2019届高考物理一轮复习讲义：第8章 恒定电流实验十一　练习使用多用电表(含答案)

实验十一　练习使用多用电表板块一　主干梳理·夯实基础　 　实验原理与操作◆　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.会用多用电表探索黑箱中的电学元件。◆　实验原理1.多用电表(1)外部构造多用电表可以用来测电流、电压和电阻，又称万用电表，其表面结构如图所示。其表面分为上、下两部分，上半部分为表盘，共有三条刻度线，最上面的刻度线的左端标有“∞”，右端标有“0”，是用于测电阻的，其刻度是不均匀的，从右向左越来越密；中间的刻度线是用于测直流、交流的电流和电压，其刻度是分布均匀的；最下面一条刻度线左侧标有“ ”，是交流2.5 V专用，其刻度是不均匀的。多用电表表面的下半部分为选择开关，周围标有测量功能的区域和量程。将多用电表的选择开关旋转到电流挡，多用电表就测量电流；当选择开关旋转到其他功能区域时，就可测量电压或电阻。多用电表表面还有一对正、负插孔。红表笔插“＋”插孔，黑表笔插“－”插孔，插孔上面的旋钮叫欧姆调零旋钮，用它可进行欧姆调零。另外，在表盘和选择开关之间还有一个指针定位螺丝，即机械调零旋钮，用它可以进行机械调零，即旋转该调零螺丝，可使指针(在不接入电路中时)指在左端“0”刻线。(2)内部构造多用电表是由一个小量程的电流表与若干元件组成的，如图所示，每进行一种测量时，只使用其中一部分电路，其他部分不起作用。如图中1、2为电流测量端，其中接1为大量程；5、6为电压测量端，其中接6为大量程；3、4为电阻测量端，其中接4为大倍率。测量时，黑表笔插入“－”插孔，红表笔插入“＋”插孔，并通过选择开关接入与待测量相对应的测量端。2.测电流、电压的原理测电流和电压的原理与电流表和电压表改装原理相同。(1)直流电流挡：直流电流挡的几个挡位实际是由同一表头并联不同电阻改装而成的几个量程不同的电流表。(2)直流电压挡：直流电压挡的几个挡位实际是由同一表头串联不同电阻改装而成的几个量程不同的电压表。3.欧姆表的原理(1)构造：欧姆表由电流表G、电池、调零电阻R和红、黑表笔组成。(2)工作原理：由闭合电路的欧姆定律I＝，可知Rx与电流I相对应。(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。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，此电阻等于欧姆表的内阻，也叫中值电阻(图丙)。(4)电源极性：红表笔接内部电源的负极，黑表笔接内部电源的正极。4. 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)。当电流从正极流入时，它的电阻比较小，如图乙所示；当电流从正极流出时，它的电阻比较大，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。◆　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。◆　实验步骤1.观察多用电表的外形，认识选择开关对应的测量项目及量程。2.检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的零刻度位置。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.测小灯泡的电压和电流。(1)按如图甲所示连好电路，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.用多用电表测电阻的步骤 (1)调整定位螺丝，使指针指向电流的零刻度。 (2)选择开关置于“Ω”挡的“×1”，短接红、黑表笔，调节欧姆调零旋钮，使指针指向电阻的零刻度，然后断开表笔，再使指针指向∞刻度处。(3)将两表笔分别接触阻值为几十欧的定值电阻两端，读出指示的电阻值，然后断开表笔，再与标定值进行比较。(4)选择开关改置“×100”挡，重新进行欧姆调零。(5)再将两表笔分别接触标定值为几千欧的电阻两端，读出指示的电阻值，然后断开表笔，与标定值进行比较。(6)测量完毕，将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡。6.探索黑箱内的电学元件　数据处理与分析◆　数据处理1.测电阻时，电阻值等于指针的示数与倍率的乘积。指针示数的读数一般读两位有效数字。2.测电压和电流时，如果所读表盘的最小刻度为1、0.1、0.01、0.001等，读数时应读到最小刻度的下一位，若表盘的最小刻度为2、0.2、0.02、0.002等，或5、0.5、0.05、0.005等，读数时只读到与最小刻度位数相同即可，并按二分之一或五分之一估读，即把最小刻度分成二等份或五等份，观察判断指针靠近哪一个等分线，进而估读到该等分线对应的数值。◆　误差分析1.偶然误差(1)欧姆表的表盘刻度不均匀，估读时易带来误差。(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，因此要选用恰当倍率挡位，使指针在中值附近。(3)读数时的观察易造成偶然误差，要垂直表盘正对指针读数。2.系统误差(1)电池用旧后，电动势会减小，内阻会变大，致使电阻测量值偏大，要及时换电池。(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。◆　注意事项1.欧姆表刻度盘不同于电压、电流表刻度盘(1)左∞右0：电阻无限大与电流、电压零刻度重合，电阻零刻度与电流、电压最大刻度重合。(2)刻度不均匀：左密右疏。(3)欧姆挡是倍率挡，即读出的示数再乘以挡上的倍率。电流、电压挡是量程范围挡。在不知道待测电阻的估计值时，应先从中等倍率开始试测，指针偏角太小，换大倍率挡；指针偏角太大，换小倍率挡。 (4)欧姆表的读数：待测电阻的阻值应为表盘读数乘以倍率。为了减小读数误差，指针应指表盘到的部分，即中央刻度附近。2.多用电表使用的“八大注意” (1)使用前要机械调零。 (2)两表笔在使用时，电流总是“红进”“黑出”。 (3)选择开关的功能区域，要分清是测电压、电流、电阻，还要分清是交流还是直流。(4)电压、电流挡为量程范围挡，欧姆挡为倍率挡。(5)刻度线有三条：上为电阻专用，中间为电流、电压直流、交流共用，下为电压交流2.5 V专用。 (6)测电阻时 ①待测电阻与电路、电源一定要断开。 ②两手一定不要同时接触两表笔金属杆。 ③指针指中值附近较准，否则换挡。 ④每换一挡必须重新欧姆调零。 ⑤读出示数要乘以倍率才为电阻阻值。 (7)测电学黑箱时，一定要先用大量程电压挡判断其内部有无电源，无电源方可用欧姆挡。 (8)使用完毕，选择开关要置于OFF挡或交流电压最高挡，长期不用应取出电池。◆　实验拓展多用电表的欧姆挡不只是可测电阻值，在实际应用中还可判断某一元件是电阻、电容器还是电感器：(1)若某一元件用欧姆表测量时，指针指在某一刻度不动，则该元件为电阻。(2)若某一元件用欧姆表测量时，指针先偏转，然后又缓慢回到“∞”刻度处，则可判断该元件为电容器。(3)若某一元件用欧姆表测量时，指针先由“∞”逐渐减小到某一较小的固定数值，则可判断该元件为电感器。     板块二　考点细研·悟法培优考点1  多用电表的使用及读数例1　(1)用如图所示的多用电表测量电阻，要用到选择开关K和两个部件S、T。请根据下列步骤完成电阻测量：①旋动部件________，使指针对准电流的“0”刻线。②将K旋转到电阻挡“×100”的位置。③将插入“＋”、“－”插孔的表笔短接，旋动部件______。使指针对准电阻的________(填“0刻线”或“∞刻线”)。④将两表笔分别与待测电阻相接，发现指针偏转角度过小，为了得到比较准确的待测量结果，请从下列选项中挑出合理的步骤。并按________的顺序进行操作，再完成读数测量。A．将K旋转到电阻挡“×1 k”的位置B．将K旋转到电阻挡“×10”的位置C．将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接D．将两表笔短接，旋动合适部件，对电表进行校准(2)如图所示，为多用电表的表盘，测电阻时，若用的是“×100”挡，这时指针所示被测电阻的阻值应为______Ω；测直流电流时，用的是100 mA的量程，指针所示电流值为________mA；测直流电压时，用的是50 V量程，则指针所示的电压值为________V。尝试解答　(1)①S__③T__0刻线__④ADC__(2)1700__47__23.5。(1)使用前要进行机械调零，使指针指向左边电流的零刻度处，使用中每次换欧姆挡都要进行欧姆调零，使指针指向右边电阻的零刻度处。由于测量时，指针从无穷大电阻值开始偏转，偏角过小，说明需增大倍率，使指针指向欧姆表中间刻度附近。(2)若用“×100”挡测电阻时，指针读数为：17.0×100 Ω＝1700 Ω若用量程100 mA测直流电流时，看中排刻度线，此时最小刻度是2 mA，要估读到最小刻度的同一位，并按二分之一估读，指针靠近46 mA和48 mA的“中间线”，所以读数为47 mA。若用量程50 V测直流电压时，看中排刻度线，此时最小刻度是1 V，要估读到最小刻度的下一位，读数为23.5 V。　[2017·山东潍坊寿光月考]某同学要测量一均匀新材料制成的圆柱形元件的伏安特性，步骤如下：(1)用多用电表“×100”倍率的电阻挡测量该元件的电阻时，发现指针偏角过大，此时需换用________(填“×10”或“×1 k”)倍率的电阻挡，并重新进行________后再进行测量，表盘的示数如图1所示，则该电阻的阻值R0＝________Ω。(2)该同学想更精确地测量其电阻，现有的器材及其代号和规格如下：待测元件电阻R0电流表A1(量程0～10 mA，内阻约50 Ω)电流表A2(量程0～50 mA，内阻约30 Ω)电压表V1(量程0～3 V，内阻约30 kΩ)电压表V2(量程0～15 V，内阻约50 kΩ)直流电源E(电动势4 V)滑动变阻器R1(阻值范围0～50 Ω，允许通过的最大电流0.5 A)、开关S、导线若干。①要求较准确地测出其阻值，电流表应选________，电压表应选________。(选填电表符号)②根据以上器材，该同学按图2所示连接实验电路，在实验中发现电流表示数变化范围较小，现请你用笔在图中添加一条线对电路进行修改，使电流表示数的变化范围变大。③修改后的电路其测量结果比真实值偏________(选填“大”或“小”)。(3)为了进一步测量该元件的电阻率，该同学用游标卡尺和螺旋测微器测量了该元件的长度和直径，如图3所示，由图可知其长度L＝______mm；其直径D＝______mm。答案　(1)×10　欧姆调零　300(2)①A1　V1　②图见解析　③小(3)50.20　4.700解析　(1)用多用电表“×100”倍率的电阻挡测量时，发现指针偏角过大，说明被测电阻阻值较小，此时需换用小倍率，故应换“×10”挡；更换不同倍率电阻挡后都应重新进行欧姆调零后再进行测量；表盘读数为：30×10 Ω＝300 Ω。(2)①电源电动势为4 V，故电压表应选择量程为0～3 V的V1，由欧姆定律估测电路中的最大电流约为10 mA，故电流表选A1。②为了使电流表示数变化较大，滑动变阻器应采用分压式接法，修改后如图所示。③电流表外接，由于电压表有分流作用，故电流测量值偏大，根据欧姆定律知电阻的测量值偏小。(3)游标卡尺的主尺读数为：5 cm＝50 mm，游标尺上第4条刻线和主尺上某一刻线对齐，所以游标尺读数为4×0.05 mm＝0.20 mm，所以游标卡尺读数为：50 mm＋0.20 mm＝50.20 mm；螺旋测微器的固定刻度为4.5 mm，可动刻度为20.0×0.01 mm＝0.200 mm，所以最终读数为4.5 mm＋0.200 mm＝4.700 mm。 考点2  实验原理与操作问题例2　[2013·全国卷Ⅰ] 某学生实验小组利用图(a)所示电路，测量多用电表内电池的电动势和电阻“×1 k”挡内部电路的总电阻。使用的器材有：多用电表；电压表：量程5 V，内阻十几千欧；滑动变阻器：最大阻值5 kΩ；导线若干。回答下列问题：(1)将多用电表挡位调到电阻“×1 k”挡，再将红表笔和黑表笔________，调零点。(2)将图(a)中多用电表的红表笔和________(填“1”或“2”)端相连，黑表笔连接另一端。(3)将滑动变阻器的滑片调到适当位置，使多用电表的示数如图(b)所示，这时电压表的示数如图(c)所示。多用电表和电压表的读数分别为________kΩ和________ V。(4)调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零，此时多用电表和电压表的读数分别为12.0 kΩ和4.00 V。从测量数据可知，电压表的内阻为________kΩ。(5)多用电表电阻挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、一个理想电流表和一个电阻串联而成的电路，如图(d)所示。根据前面的实验数据计算可得，此多用电表内电池的电动势为________V，电阻“×1 k”挡内部电路的总电阻为________kΩ。尝试解答　(1)短接  (2)1  __(3)15.0  _3.60(4)12.0__(5)9.00  _15.0。(1)多用电表欧姆挡调零的方法是先把红、黑表笔短接，再调节欧姆调零旋钮，使指针满偏。(2)多用电表内部电池的正极与黑表笔相连，要保证电流从的“＋”接线柱流入“－”接线柱流出，故红表笔应和“1”端相连。(3)多用电表指针指向“15”，挡位“1 k”，故多用电表的读数为15.0 kΩ；电压表读数时要估读，读数为3.60 V。(4)滑动变阻器接入电路的阻值为零，故多用电表的读数即为电压表内阻。(5)由题图(b)知，此时多用电表指针指向中值，故此时内、外电阻均为15 kΩ，此时的电压表示数为3.60 VU＝E＝E，E＝＝ V＝9.00 V。　用甲图所示电路精确测量某一未知电阻，先用欧姆表×10 倍率挡粗测其阻值，读数如图乙所示。可以选择的器材有A．电流表A1(量程0～0.6 A，内阻约0.2 Ω)B.电流表A2(量程0～0.6 A，内阻约0.02 Ω)C.电压表V1(量程0～3 V，内阻约2 kΩ)D.电压表V2(量程0～3 V，内阻10 kΩ)E.滑动变阻器R1(最大电阻20 Ω)F.电源E(电动势4 V，内阻0.8 Ω)G.开关S及导线若干(1)根据欧姆表读出电阻的阻值为________。(2)电压表应选用________；电流表选用________。(3)若图乙中欧姆表内部的电池用旧了，电动势略减小，可以认为不变，内阻明显变大，但是仍然能调零，分析用欧姆表测得的电阻值________(选填“偏大”“偏小”或“准确”)。答案　(1)190 Ω　(2)D　A或B　(3)准确解析　(1)根据欧姆表的读数规则，可知Rx＝19×10 Ω＝190 Ω。(2)题图甲中电阻的测量值实际上是电压表内阻与Rx的并联值，电压表V2内阻10 kΩ已知，根据测量值即可求出Rx的真实值，故电压表选D。由于电流表采用外接法，电流表的内阻对测量结果无影响，故电流表选A或B均可。(3)当欧姆表内所装的电池用旧之后，内阻r变大，由Ig＝可知，要使指针仍然指在满刻度，R0必须重新调整。使用新电池时Ig＝，I＝＝＝；使用旧电池时Ig＝，I′＝＝＝；因为E′＝E，所以I′＝I，测同一电阻时，指针偏角相同，故在电池用旧了后，若电动势可以认为不变，被测电阻的测量值还是等于真实值。考点3  利用多用电表探测黑箱内的元件例3　如图甲所示的黑箱中有三只完全相同的电学元件，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________(选填“A”“B”或“C”)。(2)在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时，一表笔接a，另一表笔应________(选填“短暂”或“持续”)接b，同时观察指针偏转情况。(3)在判定黑箱中无电源后，将选择开关旋至“×1”挡，调节好多用电表，测量各接点间的阻值。测量中发现，每对接点间正反向阻值均相等，测量记录如下表。两表笔分别接a、b时，多用电表的示数如图乙所示。请将记录表补充完整，并在图甲黑箱中画出一种可能的电路。两表笔接的接点     多用电表的示数a、b________Ωa、c10.0 Ωb、c15.0 Ω 尝试解答　(1)A　(2)短暂　(3)5.0　电路图如图所示。(1)此时应进行机械调零，要用调零定位螺丝A。(2)为防止损坏电表，要用试触法，故应短暂接触。(3)每对接点间正反向电阻阻值均相等，说明内部电路中没有二极管，只有三个相同阻值的电阻，结合串、并联电路的特点，可以判断a、b 接点的电阻为5.0 Ω，可能的电路图见尝试解答。　用多用电表探测右图所示黑箱发现：用直流电压挡测量，E、G两点间和F、G两点间均有电压，E、F两点间无电压；用欧姆挡测量，黑表笔接E点，红表笔接F点，阻值很小，但反接阻值很大。那么，该黑箱内元件的接法可能是下图中的(　　)答案　B解析　黑表笔接E，红表笔接F，电阻很小，此时二极管导通，电流从黑表笔流出，正向通过二极管，再从红表笔流进，电流方向从E到F，只有B正确。    考点4  用多用电表检测电路故障多用电表对电路故障的检测高中阶段对电路故障的考查只限于断路和短路两种，且故障一般只有一处。(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。a.将多用电表与电源并联，若示数不为零，说明电源良好，若示数为零，说明电源损坏。b.在电源完好时，再将多用电表与外电路的各部分电路并联。若示数为零，则说明该部分电路完好，若示数等于电源电动势，则说明该部分电路中有断点。②将多用电表拨到电流挡，串联在电路中，若示数为零，则说明与多用电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将多用电表拨到电压挡，如果多用电表示数为0，则与之并联路段内有短路。②用多用电表欧姆挡测量某段电路的阻值，若测量值很小或为零时，表示该部分短路。例4　[2017·湖南益阳检测]在如图甲所示的电路中，4节干电池串联，小灯泡A、B的规格为“3.8 V　0.3 A”。合上开关S后，无论怎样移动滑动片，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________挡较为合适(用字母序号表示)；A.2.5 V  B．10 V  C．50 V  D．250 V②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灯丝断开  B．B灯丝断开C.d、e间连线断开  D．B灯被短路(2)接着练习使用欧姆表的“×1”挡测电阻，欧姆表经过“欧姆调零”。①测量前，一定要将电路中的开关S________；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________Ω，此时测量的是________ 间电阻。根据小灯泡的规格计算出的电阻为________   Ω。尝试解答　(1)①B  ②A  (2)①断开  ②6.0  e、f  12.7。(1)①由于4节干电池串联后电动势为6 V，电压表量程应选10 V，选项B正确。②灯泡不亮，说明电路断路或短路，电压表接c、d端时有示数且接近电源电动势，说明有电流通过电压表，c、d间以外其他部分电路是通路，电压表接e、f时无示数，说明c、d间灯泡断路，选项A正确。(2)①使用欧姆表时，待测电阻与电源一定要断开，故填“断开”。②欧姆表读数应该为6.0 Ω。由于A灯泡断路，电阻无穷大，而欧姆表示数为6.0 Ω，说明测量的应该是e、f间电阻。由R＝可求得根据小灯泡规格计算出的电阻为12.7 Ω。灯泡正常工作时，灯丝的温度较高，电阻较大，根据小灯泡规格计算出的电阻是灯丝温度较高时的电阻，测量出的电阻是灯丝常温下的电阻，所以两者不同。　某物理小组准备探究某种元件Q(标有4 V　2 W字样)的伏安特性曲线，他们找来了下列器材：A.电压表V1(0～5 V，内阻约10 kΩ)B.电压表V2(0～10 V，内阻约20 kΩ)C.电流表A(0～0.6 A，内阻约0.4 Ω)D.滑动变阻器R1(5 Ω，1 A)E.滑动变阻器R2(500 Ω，0.2 A)(1)为使实验误差尽量减小，实验中电压表应选用________。要求电压从零开始变化且多取几组数据，滑动变阻器应选用________，请将图中的实物连线补充完整。(2)考虑电表内阻的影响，该元件电阻的测量值________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值。(3)检查实验电路连接正确，然后闭合开关，调节滑动变阻器滑动头，发现电流表和电压表指针始终不发生偏转。在不断开电路的情况下，检查电路故障，应该使用多用电表的________挡；检查过程中将多用电表的红、黑表笔与电流表“＋”“－”接线柱接触时，多用电表指针发生较大角度的偏转，说明电路故障是______________________。答案　(1)V1　R1　如图所示(2)小于　(3)直流电压　电流表断路解析　(1)根据元件Q的标称参数，可知电压表应选V1；因要求电压从零开始变化且多取几组数据，所以滑动变阻器采用分压式接法，应选用R1；因元件Q的阻值远小于RV，所以电流表应外接。(2)因电流表外接，电压表有分流作用，即有<，所以测量值小于真实值。(3)因不断开电路，所以要用直流电压挡检测，因多用电表指针发生较大角度的偏转，说明电流表断路。