高中物理人教版 (2019)必修 第三册5 实验:练习使用多用电表学案
展开微专题67 实验:用多用电表测量电学中的物理量
1.闭合电路欧姆定律是欧姆表测电阻的工作基础.2.多用电表电流挡、电压挡与欧姆挡共用一个表头,使用电流挡、电压挡时要保证流过表头的电流方向与欧姆挡一样,即“红进黑出”.
1.(2023·北京西城区质检)如图所示为多用电表的刻度盘.若选用倍率为“×100”的欧姆挡测电阻时,表针如图所示,则:
(1)所测电阻的阻值为________ Ω,如果要用此多用电表测量一个阻值约为2.0×104 Ω的电 阻,为了使测量结果比较精确,应选用的欧姆挡是________(选填“×10”“×100”或“×1 k”).
(2)用此多用电表进行测量,当选用量程为50 mA的电流挡测量电流时,表针指于图示位置,则所测电流为________ mA;当选用量程为250 mA的电流挡测量电流时,表针指于图示位置,则所测电流为________ mA.
(3)当选用量程为10 V的电压挡测量电压时,表针也指于图示位置,则所测电压为________ V. 答案 (1)1.45×103 ×1 k 31.0 155 (3)6.2
2.(2023·宁夏六盘山高级中学模拟)在“多用电表的使用”实验中
(1)如图所示为一正在测量中的多用电表表盘.如果用的是电阻挡“×100”测量,则读数为________ Ω;如果用的是“直流5 V”挡测量,则读数为________ V.
(2)甲同学利用多用电表测量电阻.他用电阻挡“×100”测量时发现指针偏转角度过小,为了得到比较准确的测量结果,请从下列选项中挑出合理的步骤,操作顺序为________(填写选项前的字母).
A.将选择开关旋转到电阻挡“×1 k”的位置
B.将选择开关旋转到电阻挡“×10”的位置
C.将两表笔分别与被测电阻的两根引线相接完成测量
D.将两表笔短接,调节欧姆调零旋钮使指针指向“0”
(3)乙同学将选择开关旋转到“直流500 mA”挡作为电流表,设计了如图所示的电路,已知电流表内阻RA=0.4 Ω,R1=RA,R2=7RA.若将接线柱1、2接入电路时,最大可以测量的电流为________ A;若将接线柱1、3接入电路时,最大可以测量的电压为________ V.
答案 (1)1 200 2.79 (2)ADC (3)1 3
解析 (1)依题意,用电阻挡“×100”测量读数为R=100×12 Ω=1 200 Ω
用“直流5 V”挡测量,则读数为U=2.79 V
(2) 用电阻挡“×100”测量时发现指针偏转角度过小,说明待测电阻阻值较大,则应将选择开关旋转到电阻挡“×1 k”的位置,接着将两表笔短接,调节欧姆调零旋钮使指针指向“0”,再进行测量,其操作顺序为ADC.
(3)由于R1=RA且并联,则流经电流相同,所以将接线柱1、2接入电路时,最大可以测量的电流为各最大电流之和,有I=2×500 mA=1 A,依题意,若将接线柱1、3接入电路时,最大可以测量的电压为RA两端最大电压与R2两端最大电压之和,有U=0.4×0.5 V+2.8×1 V=3 V.
3.如图所示的是某同学连接的实验实物图,合上开关S后,发现A、B灯都不亮,他采用下列两种方法检查故障.
(1)用多用电表的直流电压挡进行检查
①在测试a、b间直流电压时,红表笔应接触________(选填“a”或“b”).
②该同学测试结果如表所示,根据测试结果,可以判定故障是________(假设只有下列选项中的某一项有故障).
测试点
电压示数
a、b
有示数
c、b
有示数
c、d
无示数
d、f
有示数
A.灯A断路 B.灯B短路
C.c、d段断路 D.d、f段断路
(2)用欧姆挡检查
①测试前,应将开关S________(选填“断开”或“闭合”).
②测试结果如表所示,由此可以断定故障是________.
测试点
表头指示位置
c、d
d、e
e、f
A.灯A断路 B.灯B断路
C.灯A、B都断路 D. d、e间导线断路
答案 (1)①a ②D (2)①断开 ②D
解析 (1)①测试时红表笔应接电势高的a点.②根据测试结果,a、b间有示数,说明b→电源→a完好;c、b间有示数,说明b→电源→a→c完好;c、d间无示数,说明c→灯→d间完好;d、f间有示数,说明f→b→电源和d→c→a→电源完好,故应是d、f段断路,另外,若灯B短路,则d、f 间应无示数,故D正确.
(2)①用欧姆挡检查时,测试前应首先将开关S断开.
②根据表针偏转情况,接c、d时有示数,说明不是灯A断路;接e、f时有示数,说明也不是灯B断路;接d、e时有电阻无穷大,可以断定是d、e间导线断路,故D正确.
4.(2023·安徽黄山市质检)图a是多用电表的表盘示意图,小明用多用电表“×10”倍率的欧姆挡测量一电阻的阻值,发现指针偏转角太小,为了测量结果比较精确,小明按以下步骤进行了实验:
(1)应换用________(选填“×1”或“×100”)倍率的欧姆挡.
(2)两表笔短接,通过调节________(选填“S”“T”或“K”),进行欧姆调零.
(3)重新测量并读数,若这时刻度盘上的指针位置如图b所示,测量结果是________ Ω.
(4)图c是小明刚刚使用过的两种倍率的欧姆挡内部电路示意图,R2为欧姆调零旋钮.当开关S断开时的倍率是________(选填“×1”“×10”或“×100”).同时应保证R1的阻值是灵敏电流计Rg的________倍.
答案 (1)×100 (2)T (3)1 100 (4)×100
解析 (1)用多用电表“×10”倍率的欧姆挡测量电阻的阻值,指针偏转角太小,说明示数大了,要想使示数指在中值电阻附近,选用大倍率的,故选用“×100”倍率的欧姆挡;
(2)两表笔短接,调节欧姆挡调零旋钮T,使指针指在0 Ω处;
(3)由题图可知,指针示数为11.0,因挡位为×100,故电阻读数为
R=11.0×100 Ω=1 100 Ω
(4)当开关S断开时,通过多用电表干路的最大电流最小,根据闭合电路欧姆定律,表头达到最大电流时,电路总电阻变大,故量程变大,故选“×100”倍率的欧姆挡;
小明选用的欧姆挡倍率扩大十倍,即断开前通过多用电表干路的最大电流是表头最大量程的十倍,根据并联电路电压、电流关系可得Ig+I1=10Ig,IgRg=I1R1,解得R1=Rg.
5.(2023·江苏南京市模拟)某一物理兴趣小组利用手头的实验器材设计了如图所示的欧姆表电路,通过调节开关S,可使欧姆表具有“×1”和“×10”的两种倍率.可用器材如下:
A.干电池(电动势E=1.5 V,内阻不计)
B.电流表(满偏电流Ig=1 mA,内阻Rg=90 Ω)
C.定值电阻R0(阻值为5.0 Ω)
D.滑动变阻器R1(最大阻值为150 Ω)
E.定值电阻Ra
F.定值电阻Rb
G.开关一个,红、黑表笔各一支,导线若干
(1)该兴趣小组按照如图所示电路图连接好实验电路.当开关S合向______(填“a”或“b”),欧姆表的倍率是“×10”倍率;
(2)已知欧姆表为“×1”倍率时的中值电阻为15 Ω,则定值电阻Ra=____ Ω,Rb=____ Ω;
(3)将开关S合向b,第一步:调节滑动变阻器R1,当R1=______ Ω时,将红、黑表笔短接,电流表电流达到满偏电流.第二步:在红、黑表笔间接入待测电阻Rx,发现电流表指针指向的位置,则待测电阻Rx=______ Ω.
答案 (1)b (2)1 9 (3)136 300
解析 (1)把虚线框内的电路等效成一个电流表,当开关S合向a端时,满偏电流为Ia,当开关S合向b端时,满偏电流为Ib,根据串、并联电路的特点可知:(Ia-Ig)Ra=Ig(Rg+Rb),(Ib-Ig)(Ra+Rb)=IgRg
可以看出Ia>Ib,当开关S合向b时,欧姆表的倍率是“×10”倍率.
(2)当开关S合向a端时,中值电阻为R中a=15 Ω,则Ia== A=100 mA,
当开关S合向b端时,则中值电阻为R中b=150 Ω,则Ib== A=10 mA,将Ia=100 mA,Ib=10 mA代入(1)中的方程后.联立可解得:Ra=1 Ω,Rb=9 Ω.
(3)将开关S合向b,把虚线框内的电路等效成一个电流表,其内阻为:Rgb== Ω=9 Ω
根据闭合电路的欧姆定律得:Ib=,联立解得:R1=136 Ω
将红、黑表笔短接,发现电流表指针指向的位置时,
根据闭合电路的欧姆定律得:Ib=,联立解得:Rx=300 Ω.
6.(2023·湖北襄阳市五中适应性考试)某物理兴趣小组要组装一个简易的欧姆表,他们设计了如图甲所示的电路,通过控制单刀多掷开关S,可使欧姆表具有“×1”“×10”和“×100”三个倍率的挡位,并使改装后的刻度盘正中央的刻度为15,如图乙所示.所提供的器材规格如下:
A.干电池(电动势E=1.5 V,内阻不计)
B.电流表G(量程为500 μA,内阻为180 Ω)
C.定值电阻R1(阻值为1.8 Ω)
D.定值电阻R2、R3
E.滑动变阻器R4(0~2 000 Ω,额定电流0.5 A)
F.滑动变阻器R5(0~1 000 Ω,额定电流1.0 A)
G.单刀多掷开关一个,红、黑表笔各一支,导线若干
(1)滑动变阻器应选择________(填“R4”或“R5”).
(2)电路中定值电阻R2=________ Ω, R3=________Ω.
(3)现利用该欧姆表测定一未知电阻Rx的阻值,将开关S接2,经正确操作后,欧姆表的指针位置如图丙所示,为较准确地测定被测电阻的阻值,以下正确且必要的操作是________.
A.开关S接1
B.开关S接3
C.将红、黑表笔短接,调节滑动变阻器R0使指针指在电阻的0刻线
D.将红、黑表笔短接,调节滑动变阻器R0使指针指向电阻的∞刻线
(4)按正确方法测量电阻Rx的阻值,欧姆表示数如图丁所示,则Rx=________ Ω(保留两位有效数字).
答案 (1)R4 (2)16.2 162 (3)BC (4)2.2×103
解析 (1)当为“×100”倍率挡位,且刻度盘正中央的刻度为15,可知此时欧姆表的内阻为1 500 Ω,根据题意,R5最大阻值为1 000 Ω,不满足调节需求,可知滑动变阻器选R4.
(2)根据欧姆表的原理,可知将红、黑表笔短接,调节滑动变阻器R0使电流表达到满偏有IA==
因为欧姆表中间刻度值为15,则针对“×1”“×10”和“×100”三个倍率挡,对应的改装后电流表量程分别为100 mA、10 mA和1 mA;
则依题意,接1时有Ig(Rg+R2+R3)=(100 mA-Ig)R1
接2时有Ig(Rg+R3)=(10 mA-Ig)(R1+R2)
接3时有IgRg=(1 mA-Ig)(R1+R2+R3)
联立可得R2=16.2 Ω,R3=162 Ω
(3)开关S接2,指针偏角小,说明被测电阻的阻值较大,为准确测量,应换用大量程,开关S应接3,并重新进行欧姆调零,故选B、C项.
(4)欧姆表示数为22×100 Ω=2 200 Ω=2.2×103 Ω.
7.(2023·河南驻马店市检测)一多用电表的内部电路结构如图甲所示.已知表头G的内阻为400 Ω,满偏电流为2 mA,定值电阻R1=1.0 Ω、R2=99.0 Ω、R5=920.0 Ω、R6=9.0×103 Ω,电池电动势E=1.5 V.
乙
(1)将选择开关S置于“6”时,多用电表测量的是______(选填“电流”或“电压”),其量程为 ______;
(2)将选择开关S置于“4”,多用电表的表盘如图乙所示,已知此时欧姆表的倍率是“×100”,则E′=______ V;
(3)将选择开关S置于“3”,将红、黑表笔短接进行欧姆调零后,断开两表笔,将一定值电阻R接入两表笔间,表盘指针位置如图乙所示,则该电阻的阻值为______ Ω;若由于长时间不用,欧姆表内电池电动势降为1.2 V,则该电阻真实值是______ Ω.(结果保留3位有效数字)
答案 (1)电压 100 V (2)15 (3)130 104
解析 (1)表头满偏时两端电压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.通过R5和R6的最大电流为I=Ig+
其量程为U=I(R5+R6)+U0
联立代入数据解得:I=10 mA,U=100 V
(2)由题图乙可知,欧姆挡刻度线的中值为15,现将选择开关S置于“4”,此欧姆表的倍率是“×100”,那么将红、黑表笔短接进行欧姆调零时,有:=100×15 Ω,所以E′=100I×15 (V)=100×10×10-3×15 V=15 V
(3)将多用电表的选择开关S置于“3”时,多用电表的中值电阻RΩ′== Ω=150 Ω,则该挡位的倍率是“×10”,再由题图乙可以读得欧姆表的示数为13×10 Ω=130 Ω
若欧姆表长时间不用,电动势变为E″=1.2 V,那么中值电阻RΩ″== Ω=120 Ω,而指针所指处的电流为I″== A,当电动势降低后有:I″=,即: A=,解得:Rx″=104 Ω.
8.(2023·湖北省十一校高三联考)(1)一个电压表由表头G与分压电阻R串联而成,如图所示,若在使用中发现此电压表的读数总是比准确值稍小一些,采用下列哪种措施可以加以改进________.
A.在R上并联一个比R大得多的电阻
B.在R上串联一个比R大得多的电阻
C.在R上并联一个比R小得多的电阻
D.在R上串联一个比R小得多的电阻
(2)有一内阻未知(约25~35 kΩ)、量程已知,共有30个均匀小格的直流电压表V.小荆同学在研究性学习过程中想通过上述电压表测量一个多用电表中欧姆挡的内部电源的电动势,他们从多用电表刻度盘上读出电阻刻度中间值为N1=30.
①请你将他们的实验电路连接起来.
②他们在实验过程中,欧姆挡的选择开关拨至倍率“×________”.
③在实验中,同学读出电压表的读数为U,欧姆表指针所指的刻度为N2,并且在实验过程中,一切操作都是正确的,请你写出欧姆表电池的电动势表达式E=________(用N1、N2和U表示).
④若欧姆表使用一段时间后,电池的电动势变小,内阻变大,但此表仍然可以调零.按正确的使用方法再测待测电阻,测量结果会________.(填“偏大”“偏小”或“不变”)
答案 (1)A (2)①见解析图 ②1 k(103或1 000) ③U ④偏大
解析 (1) 若在使用中发现此电压表的读数总比准确值稍小,说明指针偏角太小,分压电阻阻值较大,在R上并联一个比R大得多的电阻可以校准该电压表,故选A.
(2)①用多用电表测电压表内阻的电路图如图所示.
②内阻未知(约25~35 kΩ),用欧姆表测其内阻时,测电阻时应尽量使指针指在中间值附近,所以应选×1 k挡.
③欧姆表中值电阻为R中=N1×1 kΩ=1 000N1 Ω,
欧姆表指N2刻度,则电压表内电阻RV=1 000N2
流过电压表电流IV==
由闭合电路欧姆定律得电池电动势E=U+IVR中=U
④欧姆表调零时,其内阻R内=
电源电动势变小,则欧姆表内阻R内变小,用欧姆表测电阻时
I===
由于R内变小,I变小,指针跟原来的位置相比偏左了,所测电阻偏大.
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