步步高2015高三物理(新课标)一轮讲义：实验10练习使用多用电表

第 1 页 共 15 页 实验十实验十 练习使用多用电表练习使用多用电表 考纲解读 1 了解电表改装的原理与方法 2 了解多用电表的构造和原理 掌握多用电表的使 用方法 3 会使用多用电表测电压 电流及电阻 4 会用多用电表探索黑箱中的电学元件 一 电流表与电压表的改装 1 改装方案 改装为电压表改装为大量程的电流表 原理串联电阻分压并联电阻分流 改装原理图 分压电阻或分流 电阻 U Ig Rg R 故 R Rg U Ig IgRg I Ig R 故 R IgRg I Ig 改装后电表内阻RV Rg R Rg RA Rg RRg R Rg 2 校正 1 电压表的校正电路如图 1 所示 电流表的校正电路如图 2 所示 图 1 图 2 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 3 所示 欧姆表由电流表 G 电池 调零电阻 R 和红 黑表笔组成 第 2 页 共 15 页 图 3 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 E Rg R r Rx 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 Ig 2 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 外形如图 4 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 图 4 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 5 甲所 第 3 页 共 15 页 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 图 5 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 基本实验要求规律方法总结 1 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 2 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 1 多用电表使用注意事项 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 流的实际方向应为 红入 黑出 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钮 3 由于欧姆挡表盘难以估读 测量结果只需取两位 第 4 页 共 15 页 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 按如图 6 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 图 6 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 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 将被测电阻接在两表笔之间 待指针 稳定后读数 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 测量完毕 将选择开关置于交流电压 最高挡或 OFF 挡 有效数字 读数时注意乘以相应挡位的倍率 4 使用多用电表时 手不能接触表笔的金属杆 特 别是在测电阻时 更应注意不要用手接触表笔的金 属杆 5 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 6 测电阻时每换一挡必须重新欧姆调零 7 使用完毕 选择开关要置于交流电压最高挡或 OFF 挡 长期不用 应把表内电池取出 2 多用电表对电路故障的检测 1 断路故障的检测方法 将多用电表拨到电压挡作为电压表使用 a 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 b 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 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 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 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 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 第 5 页 共 15 页 考点一 对多用电表使用的考查 例 1 在 练习使用多用电表 实验中 某同学进行了如下的操作 1 用多用电表欧姆挡测量某一电阻的阻值时 该同学先用大拇指和食指紧捏红黑表笔 进行欧姆调零 如图 7 a 所示 然后用两表笔接触待测电阻的两端 如图 b 所示 这两 步操作是否合理 选 a 合理 或 b 合理 或 都不合理 2 用多用电表电流挡测量电路中电流 该同学将选择开关置于直流 50 mA 挡 连接的 电路如图 c 所示 图中多用电表测量的是 填 甲电阻的电流 乙电阻的电 流 或 总电流 测得的值是 图 7 3 该同学要测量多用电表直流 2 5 V 挡的内阻 RV 约为 20 k 除此多用电表外 还有以下器材 直流电源一个 电动势 E 为 2 V 内阻可忽略不计 电阻一个 阻值 R 为 10 k 电键一个 导线若干 要求 画出实验电路图 多用电表用 表示 写 出 RV的表达式 用字母表示 解析 1 b 会受人体电阻的影响 2 在题图 c 中 多用电表与乙电阻串联 因此测的 第 6 页 共 15 页 是乙电阻的电流 3 多用电表与电阻串联 通过它们的电流相等 所以有 U RV 因此 RV U 为多用电表直流 2 5 V 挡的读数 E U R UR E U 答案 1 a 合理 2 乙电阻的电流 25 0 mA 0 1 都可以 3 实验电路图如图所 示 RV U 为多用电表直流 2 5 V 挡的读数 UR E U 考点二 对多用电表读数的考查 例 2 如图 8 所示为多用电表的刻度盘 若选用倍率为 100 的电阻挡测电阻时 表针 如图 8 所示 则 图 8 1 所测电阻的阻值为 如果要用此多用电表测量一个阻值约为 2 0 104 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 测 2 0 104 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 8 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 154 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 第 7 页 共 15 页 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 8 30 7 30 9 都正确 154 3 6 1 欧姆表刻度盘特点及多用电表读数技巧 1 欧姆表刻度盘不同于电压 电流刻度盘 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 刻度不均匀 左密右疏 欧姆挡是倍率挡 即读出的示数应再乘以该挡的倍率 电流 电压挡是量程范围 挡 在不知道待测电阻的估计值时 应先从小倍率开始 熟记 小倍率小角度偏 大倍率 大角度偏 因为欧姆挡的刻度盘上越靠左读数越大 且测量前指针指在左侧 处 2 读数技巧 欧姆表的读数 a 为了减小读数误差 指针应指在表盘 到 的部分 即中央刻度附近 1 3 2 3 b 除非指针所在刻度盘处每个小格表示 1 时 要估读到下一位 其余情况都不用估 读 c 电阻值等于指针示数与所选倍率的乘积 测电压 电流时的读数 要注意其量程 根据量程确定精确度 精确度是 1 0 1 0 01 时要估读到下一位 精确度是 2 0 02 5 0 5 时 不用估读到下一位 考点三 用多用电表检查电路故障 例 3 在如图 9 所示的电路中 四节干电池串联作为电源 小灯泡 A B 的规格均为 3 8 V 0 3 A 合上开关 S 后 无论怎样移动滑动变阻器的滑动片 A B 灯都不亮 图 9 1 用多用电表的直流电压挡检查故障 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 V 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 第 8 页 共 15 页 C d e 间连线断开 D B 灯被短路 2 接着利用欧姆表的 1 挡测电阻 欧姆表经过欧姆调零 测试前 一定要将电路中的开关 S 测 c d 间和 e f 间的电阻时 某次测量结果如图 10 所示 读数为 此 时测量的是 间电阻 根据小灯泡的规格计算出的电阻为 它不等于 测量值 原因是 图 10 解析 1 因电源为四节干电池 故电动势 E 6 V 则应选电压表 10 V 量程挡较合 适 因 c d 间电压为 5 8 V 而 e f 间电压为零 故应为 A 灯丝断开 B 灯丝良 好 2 用欧姆表测电路中电阻的阻值时 一定要将电路断开 由题图读数知电阻的阻值为 6 0 应为灯泡 B 的阻值 即测量的为 e f 间电阻 由 R 得 R 12 7 与欧姆 U I 表测得的阻值相差较大 是因为欧姆表测得的电阻的阻值是未通电工作时的电阻的阻 值 温度较低 电阻率偏小 阻值偏小 答案 1 B A 2 断开 6 0 e f 12 7 欧姆表测量时灯泡未工作 灯泡 温度低 电阻小 考点四 用多用电表探索黑箱内的电学元件 例 4 如图 11 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 图 11 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 12 中多用电表 的 选填 A B 或 C 第 9 页 共 15 页 图 12 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 12 所示 请将记录表补充完整 并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 a c10 0 b c15 0 解析 1 多用电表使用前应进行机械调零 机械调零部件为 A 2 使用多用电表测量电压时 为保证电表不被损坏往往要进行试触 即让两表笔进行 短暂接触 观察指针偏转情况 若持续接触则有可能损坏电表 3 黑箱中无电源且每对接点间正 反阻值相等 由多用电表读数可知所缺数据为 5 0 由 a b 间电阻为 5 0 a c 间为 10 0 b c 间为 15 0 知 电路为 a b 间 5 0 的电阻与 a c 间 10 0 的电阻串联而成 故可能的电路图如图所示 答案 1 A 2 短暂 3 5 0 见解析图 创新实验设计 多用电表当欧姆表使用时内有电源 往往会考查闭合电路欧姆定律 电动势和内阻的 测定等 往往涉及的变形有 1 与电压表串联形成闭合电路 则 E U r 从而计算得到 E U RV 2 与电流表串联形成闭合电路 则 E I RA r 从而计算得到 E 例 5 有一内阻未知 20 k 60 k 量程 0 10 V 的直流电压表 第 10 页 共 15 页 1 某同学想通过一个多用电表的欧姆挡直接测量上述电压表的内阻 该多用电表刻度 盘上读出电阻刻度中间值为 30 欧姆挡的选择开关拨至倍率 选填 10 100 或 1 k 挡 先将红 黑表笔短接调零后 选用图 13 中 选填 A 或 B 方式连接 图 13 2 在实验中 欧姆表和电压表的指针分别如图 14 甲 乙所示 某同学读出欧姆表的 读数为 这时电压表的读数为 V 计算出欧姆表中电池的电动势为 V 图 14 解析 1 多用电表测电阻时 应让开关指在中间刻度附近 因而应选 1 k 挡 多 用电表测电阻时 用其内部电源 黑表笔接内部电源的正极 又因电压表的两接线柱 中 接线柱应接高电势端 因而 A 电路的连接方式正确 2 题图甲中欧姆表的读数为 40 1 k 40 k 题图乙中电压表的读数为 5 0 V 欧姆表中电池的电动势 E 5 0 V 30 V 8 75 V 5 0 40 答案 1 1 k A 2 40 k 5 0 8 75 1 多用电表表头的示意图如图 15 所示 在正确操作的情况下 第 11 页 共 15 页 图 15 1 若选择开关的位置如 a 箭头所示 则测量的物理量是 测量结果为 2 若选择开关的位置如 b 箭头所示 则测量的物理量是 测量结果为 3 若选择开关的位置如 c 箭头所示 则测量的物理量是 测量结果为 4 若选择开关的位置如 c 箭头所示 正确操作后发现指针的偏转角很小 那么接下来 的正确操作步骤应该依次为 5 全部测量结束后 应把选择开关拨到 或者 6 无论用多用电表进行何种测量 限于直流 电流都应该从 色表笔经 插 孔流入电表 答案 1 直流电压 1 57 V 2 直流电流 48 mA 3 电阻 1 6 k 4 改用 1 k 倍率 重新欧姆调零 测量 读数 5 OFF 挡 交 流电压最高挡 6 红 正 2 1 用多用电表的欧姆挡测量阻值约为几十千欧的电阻 Rx 以下给出的最可能的实验操 作步骤 其中 S 为选择开关 P 为欧姆挡调零旋钮 把你认为正确的步骤前的字母按 合理的顺序填写 a 将两表笔短接 调节 P 使指针对准刻度盘上欧姆挡的 0 刻度 断开两表笔 b 将两表笔分别连接到被测电阻的两端 读出 Rx的阻值后 断开两表笔 c 旋转 S 使其尖端对准欧姆挡 1 k d 旋转 S 使其尖端对准欧姆挡 100 e 旋转 S 使其尖端对准交流 500 V 挡 并拔出两表笔 根据如图 16 所示指针位置 此时被测电阻的阻值约为 第 12 页 共 15 页 图 16 2 下述关于用多用电表欧姆挡测电阻的说法中正确的是 A 测量电阻时 如果指针偏转过大 应将选择开关 S 拨至倍率较小的挡位 重新调 零后测量 B 测量电阻时 如果红 黑表笔分别插在负 正插孔 则会影响测量结果 C 测量电路中的某个电阻 应该先把该电阻与外电路断开 D 测量阻值不同的电阻时 都必须重新调零 答案 1 c a b e 30 k 2 AC 解析 1 题目中要求测量几十千欧的电阻 所以应该选择 1 k 的欧姆挡 再进行 欧姆调零 然后进行测量 最后将 S 旋至交流 500 V 挡 拔出表笔 所以顺序为 c a b e 根据欧姆表的读数原理 可以得出被测电阻的阻值为 30 k 2 指针偏角过大 说明电阻较小 所以应选择倍率较小的挡位 A 项正确 电阻的阻 值与电流的流向无关 所以红 黑表笔接反 不影响测量结果 B 项错误 不将被测 电阻与外电路断开 流经欧姆表的电流会影响读数甚至烧毁器材 C 项正确 只要不 换挡位 就不用重新调零 D 项错误 3 如图 17 所示的电路中各元件均完好 1 2 3 4 5 6 为连接点的标号 在开关闭合 后 发现小灯泡不亮 现用多用电表检查电路故障 需要检测的元件有 电源 开关 小灯泡 3 根导线以及电路中的各连接点 为了检测小灯泡 开关以及 3 根导线 图 17 1 在连接点 1 2 已接好的情况下 应当选用多用电表的 挡 进行检查 2 在连接点 1 2 同时断开的情况下 应当选用多用电表的 挡 进行检查 3 在开关闭合的情况下 若测得 3 4 两点间的电压接近电源的电动势 则表明 答案 1 电压 2 欧姆 3 小灯泡断路 4 2013 新课标 23 某学生实验小组利用图 18 所示电路 测量多用电表内电池的电动势 和电阻 1k 挡内部电路的总电阻 使用的器材有 第 13 页 共 15 页 图 18 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 k 导线若 干 回答下列问题 1 将多用电表挡位调到电阻 1k 挡 再将红表笔和黑表笔 调零点 2 将图 19 中多用电表的红表笔和 选填 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 19 所示 这时电压表 的示数如图 20 所示 多用电表和电压表的读数分别为 k 和 V 图 19 图 20 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 k 和 4 00 V 从测量数据可知 电压表的内阻为 k 5 多用电表欧姆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 21 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 1k 挡内部电路的总电阻为 k 图 21 答案 1 短接 2 1 3 15 0 3 60 4 12 0 5 9 00 15 0 解析 4 当滑动变阻器调到阻值为零时 多用电表的示数为电压表的内阻 第 14 页