2020-2021学年高中物理 第二章 直流电路 7 学生实验：练习使用多用电表学案 教科版选修3-1

1、2020-2021学年高中物理 第二章 直流电路 7 学生实验：练习使用多用电表学案 教科版选修3-12020-2021学年高中物理 第二章 直流电路 7 学生实验：练习使用多用电表学案 教科版选修3-1年级：姓名：- 15 -学生实验:练习使用多用电表实验必备自主学习 【实验目的】 (1)掌握多用电表的使用方法。(2)会用多用电表测电压、电流及电阻。(3)会根据多用电表表盘刻度及指针位置读数。 【实验原理】 一、欧姆表的原理1.原理:依据闭合电路欧姆定律由电流表改装而成的。2.内部结构(电路):由表头、电源和可变电阻三部分组成,如图所示。3.测量原理:(1)调零:将红、黑表笔短接,调节滑动变

2、阻器使电流表达到满偏电流ig,根据闭合电路的欧姆定律,ig=,调零后滑动变阻器不再变化,rg+r+r不再变化,把rg+r+r叫作欧姆表的内电阻,故r内=rg+r+r。(2)测量:将被测电阻rx接入红、黑表笔间,此时根据闭合电路欧姆定律,i=,改变rx,电流i随着改变,每个rx值都对应一个电流值,在刻度盘上直接标出与i值对应的rx值,就可以从刻度盘上直接读出被测电阻的阻值。二、多用电表的原理1.用途:共用一个表头,可分别测量电压、电流、电阻等物理量。2.最简单的多用电表原理图:如图所示,当单刀多掷开关接通1时,可作为电流表使用;接通2时,可作为欧姆表使用;接通3时,可作为电压表使用。3.外形构造

3、:如图所示,表的上半部分为表盘,下半部分为选择开关,开关周围标有测量功能的区域及量程。4.二极管的特点及其电阻测量:(1)晶体二极管是由半导体材料制成的,它有两个极,一个叫正极,一个叫负极,它的符号如图甲所示。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)。(2)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。(3)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。 【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。实验过程合作学习 【实验过程】 一、实验步骤(1)观察多用电表的外形,认识选择开关的测量项

4、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)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。(5)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。(6)利用多用电表的欧姆挡测三个定值电阻的阻值,比较测量值和真实值的误差。(7)研究二极管的单向导电性,利用多用电表的欧姆挡测二极管两个引线间的电阻,确定正负极。(8)探索黑箱内的电学元件: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欧姆挡两接线柱间正、反接时示数相同二极管

5、欧姆挡正接时示数很小,反接时示数很大电容器欧姆挡指针先指“0 ”后逐渐增大到“”,且指针摆动越来越慢电感线圈欧姆挡示数由“”逐渐减小到某一较小固定示数二、数据处理(1)测电阻时,电阻值等于表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)如果所读表盘的最小刻度为1、0.1、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0.2、0.02、0.5、0.05等,读数时只读到与最小刻度位数相同即可。 【误差分析】(1)电池用旧后,电动势会减小,内电阻会变大,致使电阻测量值偏大,要及时换电池。(2)欧姆表的表盘刻度不均匀,估读时易带来误差。(3)由于欧姆表刻度的非线性,表头

6、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,使指针指中值附近。(4)读数时的观测易形成偶然误差,要垂直表盘正对指针读数。 【注意事项】 (1)读数:选挡:测量电压、电流时,指针偏到接近满偏位置误差较小,测量电阻时,指针偏到中间刻度左右处误差较小。测量时选择相应测量项目的合适挡位,指针转到恰当位置时再读数。读数:欧姆挡是倍率,即读出的示数再乘以挡上的倍率,电流、电压挡是量程范围。(2)测量直流电流:应先把待测电路断开,然后把多用电表串联在待测电路中测量。切记不要用电流挡去测量电压。(3)测量电阻:测量电阻之前应该先把两表笔金属杆接触,调整“欧姆调零旋钮”,使指针指向“0 ”。改变不同倍

7、率的欧姆挡后必须重复这项操作。多用电表测量电阻时两手不能同时接触表笔的金属部分。(4)无论作何测量,都必须将转换开关旋至正确位置。测试过程中,不准带电旋转开关。(5)每次使用完毕,应将开关旋至“off”位置或交流电压最高挡。(6)多用电表长期不用时,应将表内的干电池取出。 实验研析探究学习类型一多用电表的使用步骤和读数【典例1】(2020自贡高二检测)如图a为多用电表的示意图,其中s、k、t为三个可调节的部件,现用此电表测量一阻值约为2 000 的定值电阻。测量的某些操作步骤如下:(1)旋动部件_,使指针对准电流表的“0”刻线;(2)将k旋转到电阻挡_位置(选填“1”“10”“100”或“1k

8、”);(3)将插入“+”“-”插孔的表笔短接,旋动部件_,使指针对准电阻的_(选填“0刻线”或“刻线”);(4)将红、黑表笔笔尖分别接触待测电阻器的两端,当指针摆稳后指向图b的位置,则该电阻的电阻值rx=_;(5)测量完毕,应调节可调部件k,使它的尖端指向_或交流电压500 v位置。【解析】(1)多用电表在测量之前要进行机械调零,即调节可调部件s,使电表指针停在左边电流表的“0”刻线;(2)待测阻值约2 000 ,2 000 =20100 ,指针指在中间刻度15附近所测电阻较准确,电阻的倍率挡应选择“100 ”,则调节可调部件k,使它的尖端指向欧姆挡“100”位置;(3)读数前先欧姆调零,将红

9、、黑表笔分别插入“+”“-”插孔,笔尖相互接触,调节可调部件t,使电表指针指向右边电阻“0”刻线;(4)由图b所示可知,选挡位为“100”,电阻阻值为:rx=22100 =2 200 ;(5)测量完毕后,为了安全,应调节可调部件k,使它的尖端指向off或交流电压500 v位置。答案:(1) s(2)100(3)t0刻线(4)2 200 (5)off类型二多用电表的原理【典例2】(2020乐山高二检测)小明同学学过“练习使用多用电表”后想进一步研究多用电表的有关问题。(1)他先用多用电表测量某元件的电阻,操作如下:先选用欧姆表“100”倍率挡开始测量,发现指针偏角过小,则应换用_(选填“10”或

10、“1k”)挡;换挡后必须将红表笔和黑表笔短接,调零后再重新测量。(2)为了弄清欧姆表的有关问题,小明查阅资料后发现,欧姆表内部电路可等效为:一个无内阻的电源、一个理想电流表和一个电阻串联而成的电路,如图(a)所示。为了测定该欧姆表电源的电动势和“1k”挡位的内电阻,他设计了如图(b)所示的测量电路。将上述调零后的欧姆表接入电路时,红表笔应和_(选填“1”或“2”)端相连,黑表笔连接另一端。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。据前面的实验数据计算得,此多用电表等效电源的电动势为_v。【解析】

11、(1)先选用欧姆表“100”倍率挡开始测量,指针偏角过小,说明所选挡位太小,为准确测量电阻阻值,应换用“1k”挡;换挡后必须将红表笔和黑表笔短接,调零后再重新测量。(2)多用电表的红表笔对应欧姆表内电源的负极,所以红表笔应与电压表的负接线柱相连,故红表笔应与“1”端相连;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;由于滑动变阻器被短路,故欧姆表读数即为电压表阻值,为12.0 k;由表盘可知,多用电表的中值电阻等于内电阻,故r=15.0 k;由闭合电路欧姆定律有i=和欧姆定律u=irv可知:e=(r+rv)代入数据有:e=(15 00

12、0 +12 000 )=9.0 v答案:(1)1k(2)112.09.00(9.0)类型三多用电表的应用及误差分析【典例3】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_的电流;若断开电路中的电键,旋转选择开关使其尖端对准欧姆挡,此时测得的是_的电阻;若旋转选择开关,使尖端对准直流电压挡,闭合电键,并将滑动变阻器的滑片移至最左端,此时测得的是_两端的电压。(2)在使用多用电表的欧姆挡测量电阻时,若()a.双手捏住两表笔金属杆,测量值将偏大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“10”倍率

13、测量时发现指针位于20与30正中间,则测量值小于25 d.欧姆表内的电池使用时间太长,虽然完成调零,但测量值将略偏大【解析】(1)当多用电表选择开关尖端对准直流电流挡时,电流表与r1串联,此时电流表测得的是通过r1的电流。切断电路,选择开关尖端对准欧姆挡时,测得的是r1和r2的串联总电阻。选择开关尖端对准直流电压挡,闭合开关,且滑动变阻器的滑片移至最左端时,电阻r1被短路,此时多用电表示数等于电阻r2两端的电压,也等于电源的路端电压。(2)双手捏住两表笔金属杆时,测量值为被测电阻与人体电阻的并联阻值,应偏小,a错误;测量时指针若向左偏离中央刻度过大,应增大倍率,b错误;选择开关对应“10”倍率

14、时,指针位于20与30正中间时,测量值应小于250 ,c错误;电池用时间太久,电动势减小,内阻变大,虽然完成调零,但中值电阻偏小,测量时读数将比真实值偏大,d正确。答案:(1)r1r1和r2串联r2(或电源的路端电压)(2)d课堂检测素养达标1.(2018全国卷)某同学组装一个多用电表。可选用的器材有:微安表头(量程100 a,内阻900 );电阻箱r1(阻值范围0999.9 );电阻箱r2(阻值范围099 999.9 );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

15、:(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。(2)电阻箱的阻值应取r1=_,r2=_。(保留到个位)【解析】(1)先并联改装电流表,再串联改装电压表。(2)r1=100 ,r2=2 910 答案:(1)图见解析(2)1002 9102.某照明电路出现故障,其电路如图甲所示,该电路用标称值12 v的蓄电池为电源,导线与其接触完好。维修人员使用已调好的多用电表直流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。(1)断开开关,红表笔接a点时多用电表指示如图所示,读数为_v,说明_正常(选填“蓄电池”“保险丝”“开关”

16、或“小灯泡”)。(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乙相同,可判定发生故障的器件是_(选填“蓄电池”“保险丝”“开关”或“小灯泡”)。【解析】(1)多用电表直流50 v的量程读中间均匀部分,共50格,每格1 v,应该估读到0.1 v,指针在1112之间,读数为11.5 v。开关断开,相当于电压表并联在蓄电池两端,读出了蓄电池的电压,故蓄电池是正常的。(2)两表笔接b、c之间并闭合开关,测得相同电压,说明a、b之间是通路,b、c之间是断路,故障器件是小灯泡。答案:(1)11.5(11.211.8)电池(2)小灯泡3.如图所示,一只黑箱有a、b、c三个接线柱,

17、规定每两个接线柱间最多只能接一个电器元件,并且已知黑箱内的电器元件是一只电阻和一只二极管。某同学利用多用电表的欧姆挡,用正确的操作方法依次进行了6次测量,将每次红、黑表笔的位置和测得的阻值都填入表中。红表笔接aabbcc黑表笔接bcacab测得阻值/10010 k10010.1 k90190由表中的数据可以判定:(1)电阻接在_两点间,阻值为_。(2)二极管接在_两点间,其中正极接在_点。二极管的正向阻值为_,反向阻值为_。【解析】对电阻来讲,无论表笔怎么接,数值都不变,所以a、b之间接电阻,且阻值为100 ;对二极管来讲,正向电阻较小,而反向电阻较大,由a、c和b、c间的读数知二极管接在a、

18、c之间,且正极接在a点,反向阻值为10 k;由c、a间读数知二极管的正向阻值为90 。答案:(1)a、b100(2)a、ca9010 k4.(2020成都高二检测)图(a)为某同学组装完成的简易多用电表,图中e是电池,r1、r2、r3、r4和r5是固定电阻,r6是可变电阻;虚线方框内为换挡开关,a端和b端分别与两表笔相连。(1)图(a)中的a端与 _(选填“红”或“黑”)表笔相连接。(2)关于r6的使用,下列说法正确的是_。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

19、使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置(3)用100挡测量某电阻时,操作步骤正确,发现表头指针偏转角度很小,为了较准确地进行测量,应换到_挡(选填“10”或“1 k”),如果换挡后立即用表笔连接待测电阻进行测量,那么缺少的步骤是_,若补上该步骤后测量,表盘的示数如图(b),则该电阻的阻值是_。【解析】(1)欧姆表内置电源正极与黑表笔相连,负极与红表笔相连,即红进黑出;由图示电路图可知a端与黑表笔相连;(2)由电路图可知r6只在测量电阻时才接入电路,故其作用是只能进行欧姆调零,不能进行机械调零,同时在使用电流挡时也不需要进行调节,故选b。(3)用“100”挡测量某电阻时,操作步骤正确,发现表头

20、指针偏转角度很小,说明所选挡位太小,为了较准确地进行测量,应换到“1k”挡;如果换挡后立即用表笔连接待测电阻进行读数,那么缺少的步骤是:重新进行欧姆调零;由图示表盘可知该电阻的阻值是221 k=22 000 。答案:(1)黑(2)b(3)1 k进行欧姆调零22 0005.为确定某电子元件的电气特性,做如下测量。(1)用多用表测量该元件的电阻,选用“100”倍率的电阻挡测量,发现多用表指针偏转过大,因此需选择_(选填“10”或“1k”)倍率的电阻挡,并_再进行测量,多用表的示数如图(a)所示,测量结果为_ 。(2)将待测元件(额定电压9 v)、蓄电池、滑动变阻器、电流表、多用表、电键及若干导线连

21、接成电路如图(b)所示。添加连线,使电路能测量该元件完整的伏安特性。本实验中使用多用表测电压,多用表的选择开关应调到_(选填“直流电压10 v”或“直流电压50 v”)挡。【解析】(1)用多用表测量该元件的电阻,选用“100”倍率的电阻挡测量,发现多用表指针偏转过大,说明电阻较小,因此需选择“10”倍率的电阻挡,并欧姆调零后再进行测量,多用表的示数如图(a)所示,测量结果为70 。(2)要测量该元件完整的伏安特性,必须连接成分压电路。本实验中使用多用表测电压,电动势为6 v,选择开关应调到直流电压10 v挡。答案:(1)10调零70(2)如图所示直流电压10 v6.在黑箱内有一由四个阻值相同的

22、电阻构成的串、并联电路,黑箱面板上有三个接线柱1、2和3。用欧姆表测得1、2接线柱之间的电阻为1 ,2、3接线柱之间的电阻为1.5 ,1、3接线柱之间的电阻为2.5 。(1)在虚线框中画出黑箱中的电阻连接方式;(2)如果将1、3接线用导线连接起来,1、2接线柱之间的电阻为_。【解析】(1)三次测量电阻不同,三个接线柱里电阻连接肯定不是对称关系,电阻连接方式如图所示,每个电阻为1 。(2)如果将1、3接线柱用导线连接起来,1、2接线柱之间的电阻可等效为1 电阻和1.5 电阻并联,阻值为0.6 。答案: (1)图见解析(2)0.6【加固训练】 在物理课外活动中,刘聪同学制作了一个简单的多用电表,如图甲为电表的电路图。已知选用的