【备战2023高考】物理总复习——9.6《实验十二：练习使用多用电表》讲义（全国通用）

第九章 恒定电流

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专题9.6 实验十二：练习使用多用电表

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考点一  电流表与电压表的改装

1．改装方案

2.校正

(1)电压表的校正电路如图甲所示，电流表的校正电路如图乙所示．

(2)校正的过程是：先将滑动变阻器的滑动触头移动到最左端，然后闭合开关，移动滑动触头，使改装后的电压表(电流表)示数从零逐渐增大到量程值，每移动一次记下改装的电压表(电流表)和标准电压表(电流表)示数，并计算满刻度时的百分误差，然后加以校正．

二、欧姆表原理(多用电表测电阻原理)

1．构造：如图所示，欧姆表由电流表G、电池、调零电阻R和红、黑表笔组成．

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．

三、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“基础再现”栏目中的实验原理图所示：上半部为表盘，表盘上有电流、电压、电阻等多种量程的刻度；下半部为选择开关，它的四周刻有各种测量项目和量程．

3．多用电表面板上还有：欧姆表的调零旋钮(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)．

四、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，它的符号如图甲所示．

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．

考点二  基本要求

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．会使用多用电表探索黑箱中的电学元件．

二、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．

三、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．

(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，调节欧姆表的调零旋钮，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．

考点三  规律方法

一、多用电表对电路故障的检测

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．

①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)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，若串联在电路中的电流表示数不为零，故障应是短路．

二、使用多用电表的注意事项

1．表内电源正极接黑表笔，负极接红表笔，但是红表笔插入“＋”孔，黑表笔插入“－”孔，注意电流的实际方向．

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，调整的是欧姆挡的调零旋扭．

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．测量电阻时，每变换一次挡位都要重新进行欧姆调零．

5．由于欧姆表盘难以估读，测量结果只需取两位有效数字，读数时注意乘以相应量程的倍率．

6．使用多用电表时，手不能接触测试笔的金属杆，特别是在测电阻时，更应注意不要用手接触测试笔的金属杆．

7．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．

8．如果长期不用欧姆表，应把表内电池取出．

三、欧姆表测电阻的误差分析

1．电池旧了电动势下降，会使电阻测量值偏大．

2．欧姆表挡位选择不当，导致表头指针偏转过大或过小都有较大误差，通常使表针指在中央刻度附近，即表盘的～范围内，误差较小．

高频考点一 基本要求

例1、（2022·广东·蛇口育才中学模拟）高三实验课中，一名学生想要测量多用电表内电源的电动势E和“×10”挡位下的表内内阻。他设计了图甲的电路，使用的器材有：多用电表，毫安表（量程10mA，内阻为45Ω），电阻箱，导线若干。请你分析它的电路，完成下列问题：

（1）将多用电表挡位调到电阻“×10”挡，红表笔和黑表笔短接，调零；

（2）将电阻箱阻值调到最大，再将图甲中多用电表的黑表笔和___________（填“1”或“2”）端相连，红表笔连接另一端；

（3）调节电阻箱，记下多组毫安表的示数I和电阻箱相应的阻值R；某次测量时电阻箱的读数如图乙所示，则该读数为___________Ω；

（4）某同学将测量的数据记录在如下表格中，请根据实验数据，回答以下问题：

①答题卡的坐标纸上已标出5组数据对应的坐标点，请在答题卡的坐标纸上标出第3、5两组数据对应的坐标点并画出图像；___________

②根据实验数据可知，多用表内电源的电动势E=___________V，电阻“×10”挡内部电路的总电阻___________Ω。（结果均保留三位有效数字）

③若电流表的内阻未知，那么用此方法测出的电动势的结果___________真实值相（填“大于”或“小于”或者“等于”）

【答案】     1     32.2          1.43（1.40~1.46）     155（150~160）     相等

【解析】

（2）[1]   在欧姆表内部，黑表笔接电源的正极，红表笔接内部电源的负极，所以将电阻箱阻值调到最大，再将图a中多用电表的红表笔和2端相连，黑表笔连接1，使得电流从电流表的“＋”接线柱流入；

（3）[2]   根据电阻箱的读数方法可知，则该读数为

3×10Ω＋2×1Ω+2×0.1Ω=32.2Ω

（4）①[3]描点作图如下

②[4][5]根据

可得

图像的斜率为

解得

图像与纵坐标的截距为

解得

③[6]由于图像的斜率为电动势的倒数，与电流表的内电阻无关，因此若电流表的内阻未知，对测量电动势的结果没有影响。

【变式训练】（2022·天津市新华中学一模）小明同学想探究多用电表欧姆调零电阻阻值的最大调节范围，他进行了以下实验操作：

（1）小明首先调节旋钮A使指针指到图乙中a位置；

（2）将电阻箱的阻值调到最大，并按图甲连接好电路，此时电阻箱接线柱P的电势比Q___________（填“高”或“低”）；

（3）将旋钮C拨到R×1挡，并将旋钮B顺时针旋转到底（此时欧姆调零电阻的阻值最小），然后调节电阻箱的阻值，直至表盘指针指到电流满偏刻度值处，读出此时电阻箱的阻值为R1；继续调节电阻箱的阻值，直至表盘指针指到图乙中的b处，读出此时电阻箱的阻值为R2；则此时该多用电表R×1挡的总内阻为___________（用R1和R2表示）；

（4）最后将旋钮B逆时针旋转到底（此时欧姆调零电阻的阻值最大），并将电阻箱的阻值调到0，此时电表指针指到图乙中的c处，则此时流过表头的电流与满偏电流的比值为；

（5）该多用电表欧姆调零电阻阻值最大值和最小值的差为___________（用R1和R2表示）。

【答案】     低         

【解析】

（2）[1]由于选择的是多用电表的电阻档，则黑表笔接的是多用电表内部电源的正极，则Q端电势高，即接线柱P的电势比Q低。

（3）[2]根据欧姆表的测电阻原理有

E = I(R0 + Rx)

其中R0为欧姆表在该档位时的内部总电阻，Rx为待测电阻。由上式可知接入不同的Rx便有不同的I值，则根据I和Rx的对应关系可在表头上把不同的电流对应的电阻值标出来，即制作出欧姆表表盘，根据以上分析当表盘指针指到电流满偏刻度值处，读出此时电阻箱的阻值为R1，有

E = Ig(R0 + R1)

当表盘指针指到图乙中的b处，读出此时电阻箱的阻值为R2，有

整理有

R0 = R2 - 2R1

（5）[3]当电表指针指到图乙中的c处有

综上该多用电表欧姆调零电阻阻值最大值和最小值的差为

高频考点二 规律方法

例2、（2022·湖南省汨罗市第一中学模拟）如图所示为某同学用一满偏电流，内阻的电流计G改装成的多用电表，已知图中两电源的电动势分别为E1=15V和 E2=1.5V，其内阻都为3.2，R1、R3为定值电阻，R1=1200，R2为最大阻值为500的滑动变阻器

（1）为保证电表正常工作，表笔a为___________（填“红”或“黑”）色；若功能旋钮接3时，为量程10mA的电流表，则R3=___________；

（2）若只设计“×10”、“×100”两种倍率挡位的欧姆表，则功能旋钮接2时倍率为___________（选填“×10”、“×100”），用该倍率测电阻时，先欧姆档调零，则滑阻R2的阻值应调为___________；

（3）因电表使用时间过久，表内两电源的电动势和内阻都发生改变，该同学选用“接1”档测某电阻时，已无法欧姆档调零，但他马上想了个办法可以准确测量该电阻，如图所示，他先把该电阻与一量程为、内阻=2400的电压表并联，再一起串入两表笔上，此时多用电表指针如图所示，电压表的示数为4.96V，则接入时，多用电表表笔b应与电压表的___________（填“正”或“负”）接线柱相连，经计算可得该电阻的阻值为___________。

【答案】     黑     2     ×10     145     负     1200

【解析】

（1）[1]电流表电流要从正接线柱（红表笔）流入，从负接线柱（黑表笔）流出，由图所示电路图可知，a为黑表笔。

（2）[2]若功能旋钮接3时，为量程10mA的电流表，则有

代入数据解得

[3]功能旋钮接2时，调节进行欧姆调零，此时改装后的电流表满偏为10mA，根据闭合电路的欧姆定律可得

代入数据解得欧姆表的内阻为

同理，若功能旋钮接3时，可得欧姆表的内阻为

根据欧姆表的内阻等于中值电阻可知，倍率越大，中值电阻越大，则欧姆表的内阻也越大，故功能旋钮接2时倍率为×10；

[4]由上分析，可知功能旋钮接2时，调节进行欧姆调零，内阻为

代入数据解得

（3）[5]由图可知多用电表表笔b端一侧与内部电源的负极相连，故多用电表表笔b应与电压表的负极相连；

[6]选用“接1”档后，由于无法进行欧姆调零，故此时不能直接读出电阻，而应读出此时对应的总电流表，示数为，则有

代入数据可得

【变式训练】．（2022·福建莆田·三模）某同学想测量一未知电阻的阻值，实验室备有下列器材∶

a.电流表G，量程为100 mA，内阻未知；

b.电阻箱R，阻值范围为0～999.9 Ω；

c.未知电阻；

d.干电池一节，电动势E=1.5V；

e.开关，红、黑表笔，导线若干。

（1）该同学利用上述器材成功地组装了一只简单的欧姆表，如图乙所示，将红、黑表笔短接进行调零，则在正确操作下，A为___（填“红”或“黑”）表笔。

（2）先将干电池、电流表、电阻箱和开关用导线串联，将电阻箱阻值调至最大后闭合开关，调节电阻箱，当它接入电路的阻值R1=28.0Ω时，此时电流表示数I=50.0 mA；再将此未知电阻串联接入电路，保持电阻箱的阻值不变，电流表指针指示位置如图甲所示，则该未知电阻的阻值=______Ω。（结果保留两位有效数字）

（3））若该欧姆表使用一段时间后电池电动势不变，内阻变大，但仍能调零，则电阻的测量结果与原来相比_____（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）。

【答案】     黑     7.5     无影响

【解析】

（1）欧姆表中，电流为红进黑出，则A为黑表笔。

（2）由题图甲可看出电流表示数

未接电阻前，有

解得

接入后，有

解得

（3）根据闭合电路欧姆定律，有

可得，电池电动势不变，内阻变大，不会影响电阻的测量结果。