2021届高考物理沪科版一轮复习教学案：第八章实验用多用电表测量电学中的物理量

实验　用多用电表测量电学中的物理量 一、                                                                                                                                     基本原理与操作    装置及器材操作要领 (1)机械调零：使用前要机械调零。(2)电流方向：在使用多用电表时，必须保证电流总是“红入”“黑出”。(3)测电阻的三关键①选挡：指针指中值附近较准，否则换挡。②欧姆调零：每次换挡必须重新进行欧姆调零。③读数：指针的示数一般读两位有效数字，指针的示数要乘以倍率。(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。误差分析1.系统误差(1)电池用旧后，电动势会减小，内阻也会变大，致使电阻测量值偏大，要及时更换新电池。(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。2.偶然误差(1)欧姆表的表盘刻度不均匀，估读时易带来误差，要注意其左密右疏的特点。(2)由于欧姆表刻度的非线性，表头指针偏转过大或过小都会使误差增大，因此要选用恰当挡位，尽可能使指针指向表盘的中值刻度附近。 　教材原型实验命题角度　欧姆表的原理及读数【例1】 (2019·全国卷Ⅲ，23)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1(1)欧姆表设计将图1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2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2(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3所示，则电阻箱接入的阻值为________Ω。图3解析　(1)欧姆表的中值刻度为欧姆表的内阻，即r＋R0＋RA＋R＝15 kΩ，解得R＝900 Ω。由于滑动变阻器R2的最大阻值为500 Ω，所以滑动变阻器选R1。(2)根据闭合电路欧姆定律，得Ia＝和Ib＝，代入数据解得Ra＝45 kΩ，Rb＝5 kΩ。(3)使用欧姆表测量电阻时，首先要进行电阻调零，此时应将红、黑表笔短接，调整滑动变阻器，使欧姆表指针指在0 kΩ上。电阻箱的阻值为(0.1×0＋1×0＋10×0＋100×0＋1 000×5＋10 000×3) Ω＝35 000.0 Ω。答案　(1)如图所示　900　R1　(2)45　5　(3)0　35 000.0 命题角度　多用电表的原理及读数【例2】 (2017·全国卷Ⅲ，23)图4(a)为某同学组装完成的简易多用电表的电路图。图中E是电池；R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻，R6是可变电阻；表头的满偏电流为250 μA，内阻为480 Ω。虚线方框内为换挡开关，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。图4(1)图4a中的A端与________(填“红”或“黑”)色表笔相连接。(2)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(3)根据题给条件可得R1＋R2＝________Ω，R4＝________Ω。(4)某次测量时该多用电表指针位置如图4b所示。若此时B端是与“1”相连的，则多用电表读数为__________；若此时B端是与“3”相连的，则读数为________；若此时B端是与“5”相连的，则读数为____________。(结果均保留3位有效数字)解析　(1)与欧姆表内电源正极相连的是黑表笔。(2)R6是可变电阻，它的作用就是欧姆表调零的作用，也就是使用欧姆挡时，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。(3)换挡开关接2时，是量程较小的电流表，所以R1＋R2＝＝160 Ω；换挡开关接4时，是量程较小的电压表，这时表头与R1、R2并联组成新表头，新表头的内阻 r＝＝120 Ω，新表头的量程是1 mA，所以R4＝－r＝ Ω－120 Ω＝880 Ω(4)某次测量时该多用电表指针位置如图(b)所示。若此时B端与“1”相连，则多用电表是量程为2.5 mA的电流表，则读数为1.47 mA；若此时B端与“3”相连接，多用电表是欧姆×100 Ω挡，则读数为11.0×100 Ω即1.10×103 Ω；若此时B端与“5”相连接，多用电表是量程为5 V电压表，则读数为2.95 V。答案　(1)黑 　(2)B　(3)160　880　(4)1.47 mA  1.10×103 Ω　2.95 V　实验拓展创新 命题角度　用多用电表检测电路故障【例1】 (2017·江苏单科)某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图5甲所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15 mA 时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。继电器的电阻约20 Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示。t/℃30.040.050.060.070.080.0Rt/Ω199.5145.4108.181.862.949.1(1)提供的实验器材有：电源E1(3 V，内阻不计)、电源E2(6 V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200 Ω)、滑动变阻器R2(0～500 Ω)、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0～999.9 Ω)、开关S、导线若干。为使该装置实现对30～80 ℃之间任一温度的控制，电源E应选用________(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用________(选填“R1”或“R2”)。图5(2)实验发现电路不工作。某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图乙所示的选择开关旋至________(选填“A”“B”“C”或“D”)。(3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查。在图甲中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)。(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50 ℃时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是________。(填写各步骤前的序号)①将热敏电阻接入电路②观察到继电器的衔铁被吸合③断开开关，将电阻箱从电路中移除④合上开关，调节滑动变阻器的阻值⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 Ω解析　(1)为保持继电器的灵敏度，即电路中的电流易超过 15 mA，应选电动势大的电源E2；当温度为80 ℃时，滑动变阻器接入电路的最小电阻为R＝－Rt＝350.9 Ω，故滑动变阻器应选R2。(2)因电路中有电源，排查电路故障应选用多用电表的直流电压挡，故选C。(3)只有b、c间断路，表笔接入a、b间时，电表与电源之间形不成闭合电路，则电表指针不偏转，表笔接入a、c间时，能形成闭合电路，电表指针发生偏转。(4)欲使衔铁在50 ℃被吸合，由表中数据可知，此时热敏电阻的阻值为108.1 Ω，操作步骤应是先断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 Ω，闭合开关，调节滑动变阻器的阻值，观察继电器的衔铁被吸合，然后断开开关，将电阻箱从电路中移除，再将热敏电阻接入电路原位置，故步骤顺序应为⑤④②③①答案　(1)E2　R2　(2)C　(3)不偏转　偏转(4)⑤④②③①命题角度　用多用电表探测电学“黑箱” 问题【例2】 (2019·潍坊模拟)如图6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。请判定黑箱内的结构。图6红表笔AABCCB黑表笔BCCBAA阻值/Ω100150502 0002 100100 解析　先由二极管的反向截止的性质分析，由表可知，接BC和CB时测量结果不同，故在BC间一定有二极管存在；同理可知在AC间也有二极管存在，并且AC间的正向电阻大于BC之间的正向电阻，说明AC间包含电阻；而接AB和BA时电阻不变；故说明AB间只有电阻，BC间接二极管。所以黑箱内的结构为：答案　见解析探测电学“黑箱”内的电学元件的判断方法判断元件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欧姆挡两接线柱正、反接时示数相同二极管欧姆挡正接时示数很小，反接时示数很大　　　　　　1.(2020·西城区月考)如图7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：图7(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。解析　(1)欧姆表读数：对应最上一行刻度值为15，倍率为“×100”，读数为1.5×103 Ω；测2.0×104 Ω电阻时应选“×1 k”的欧姆挡。(2)选50 mA直流电流挡，则每一大格表示10 mA，每一小格表示1 mA，测量的精确度为1 mA，应估读到0.1 mA(此时为1/10估读)，指针对应的读数为30.7 mA；选择量程为250 mA的电流挡，则每一大格表示50 mA，每一小格表示5 mA，测量的精确度为5 mA，应估读到1 mA(此时为1/5估读)，指针对应的读数为153 mA。(3)选择10 V电压挡，则每一大格表示2 V，每一小格表示0.2 V，测量的精确度为0.2 V，应估读到0.1 V(此时应为1/2估读)，指针对应的读数为6.1 V。答案　(1)1.5×103　×1 k　(2)30.7(30.5～30.9都正确)　153(152～154都正确)　(3)6.12.如图8是一个多用电表欧姆挡内部电路示意图。电流表满偏电流为0.5 mA，内阻为10 Ω；电池电动势为1.5 V，内阻为1 Ω；变阻器阻值为0～5 000 Ω。图8(1)该欧姆表的刻度值是按电池电动势为1.5 V标定的，当电池的电动势下降到1.45 V、内阻增大到4 Ω时仍可调零，调零后R0阻值将变________(选填“大”或“小”)；若测得某电阻阻值为300 Ω，则这个电阻的真实值是________Ω。(2)该欧姆表换了一个电动势为1.5 V、内阻为10 Ω的电池，调零后测量某电阻的阻值，其测量结果________(选填“偏大”“偏小”或“准确”)。解析　(1)电池的电动势减小、内阻增大时，要使表头的示数仍为原来的大小，则R0应该变小；若用电动势为1.45 V的电池测得某电阻的阻值是300 Ω，则调零时，满足0.5 mA＝，则当指针指到300 Ω时，电路中的电流I＝；当电池的电动势为1.5 V，没有降低时，调零时仍有0.5 mA＝，则当指针指到300 Ω时，其电流仍为I，且I＝，联立解得Rx＝290 Ω。(2)若电池的内阻变大，测量时可以通过调节变阻器来弥补，故测量的结果仍是准确的。答案　(1)小　290　(2)准确3.(2019·山东临沂摸底)指针式多用电表是常用的电学测量仪器。请完成下列问题。如图9甲所示为多量程多用电表的示意图。图9(1)当接通1或2时，为________挡(填“电流”“电阻”或“电压”)。1的量程比2的量程________(填“大”或“小”)，若选择开关拨至“25 mA”挡，指针的位置如图乙所示，则测量结果为________mA，接通5或6时，5的量程比6的量程________(填“大”或“小”)。(2)当接通3或4测量某电阻时，用“×10”挡时，发现指针偏转角度过大，应该换用________挡(填“×1”或“×100”)，换挡后，在测量前要先进行________。若此多用电表所用表头的满偏电流是100 mA，则换挡后电池的电动势E＝________V；图甲中________(填“A”或“B”)为红表笔。解析　(1)根据多用电表的原理图知，当接通1或2时，为电流挡。1的量程比2的量程大。若选择开关拨至“25 mA”挡，测量的结果为107× mA＝10.7 mA；接通5或6时，为电压挡。5的量程比6的量程小。(2)测量电阻时，用“×10”挡时，发现指针偏转角度过大，应该换用“×1”挡，换挡后，在测量前要先进行欧姆调零。若此多用电表所用表头的满偏电流是100 mA，则换挡后电池的电动势E＝IgR内＝IgR中＝100×10－3×15 V＝1.5 V；多用电表的表笔电流为“红进黑出”，故A为红表笔。答案　(1)电流　大　10.7　小　(2)×1　欧姆调零1.5　A4.某照明电路出现故障，其电路如图10所示，该电路用标称值12 V的蓄电池为电源，导线及其接触完好。维修人员使用已调好的多用表直流50 V挡检测故障。他将黑表笔接在c点，用红表笔分别探测电路的a、b点。图10图11(1)断开开关，红表笔接a点时多用表指示如图11所示，读数为________V，说明__________正常(选填：蓄电池、保险丝、开关、小灯)。(2)红表笔接b点，断开开关时，表针不偏转，闭合开关后，多用表指示仍然和图11相同，可判定发生故障的器件是__________(选填：蓄电池、保险丝、开关、小灯)。解析　(1)由题图可知，直流50 V挡的最小分度为1 V，故按“十分之一”估读法可知读数应为11.5 V左右。由于测得的电压基本等于蓄电池电动势的标称值，说明a、c两点与电源之间是通路，只能是此电池之外的保险丝、开关、小灯中出现了断路故障，但故障的具体位置不能确定。(2)同理可知，两表笔接c、b时测得结果仍等于电源电动势，说明多用表、开关、保险丝、蓄电池形成了一闭合回路，故只能是与多用表并联的小灯发生了断路故障。答案　(1)11.5(11.2～11.8之间的值均可)　蓄电池(2)小灯5.在“用多用电表测量电学中的物理量”的实验中：(1)在测量小灯泡的电阻时，红表笔接触点的电势比黑表笔__________；(填“高”或“低”)(2)某同学把选择开关打到“×1”挡，转动欧姆调零旋钮，发现无法调零，则他应__________。A.用力转动欧姆调零旋钮    B.先用螺丝刀转动指针定位螺丝机械调零C.更换多用电表的电池D.作报废处理，换新的多用电表(3)在用多用电表进行测量时，指针的位置如图12所示，若多用电表的选择开关处在以下表格中所指的挡位，请写出对应指针读数。图12所选择的挡位指针读数直流电压10 V 电阻“×10”挡  (4)小徐同学要进行二极管正反向电阻测量实验，他可选用以下器件中的__________。(填字母)解析　(1)欧姆表的红表笔与其内置电源的负极相连接，黑表笔与欧姆表内置电源正极相连接，在测量小灯泡的电阻时，红表笔接触点的电势比黑表笔低。(2)把选择开关打到“×1”挡，转动欧姆调零旋钮，无法调零，可能是多用电表没有进行机械调零造成的，他可以用螺丝刀转动指针定位螺丝进行机械调零，然后再进行欧姆调零，故选B。(3)多用电表选择直流电压10 V挡，由图示可知，其分度值为0.2 V，示数为3.6 V；选择开关置于电阻“×10”挡，由图示表盘可知，其示数为26×10 Ω＝260 Ω。(4)由图示可知，A是电容器，C是电阻，B、D是二极管，因此可以选择B、D进行实验。答案　(1)低　(2)B　(3)3.6 V　260  Ω　(4)BD