G的满偏电流为2 mA，内阻为20 Ω，虚线方框内为换挡开关。A端和B端分别与两表笔相连；

(1)图中的A端与________(填“红”或“黑”)表笔相连接；

(2)要想使用直流电压1 V挡，选择开关B应与______相连(填选择开关对应的数字)；

(3)关于R6的使用，下列说法正确的是________(填正确答案标号)；

A．在使用多用电表之前，调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置

B．使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置

C．使用电流挡时，调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置

(4)根据题给条件可得R1＝________Ω，

R2＝________Ω。

答案　(1)红　(2)4　(3)B　(4)20　20

解析　(1)根据“红进黑出”，图中的A端与红表笔相连接。

(2)直流电压1 V挡要用表头与较小的电阻串联，则选择开关B应与“4”相连。

(3)R6是欧姆挡的调零电阻，使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置，故B正确，A、C错误。

(4)直流电流分别为3 mA和6 mA挡，由图可知，接“1”时为6 mA挡，接“2”时为3 mA挡，设I1＝6 mA，I2＝3 mA

由欧姆定律可得(I1－Ig)R1＝Ig(R2＋Rg)

IgRg＝(I2－Ig)(R2＋R1)

解得R1＝20 Ω，R2＝20 Ω。

命题点二　多用电表的使用和读数

【例2 (2021·安徽马鞍山市质量监测)物理兴趣小组利用图6(a)所示电路进行实验。使用的器材有：多用电表，电压表(量程0～5 V)，滑动变阻器，导线若干。

图6

(1)对多用电表进行机械调零后，选择开关拨到“×1 k”挡，进行欧姆调零。图(a)中多用电表的红表笔应和________(选填“1”或“2”)端相连。

(2)调节滑动变阻器的滑片，当其接入电路的阻值为零时，多用电表和电压表的刻度盘上的指针位置分别如图(b)、(c)所示，则电压表读数是______ V，电压表内阻是______ kΩ，可以求出多用电表“×1 k”挡内部电源电动势为________ V。

(3)用此多用电表测电阻，选择“×1”挡测20 Ω的电阻时流过表头的电流为I1，选择“×10”挡测100 Ω的电阻时流过表头的电流为I2，则I1________I2(选填“大于”“小于”或“等于”)。

答案　(1)1　(2)3.00　15　6　(3)小于

解析　(1)红表笔与欧姆表内置电源的负极相连，黑表笔与欧姆表内置电源的正极相连，电流从红表笔流入多用电表，从黑表笔流出多用电表；电流从电压表正接线柱流入，负接线柱流出，由图(a)所示，多用电表的红表笔应和1端相连。

(2)电压表量程是5 V，由图(c)所示电压表表盘可知，其分度值为0.1 V，示数为3.00 V；多用表选择开关置于“×1 k”挡，由图(b)所示表盘可知，电压表内阻为RV＝15×1 kΩ＝15 kΩ，由图(b)所示可知，欧姆表内阻R内＝15×1 kΩ＝15 kΩ，由闭合电路的欧姆定律可知，多用表“×1 k”挡内部电源电动势E＝U＋IR内＝U＋R内＝3.00 V＋×15×103 V＝6 V。

(3)选择“×1”挡测20 Ω的电阻时，指针示数是20，流过表头的电流为I1，选择“×10”挡测100 Ω的电阻时，指针示数是10，流过表头的电流为I2，欧姆表零刻度线在最右侧，最大刻度线在最左侧，欧姆表指针示数越大，指针越靠近左侧，此时流过电表的电流越小，则I1小于I2。

【针对训练】 (2021·福建泉州市4月质量监测)某同学利用多用电表的欧姆挡进行实验研究。欧姆挡所用电池的电动势为9 V，刻度盘中央刻度值为“15”，选择旋钮打在“×1 k”挡。

(1)该同学用欧姆挡测量某一量程为15 V的电压表内阻。

①指针指在图7甲所示位置，此测量值为________Ω；查阅资料发现该电压表内阻真实值为15 kΩ，测量值与真实值偏差较大，可能原因是该同学未进行欧姆调零就直接测量，若此时把两表笔短接，则指针应指在欧姆挡零刻度线的______侧(选填“左”或“右”)。

②进行欧姆调零后再测量，多用电表指针恰好指在“15”刻度线，此时电压表示数为________V(结果保留2位有效数字)。

图7

(2)该同学接着用欧姆挡探测只有一个元件的黑箱，如图乙所示，当两表笔接触黑箱接线柱a、b时，发现电表指针快速摆向右边后再摆回最左边刻度线，则该元件可能是________。

A．电阻　　　　　 B．电感线圈

C．电容器   D．二极管

答案　(1)①25 k　左　②4.5　(2)C

解析　(1)①指针指在图甲所示位置，此测量值为25 kΩ；查阅资料发现该电压表内阻真实值为15 kΩ，测量值与真实值偏差较大，可能原因是该同学未进行欧姆调零就直接测量，若此时把两表笔短接，则指针应指在欧姆挡零刻度线的左侧。

②进行欧姆调零后再测量，多用电表指针恰好指在“15”刻度线，即电压表的内阻等于欧姆表的中值电阻，即电压表的内阻等于欧姆表的内阻，则此时电压表示数为欧姆表内电源电动势的一半，即4.5 V。

(2)当两表笔接触黑箱接线柱a、b时，发现电表指针快速摆向右边后再摆回最左边刻度线，即电路接通后电流又逐渐变为零，则该元件可能是电容器，电路接通后先充电，充电结束后电路中电流为零，故C正确。

1．(2021·广东惠州市调研) (1)如图8中的螺旋测微器读数为________ mm；

图8

(2)如图9甲为某多用电表的原理图。图中E是电池；R1、R2、R3、R4和R5是定值电阻，R6是可变电阻，已知R3＜R4，表头G的满偏电流为250 μA，内阻为

1 200 Ω。图甲中S为转换开关，A端和B端分别与两表笔相连，该多用电表有5个挡位，5个挡位为：直流电压1 V挡和5 V挡，直流电流1 mA挡和2.5 mA挡，欧姆“×100 Ω”挡。

甲

①图甲中的B端与______(选填“红”或“黑”)表笔相连接；

②使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R6使电表指针指在表盘____________(选填“左端电流”或“右端电阻”)为“0”的位置；

③某次测量时该多用电表指针位置如图乙所示，若此时B端是与“5”相连的，则读数为________Ω(结果保留2位有效数字)；

乙

图9

④根据题给条件可得R1＋R2＝________Ω，R4＝________ Ω。

答案　(1) 6.700±0.02　(2)①红　②右端电阻　③4.0×103　④400　4 700

解析　(1)螺旋测微器的固定刻度读数为6.5 mm，可动刻度读数为20.0×0.01 mm＝0.200 mm，所以最终读数为6.5 mm＋20.0×0.01＝6.700 mm

由于读数误差则6.700±0.02均可。

(2)根据电流“红进黑出”可知，A表笔为黑表笔，B表笔为红表笔；使用欧姆挡时，先将两表笔短接进行欧姆调零，即调整R6使电表指针指在表盘右端电阻为“0”的位置；B端是与“5”相连的，由题意可知，倍率为100，则读数为40×100 Ω＝4.0×103 Ω，由题意可知，开关接1时量程为2.5 mA，则有Ig＋＝Imax1，开关接2时量程为1 mA，则有Ig＋＝Imax2，联立解得R1＋R2＝400 Ω；开关接4时量程为5 V，此时电压表的内阻RV＝ Ω＝5 000  Ω，表头与电阻R1、R2部分的电阻为R＝ Ω＝300  Ω，则R4＝RV－R＝4 700 Ω。

2．(2021·广东深圳市4月调研)如图10甲为某探究小组自制多用电表的电路图，图乙为相应的实物图。其中电流表G量程为1 mA，内阻为18 Ω，R0＝2 Ω。滑动变阻器R1的最大阻值为2 000 Ω，电源电动势E＝1.5 V，内阻不计。

甲

乙

图10

(1)将图乙中未连接的实物图补充完整。

(2)图甲中，当开关S1闭合，单刀双掷开关S2接“1”时，可作为量程为__________ mA的电流表。

(3)图甲中，将开关S2接“2”端时，为欧姆表。若开关S1断开，欧姆调零后R1的阻值为________ Ω；若开关S1断开时，倍率为“×10”挡，则开关S1闭合时，倍率为________(填“×1”或“×100”)挡。

答案　(1)见解析图　(2)10　(3)1 482　×1

解析　(1)补充完整的实物图如图所示。

(2)当开关S1闭合，单刀双掷开关S2接“1”时，流过电流表G的最大电流为1  mA，由于电流表的内阻为18 Ω，R0＝2 Ω，此时流过R0的电流为9 mA，故此时可作为量程为10 mA的电流表。

(3)欧姆调零时，电流表满偏，故欧姆表的内阻为R总＝＝1.5×103  Ω

由于电流表的内阻为18 Ω，欧姆调零后R1的阻值为1 482 Ω。开关S1断开时，欧姆表内部阻值为1 500 Ω，即中值电阻为1 500 Ω，倍率为“×10”挡。则当开关S1闭合时，欧姆表内部的阻值为R总′＝＝1.5×102 Ω

即中值电阻为150 Ω，所以倍率为“×1”挡。