高考物理一轮复习讲义练习第十章　第6讲　实验十三：多用电表的使用

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考点一 教材原型实验
【典例1】 （2025·北京东城区检测）在“练习使用多用电表”的实验中，某同学进行了如下操作和思考。
(1)利用多用电表测量未知电阻，用电阻挡“×100”测量时发现指针示数如图所示，为了得到比较准确的测量结果，下列选项中合理的步骤为BDC（选填字母代号并按操作顺序排列）。
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”
(2)（多选）该同学想进行如图所示的操作，下列说法正确的是AB。
A．图甲中将选择开关旋转到直流电压挡，选择合适量程可测量小灯泡两端电压
B．图乙中将选择开关旋转到直流电流挡，选择合适量程可测量流经小灯泡的电流
C．图丙中将选择开关旋转到电阻挡，选择合适量程可测量闭合电路中小灯泡的电阻
D．图丁中将选择开关旋转到电阻挡，选择合适量程可观察到此时电阻表的示数很小
(3)该同学在实验室找到一个10 000 μF的电容器，他认为电容器是彼此绝缘的两个极板构成的，用电阻表的两个表笔分别与电容器的两电极相连，电阻表的指针不会发生偏转。该同学准备验证自己的想法，用电阻表的“×10”挡，将红、黑两表笔分别与该电容器的两电极相连。请你分析该同学会看到什么现象，并说明依据：见解析。
【解析】 (1)电阻挡测电阻时指针偏转角度过大是由于挡位过大，需选取小挡位，进行欧姆调零后再测阻值，故顺序为BDC。
(2)题图甲中将选择开关旋转到直流电压挡，选择合适量程可测量小灯泡两端电压，故A正确；题图乙中将选择开关旋转到直流电流挡，选择合适量程可测量流经小灯泡的电流，故B正确；测量小灯泡电阻时，小灯泡必须与外部电路断开，故C错误；由题图丁结合电阻表的内部电路可知，二极管两端为负向电压，此时二极管电阻无穷大，可观察到此时电阻表的示数很大，故D错误。
(3)会看到电阻表的指针先向右偏转，然后缓慢回到最左端。
现象解释：
①多用电表电阻挡电表内部电路中有电源，与电容器连接时，电源给电容器充电，回路中有电流，指针向右偏转；
②电容器充电过程中，电流逐渐减小至0，指针缓慢回到最左端。
1．某同学通过用多用电表测量找到发光二极管的负极。
(1)该同学做了如下两步具体的操作：第一，将多用电表选择开关旋转到电阻挡的“×1”挡，经过欧姆调零之后，他把红表笔接在二极管的短管脚上，把黑表笔接在二极管的长管脚上，发现二极管发出了耀眼的白光；然后他将两表笔的位置互换以后，发现二极管不发光。这说明二极管的负极是短管脚（选填“长管脚”或“短管脚”）所连接的一极。
(2)该同学依次用多用电表电阻挡的“×1”挡、“×10”挡、“×100”挡、“×1 k”挡分别进行了二极管导通状态的准确测量（多用电表内部电源电动势不变），他发现二极管发光的亮度越来越小（选填“大”或“小”），请帮助他分析一下具体的原因：原因见解析。
解析：(1)在测量电阻时，选择挡位后首先要进行欧姆调零；二极管发光时处于正向导通状态，因为黑表笔所接的长管脚为二极管的正极，故短管脚为负极。
(2)从“×1”挡、“×10”挡、“×100”挡到“×1 k”挡，多用电表的内阻越来越大，根据闭合电路欧姆定律I＝ eq \f(E,R＋RΩ)可知，通过二极管的电流越来越小，根据P＝I2R可知二极管的亮度越来越小。
2．在如图甲所示的电路中，四节干电池串联，小灯泡A、B的规格均为“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。
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灯短路
(2)接着用电阻表的“×1”挡测电阻，电阻表经过“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，某次测量结果如图乙所示，读数为6 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（结果保留一位小数），它不等于测量值，原因是温度高时灯丝电阻率大，计算出的电阻是灯丝正常发光时的电阻（或测量出的电阻是常温下灯丝的电阻）。
解析：(1)①因为电源的电动势大约为6 V，要使电压挡选择的量程安全以及准确，则选择开关应选择10 V的量程，故B正确。②测得c、d间电压约为5.8 V，接近电源电动势，e、f间电压为0，可知灯泡A断路，故A正确。
(2)①用电阻表测量电阻时，开关应断开，使得待测电阻与电源不相连。②电阻表的读数为6×1 Ω＝6 Ω，因为c、d间断路，知测量的是e、f间的电阻。根据R＝ eq \f(U,I)得，小灯泡正常发光时的电阻为R＝ eq \f(3.8,0.3) Ω≈12.7 Ω。它不等于测量值，原因是温度高时灯丝电阻率大，计算出的电阻是灯丝正常发光时的电阻（或测量出的电阻是常温下灯丝的电阻）。
用多用电表判断电路故障的方法
(1)电流挡检测：将多用电表串联在电路中，若示数为零，说明与电流表串联的部分电路断路。
(2)电压挡检测：将多用电表与部分电路并联，若示数为零，说明该部分电路完好；若示数等于电动势，说明该部分电路中有断点。
(3)电阻挡检测：将各元件与电源断开，然后接到红、黑表笔间，若电阻无穷大说明此元件断路。
考点二 拓展创新实验
探索黑箱内的电学元件
【典例2】 如图甲所示，电学实验室的“黑盒子”表面有A、B、C三个接线柱，盒内总共有两个电学元件（一只定值电阻和一只半导体二极管），每两个接线柱之间最多连接一个元件。为了探明盒内元件的连接方式，小华同学用多用电表进行了如下探测：用多用电表电阻挡进行测量，把红、黑表笔分别与接线柱A、B、C连接，测量结果如表：
Ⅰ.在图乙虚线框中画出黑箱内的电路结构图。
【答案】 见解析图
Ⅱ.小华为了精确测量黑箱内二极管的正向电阻值和定值电阻阻值，又进行了如下实验：
(1)如图丙所示，将电源（电动势未知，内阻不计）、电阻箱、开关连接，将e与B（选填“A”或“B”）相连，f与A（选填“A”或“B”）相连，A、B之间再接入一个电压表，闭合开关，改变电阻箱R的阻值大小，读出多组对应的电压表示数，记录为U1。
(2)将e、f按照正确方式与A、C相连，闭合开关，改变电阻箱R的阻值大小，读出对应的电压表示数，记录为U2。
(3)分别作出 eq \f(1,U1)－R和 eq \f(1,U2)－R图像，发现两图线均为直线，若直线纵轴截距分别为a1、a2，斜率分别为k1、k2，则电源电动势为 eq \f(1,a1)或 eq \f(1,a2)，黑箱内定值电阻阻值为 eq \f(a2,k2)，二极管正向电阻值为 eq \f(a1,k1)－ eq \f(a2,k2)。
【解析】 Ⅰ.A、C间与C、A间电阻相同，说明A、C间是定值电阻，在测量B、C之间电阻时，黑表笔接C时电阻很小，接B时电阻很大，说明B、C之间有二极管，而且C接二极管的正极，则电路如图所示。
Ⅱ.(1)因为电流从A到B才能正向流过该二极管，且f与电源正极相连，故f接A，e接B。
(3)e与B、f与A相连时，A、B之间的电压表测的是二极管和定值电阻的总电压，设电源电动势为E，二极管正向电阻为RD，定值电阻阻值为R0，则由题意得U1＝E× eq \f(R0＋RD,R＋R0＋RD)，
即 eq \f(1,U1)＝ eq \f(1,E(R0＋RD))·R＋ eq \f(1,E)，
故在 eq \f(1,U1)－R关系图像中，纵轴截距a1＝ eq \f(1,E)，斜率k1＝ eq \f(1,E(R0＋RD))，故电源电动势E＝ eq \f(1,a1)，
同理可得U2＝E× eq \f(R0,R＋R0)，即 eq \f(1,U2)＝ eq \f(1,ER0)·R＋ eq \f(1,E)，
故在 eq \f(1,U2)－R关系图像中，纵轴截距a2＝ eq \f(1,E)，斜率k2＝ eq \f(1,ER0)，故电源电动势E＝ eq \f(1,a2)，定值电阻R0＝ eq \f(a2,k2)。
在 eq \f(1,U1)－R关系图像中，将a1＝ eq \f(1,E)，R0＝ eq \f(a2,k2)代入k1等式中，可得二极管正向电阻阻值RD＝ eq \f(a1,k1)－ eq \f(a2,k2)。
3．如图甲所示的黑箱中有两只电学元件，小明使用多用电表对其进行探测。
(1)在使用多用电表前，发现指针不在左边“0”刻度线处，应先调整图乙中多用电表的A（选填“A”“B”或“C”）。
(2)探测黑箱a、b接点间是否存在电源时，应选用多用电表的直流电压（选填“直流电压”“直流电流”或“电阻”）挡。
(3)在判定黑箱中无电源后，将选择开关旋至电阻“×1”挡，调节好多用电表，测量各接点间的阻值。两表笔分别接a、b时，多用电表的示数如图丙所示，正反向阻值均相等，则他判断a、b两点间连接了电阻，阻值为15 Ω。
(4)他继续将红表笔接b，黑表笔接c，发现电阻无穷大，于是又将黑表笔接b，红表笔接c，发现电阻比a、b间的电阻更小，于是他判断出b、c间连接了二极管，并且二极管的正极与b点相连。
解析：(1)多用表使用前应机械调零，应调整A。
(2)可用多用电表的直流电压挡探测黑箱a、b接点间是否存在电源，将一表笔接a，另一表笔短暂接b，同时观察指针偏转的情况，判断接点间是否存在电源。
(3)电阻挡的挡位为“×1”挡，根据题图丙示数可知R＝15×1 Ω＝15 Ω。
(4)二极管正向导通电阻很小，反向电阻无穷大，再根据多用电表电阻挡内部结构可知，电流从红表笔流入，黑表笔流出，可知二极管的正极与b点相连，负极与c点相连。
课时作业54
1．（12分）在练习使用多用电表的实验中。
(1)某同学连接的电路如图所示。
①若旋转选择开关，使尖端对准直流电流挡，此时测得的是通过R1的电流。（填元件代号，下同）
②若断开电路中的开关，旋转选择开关使其尖端对准电阻挡，此时测得的是R1和R2的电阻。
③若旋转选择开关，使尖端对准直流电压挡，闭合开关，并将滑动变阻器的滑片移至最左端，此时测得的是R2两端的电压。
(2)在使用多用电表的电阻挡测量电阻时，下列说法正确的是A。
A．双手捏住两表笔金属杆，测量值将偏小
B．测量时发现指针偏离中央刻度过大，则必须减小倍率，重新调零后再进行测量
C．选择“×100”倍率测量时发现指针位于20与30正中间，则测量值等于2 500 Ω
D．更换待测电阻后，必须重新进行欧姆调零
解析：(1)①多用电表调至直流电流挡，与滑动变阻器串联，测的是通过滑动变阻器R1的电流；②断开电路中的开关，多用电表调至电阻挡，接在R1与R2串联电路的两端，测的是串联部分的总电阻；③多用电表调至直流电压挡，滑动变阻器的滑片移至最左端，滑动变阻器相当于导线，多用电表与电阻R2并联，测的是R2两端的电压。
(2)双手捏住两表笔金属杆，人体与电阻并联，总电阻减小，测量值偏小，故A正确；测量时若发现指针向右偏离中央刻度过大，则必须减小倍率，若向左偏离中央刻度过大，则必须增大倍率，重新欧姆调零后再进行测量，故B错误；电阻表刻度左密右疏，选择“×100”倍率测量时发现指针位于20与30正中间，则测量值小于2 500 Ω，故C错误；更换待测电阻后，若不更换倍率，则不必重新进行欧姆调零，若更换倍率，则必须重新进行欧姆调零，故D错误。
2．（12分）某同学组装一个多用电表。可用的器材有：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。
答案：见解析图
(2)电阻箱接入电路的阻值R1＝100 Ω，R2＝2 910 Ω。（结果均保留到个位）
解析：(1)R1的阻值比较小，所以R1与表头并联构成大量程的电流表，R2的阻值比较大，与改装后的电流表串联可充当大量程的电压表，设计电路图如图所示。
(2)改装电流表需要并联一个电阻，要改装成量程为1 mA的电流表需要并联的电阻R1＝ eq \f(IgRg,I－Ig)＝ eq \f(0.1×900,1－0.1) Ω＝100 Ω，要改装成3 V电压表，需要再串联电阻，串联电阻的阻值为R2＝ eq \f(U－IgRg,I)＝ eq \f(3－0.09,1×10-3) Ω＝2 910 Ω。
3．（12分）如图所示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a（选填“a”或“b”）点。
②该同学测试结果如下表所示，根据测试结果，可以判定故障是D（假设只有下列中的某一项有故障）。
A．灯A断路 B．灯B短路
C．c、d段断路 D．d、f段断路
(2)用电阻挡检查
①测试前，应将开关S断开（选填“断开”或“闭合”）。
②测试结果如下表所示，由此可以断定故障是D。
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
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；d、f间有示数，说明f→b→电源、d→c→a→电源完好，c、d间无示数，结合以上分析可知应是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用电阻挡检查时，测试前应将开关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时电阻无穷大，可以断定是d、e间导线断路，故D正确。
4．（12分）课外兴趣小组在一次拆装晶体管收音机的过程中，发现一只发光二极管，同学们决定测绘这只二极管的伏安特性曲线，并测量其正向电压为3.2 V时的电阻值。
(1)由于不能准确知道二极管的正负极，同学们用多用电表的电阻挡对其进行测量，当红表笔接A端、黑表笔接B端时，指针几乎不偏转，反接后有明显偏转，则可以判断二极管的正极是A（选填“A”或“B”）端。
(2)选用下列器材设计电路并测绘该二极管的伏安特性曲线：
A．待测二极管D（符号）
B．电源电动势E（4.5 V，内阻较小）
C．电流表A（量程0～40 mA，内阻可忽略）
D．电压表V（量程0～3 V，内阻为6 000 Ω）
E．滑动变阻器R1（最大阻值10 Ω）
F．滑动变阻器R2（最大阻值100 Ω）
G．定值电阻R3(1 500 Ω)
H．开关、导线若干
①实验过程中滑动变阻器应选E（填写器材前的字母序号）。
②图乙方框中画出了部分电路图，请根据实验器材补充完整电路图。
答案：见解析图
③某同学以电压表的示数U为横坐标，电流表的示数I为纵坐标，测量出多组数据，描绘的图线如图丙所示，则当二极管的两端电压为3.2 V时，二极管的电阻值为160 Ω（结果保留三位有效数字）。
解析：(1)当红表笔接A端、黑表笔接B端时，指针几乎不偏转，则说明测量的是反向电阻，而电流是从黑表笔流出的，所以黑表笔接的是二极管的负极，即A端是正极。
(2)①因要测量多组数据且电压和电流从零开始变化，所以滑动变阻器用分压式接法，则滑动变阻器选阻值小的，故选E。
②由于电压表的最大量程为3 V，量程不够，所以要与定值电阻R3串联来扩大量程，且电流表内阻可忽略，则电流表内接，补充电路图如图所示。
③当二极管两端电压UD为3.2 V时，设电压表示数为U，则有R3 eq \f(U,RV)＋U＝3.2 V，代入数据解得U＝2.56 V，由题图丙可知，此时电流表示数为20 mA，根据欧姆定律可得R＝ eq \f(UD,I)＝ eq \f(3.2,0.020) Ω＝160 Ω。
5．（12分）“黑箱”表面有a、b、c三个接线柱，盒内总共有两个电学元件，每两个接线柱之间只可能连接一个元件。为了探明盒内元件的种类及连接方式，某位同学用多用电表进行了如下探测：
第一步：用电压挡对任意两接线柱正、反向测量，指针不发生偏转；
第二步：用电阻挡“×100”挡对任意两个接线柱正、反向测量，指针偏转情况如图1所示。
(1)第一步测量结果表明盒内不存在电源。
(2)图2标出了图1甲和乙中电阻表指针所处的位置，其对应的阻值是1 200 Ω；图3标出了图1丙中电阻表指针所指的位置，其对应的阻值是500 Ω。
(3)请在图4的接线柱间，用电路图符号画出盒内的元件及连接情况。
答案：见解析图
解析：(1)使用电压挡进行测量，目的是看盒内是否有电源，由于指针不发生偏转，因此盒内不存在电源。
(2)使用电阻表读数时注意其零刻度在右侧，读出数据然后乘挡位倍率即为所测电阻阻值。所以题图2读数为12×100 Ω＝1 200 Ω，题图3读数为5×100 Ω＝500 Ω。
(3)使用电阻挡进行测量时，注意黑表笔是和多用电表内部电源的正极相连的，观察题图1中的甲、乙可知，在测量b、c之间的电阻时，对两个接线柱进行正、反测量，其阻值相同，说明b、c之间接有一个定值电阻；观察题图1中的丙、丁可知，在测量a、c之间电阻时，黑表笔接c时电阻很小，接a时电阻很大，说明a、c之间有二极管，而且c应该接二极管的正极，故可知盒内元件的连接如图所示。再由题图1中的戊、己验证盒内元件的种类及连接方式的正确性，观察题图1中的戊可知，黑表笔接b时电阻比丙中黑表笔接c时电阻大，说明了a、c、b之间串联了二极管和电阻两个元件，由题图1中的己可知，a、b之间电阻无穷大，故盒内元件的连接如图所示。
原理装置图
操作要求
注意事项
1.内部电路简化图
2．测量原理
根据闭合电路欧姆定律可知：
(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
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)将多用电表选择开关置于直流电压挡，按如图甲所示的电路图连好电路，测量小灯泡两端的电压。
(2)将多用电表选择开关置于直流电流挡，按如图乙所示的电路图连好电路，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，调节欧姆调零旋钮，使指针指在电阻表的“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)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
1.使用前要机械调零。
2．两表笔在使用时，要保证电流总是“红笔流入，黑笔流出”。
3．测量电阻时
(1)指针指在中值附近误差较小，否则换挡。
(2)每换一挡必须重新进行欧姆调零。
(3)读出的示数要乘以倍率。
4．使用完毕，选择开关应置于“OFF”挡或交流电压最高挡，长期不用应取出电池
测二极管的
正、反向电阻
1.认识二极管：晶体二极管由半导体材料制成，它的符号如图所示，左端为正极，右端为负极。
2．用电阻挡判断二极管的正负极
将多用电表欧姆调零之后，若多用电表指针偏角很大，则黑表笔接触二极管的正极，红表笔接触二极管的负极（如图甲）；若多用电表指针偏角很小，则黑表笔接触二极管的负极，红表笔接触二极管的正极（如图乙）。
判断目的
应用挡位
现象
电源
电压挡
两接线柱正、反接时均无示数，说明无电源
电阻
电阻挡
两接线柱正、反接时示数相同
二极管
电阻挡
正接时示数很小，反接时示数很大
红表笔
A
C
C
B
A
B
黑表笔
C
A
B
C
B
A
阻值
有阻值
同A、C
间测量值
很大
很小
很大
接近A、C
间测量值
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
测试点
表头指示位置
c、d
d、e
e、f