高考物理系统性复习 (要点归纳+夯实基础练) 第六节 实验：练习使用多用电表（附解析）

第六节实验：练习使用多用电表【要点归纳】一、欧姆表1．原理：欧姆表是根据闭合电路欧姆定律制成的测量电阻的仪表，可以直接读出电阻值，比用伏安法测电阻要方便得多．原理如图所示．调零时，Ig＝eq\f(E,Rg＋r＋R)＝eq\f(E,R内)；测量时，I＝eq\f(E,R内＋Rx).只要将对应Rx值的电流刻度I改为阻值Rx，即为欧姆表．2．刻度标注：(1)“0Ω”标注：当红、黑表笔相接时(图甲)，相当于被测电阻Rx＝0，调节R的阻值，使E/(r＋Rg＋R)＝Ig，则表头的指针指到满刻度，所以刻度盘上指针指在满偏处定为欧姆表刻度的零点。注意此时欧姆表的内阻是r＋Rg＋R。(2)“中值”标注：保持R不变，在两表笔间接一电阻Rx时，如图丙所示，使电流表指针恰指到满刻度的一半，即eq\f(Ig,2)处，则此时Rx＝Rg＋R＋r，称为中值电阻，等于欧姆表内电阻值。(3)“∞Ω”标注：当红、黑表笔不接触时(图乙)相当于被测电阻Rx＝∞，电流表中没有电流，表头的指针不偏转，此时指针所指的位置是欧姆表刻度的“∞”点。(4)一般位置标注：由闭合电路的欧姆定律I＝eq\f(E,Rg＋r＋R＋Rx)知，每一电流值都对应一电阻值Rx，将电流刻度换成对应的电阻刻度，就可直接读电阻了。3．欧姆表的选挡：从理论上讲，欧姆表可直接测量从零至无限大之间任何阻值的电阻，但由于面板刻度不均匀，使得在零值附近和无限大值附近很难准确地读出被测电阻的数值(测量误差很大)．一般来说，欧姆表刻度标尺长度的10%～90%之间为有效工作刻度．另外当Rx＝R内，即在中值附近时，指针偏角Φ与Rx的关系比较接近线性，刻度较均匀，因此，在具体测量时，最好使指针位于中央附近，这就是选挡的依据．在使用欧姆表前，首先应估测待测电阻的大小，选择合适的挡位(通常按大量程向小量程挡位顺序选择)．如果选择的挡位不合适，则应重新换挡，若指针偏角较小，则应选择倍率高一挡的挡位，反之则选低一挡的挡位．二、多用电表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．外形构造：如图所示，表的上半部分为表盘，下半部分是选择开关，开关周围标有测量功能区域及量程．使用前应该调整“指针定位螺丝”，使其指针指到零刻度．不使用的时候应该把选择开关旋转到OFF位置．3．电流进、出电表的流向：(1)电流档串联接入电路，电流从红表笔流进电表，从黑表笔流出；(2)电压档并联接入电路，红表笔接高电势点，黑表笔接低电势点，电流仍然是“红进、黑出”；(3)使用欧姆挡时，红表笔连接表内电源的负极，黑表笔连接表内电源的正极．电流仍然是“红进、黑出”．4．多用电表内部构造：如图是简化的多用电表电路图．它由表头G、直流电流测量电路、直流电压测量电路、电阻测量电路以及转换开关S等部分组成．其中1、2为电流测量端，3、4为电压测量端，5为电阻测量端．测量时，黑表笔插入“－”插孔，红表笔插入“＋”插孔，并通过转换开关接入与待测量相应的测量端．使用时，电路只有一部分起作用．(1)测直流电流和直流电压的原理，就是电阻的分流和分压原理，其中转换开关接1或2时测直流电流；接3或4时测直流电压；转换开关接5时，测电阻．(2)多用电表电阻挡(欧姆挡)原理．多用电表欧姆挡电路原理如图所示．5．测量原理．当待测电阻Rx接入图示电路后形成闭合回路．由闭合电路欧姆定律可知，流过新表头的电流为I＝eq\f(E,R′＋r′＋r＋Rx)，式中r′是R1和R2串联后与Rg的并联等效电阻，R′是R5和R6串联的等效电阻．从此式可解出Rx＝eq\f(E,I)－r－r′－R′.可见，Rx与I有着一一对应的关系，如果在刻度盘上直接标出与I对应的Rx的值，则就能从刻度盘上直接读出待测电阻Rx的值．6．欧姆挡的使用需要注意以下几点：①选挡接着调零(选挡的原则：指针越接近中值电阻，读数越精确)；②换挡重新电阻调零；③示数要乘以倍率；④用完后将选择开关拨离欧姆挡，一般旋至交流电压最高挡或“OFF”挡上，长期不用时应把电池取出；⑤被测电阻要跟电源、其他元件分离.三、多用电表的使用1．测量前的准备测量前，先检查表针是否停在最左端的“0”位置，如果没有停在“0”位置，应用小螺丝刀轻轻地转动表盘下面中间的定位螺丝，使指针指零，通常称为机械调零。然后将红表笔和黑表笔分别插入正(＋)、负(－)测试笔插孔。2．用多用电表测电压、电流用多用电表测量小灯泡的电压用多用电表测量小灯泡的电流示意图用直流电源对小灯泡正常供电把小灯泡的一个接线柱上的导线卸开步骤(1)将多用电表的选择开关旋至直流电压挡，其量程应大于小灯泡两端电压的估计值(2)用两表笔分别接触灯泡两端的接线柱，注意红表笔接触点的电势应比黑表笔的高(3)根据表盘上相关量程的直流电压标度读数(1)将多用电表的选择开关旋至直流电流挡，其量程应大于通过灯泡电流的估计值(2)把多用电表串联在刚才卸开的电路中，注意电流应从红表笔流入电表(3)闭合开关，根据表盘上相应量程的直流电流刻度读数3．测量电阻时，操作步骤如下(1)机械调零：使用前应该调整指针定位螺丝，使指针指到零刻度。(2)选量程：使用时应先将选择开关旋转到与被测物理量对应的位置上并选择合适的量程。(3)调零：把两只表笔接触，调整欧姆挡的调零旋钮，使指针指在电阻刻度的零位上。(注意：电阻挡的零位在刻度的右端)(4)测量：把被测电阻接到红黑表笔之间，观察指针的示数。若指针偏转角度太大(太小)说明所选欧姆挡量程太大(太小)，应换挡重测直到指针指在表盘中间附近为止。(5)读数：读出表盘上指针所指的数值，再乘以量程的倍率即为待测电阻的阻值。(6)实验完毕，应将两表笔从插孔中拔出，并将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡。如果欧姆表长期不用，应取出表内的电池。4．数字式多用电表如图所示是数字式多用电表，数字式多用电表的测量值以数字形式直接显示，使用方便。数字式多用电表内都装有电子电路，这样可以使电表对被测电路的影响减到最小，同时还具有多种其他功能。四、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。五、注意事项1．读数：(1)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。(2)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(1)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”。改变不同倍率的欧姆挡后必须重复这项操作。(2)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，都必须将选择开关旋至正确位置。测试过程中，不准带电旋转选择开关。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。使用多用电表时的注意事项(1)极性：对于两表笔，红正黑负。(2)功能：要明白测什么，对应什么功能区。(3)调零：测电阻时需要进行两次调零，即机械调零与欧姆调零，并注意每次换挡后必须重新欧姆调零。(4)根据测量项目，选择对应的刻度盘。(5)直流电流和电压刻度是均匀的，读数时共用，但需按比例计算，如取5mA量程读数时可利用满刻度数值为“50”的刻度线，只是“50”相当于“5mA”。(6)用欧姆挡测电阻的阻值为：读数×倍率。六、用多用电表测二极管的正、反向电阻1．认识二极管：晶体二极管由半导体材料制成，它的符号如图所示，左端为正极，右端为负极．特点：当给二极管加正向电压时电阻很小，当给二极管加反向电压时电阻很大．2．用多用电表测二极管的正、反向电阻(1)测二极管正向电阻：将多用电表的选择开关选至低倍率的欧姆挡，欧姆调零之后将黑表笔接触二极管的正极，红表笔接触二极管的负极(如图甲)．(2)测二极管反向电阻：将多用电表的选择开关选至高倍率的欧姆挡，欧姆调零之后将黑表笔接触二极管的负极，红表笔接触二极管的正极(如图乙)．使用二极管前，常常需要辨明它的正负极，若标识模糊，可用欧姆表测量两个方向的电阻判断二极管的正负极．【夯实基础练】1．(2022•西南大学附属中学校高三(下)全真二)某实验小组设计了一欧姆表，原理如图1所示。该欧姆表中电池的电动势为，内阻为。(1)正确使用欧姆表时，红表笔与图1中______(选填“a”或“b”)端相连；(2)、作用为改变挡位，作用为欧姆调零．若保持滑片不动，令滑片右移，则欧姆表挡位可能从“”改变为_________(选填“”或“”)；(3)将欧姆表挡位调到电阻“”挡后，红黑表笔短接，欧姆调零；将欧姆表连入图2所示电路．改变滑动变阻器连入电路阻值，记录了多组欧姆表示数R和对应电压表示数U。其中某次测量，表盘示数如图3所示，此时欧姆表的示数为____________；用测得的数据，绘制了如图4所示的图像，则欧姆表的开路电压为_________V；根据题中数据可得此时接入电路的阻值为______(保留3位有效数字)。【解析】(1)正确使用欧姆表时，红表笔接内部电源的负极，则应与图1中b端相连；(2)若保持滑片不动，令滑片右移，则阻值减小，导致欧姆表的内阻减小，则欧姆表挡位可能从“”改变为“”；(3)由图可知，欧姆表的示数为13×10Ω=130；设欧姆表内电源电动势为E，内阻为r，则，解得，由图像可知，，解得E=6.25V，r=150Ω，则欧姆表的开路电压为6.25V；欧姆表的示数即为滑动变阻器R1接入电路的电阻，则根据题中数据可得此时接入电路的阻值为130。【答案】①b②③130④6.25⑤1302．(2022•成都外国语学校高三(下)二模)某校物理兴趣小组利用所学知识自制了一个欧姆表，其内部结构如图甲所示，已知所用毫安表的满偏电流为100mA，内阻为4.5Ω，电源的电动势E=2V，内阻r=0.5Ω，a、b是两个倍率档，开关S接a为“×10”，接b为“×1”，R1是固定电阻，R2是调零电阻，P、Q是两只表笔。(1)表笔P是______(选填“红”或“黑”)表笔；(2)某次测量时，将开关S接a处，将红黑表笔短接进行欧姆调零，此时应调节R2=______Ω，使指针指在“100mA”处；(3)固定电阻R1=______Ω；(4)某次测量电阻时，将开关S接b处，完成欧姆调零后，在红黑表笔间接入待测电阻时，毫安表指针指在“40mA”处，则所测的电阻Rx=______Ω。【解析】(1)[1]保证电流从红表笔流入，黑表笔流出，故表笔P是黑表笔。(2)[2]某次测量时，将开关S接a处，使指针指在“100mA”处，有，解得R2=15Ω(3)[3]开关S接a为“×10”，接b为“×1”，有，解得R1=0.5Ω(4)[4]将开关S接b处，欧姆表内阻为，毫安表指针指在“40mA”处，所测的电阻Rx，【答案】①黑②15③0.5④3.03．(2022•陕西省西安中学高三(下)三模)某同学用以下器材连接成如图所示的电路，并将原微安表盘改画成如图所示，成功地改装成一个简易的“R×1k”的欧姆表，使用中发现这个欧姆表用来测量阻值在10～20kΩ范围内的电阻时精确度令人满意，表盘上数字“15”为原微安表盘满偏电流一半处。所供器材如下：A．Ig=100μA的微安表一个；B．电动势E=1.5V，电阻可忽略不计的电池；C．阻值调至14kΩ电阻箱R一个；D．红、黑表笔和导线若干。(1)原微安表的内阻Rg=_____Ω；(2)当电表指针指在20刻线上时，回路中微安表示数为_____μA；(保留1位小数)(3)随着使用时间变长当内置电池电动势变小，仍可进行欧姆调零，若使用该表测量某电阻阻值，则测量值_____真实值(填“大于”“小于”或“等于”)【解析】(1)中值电阻为15kΩ，即(2)当指针指在20刻度线时，外接电阻为20kΩ，则，解得(3)电动势变小后，接同样的电阻，电流中的电流减小，指针的偏角变小，即示数变大，所以测量值大于真实值。【答案】①1000②42.9③大于4．(2022•重庆育才中学一模)某实验小组准备利用表头Gx设计一个多挡位欧姆表，但不知道该表头的电阻。为了精确地测量表头的电阻，该小组首先采用了“电桥法”测量Gx的阻值。电路如图甲所示，由控制电路和测量电路两大部分组成。实验用到的器材如下：A．待测表头Gx：量程0~1mA，内阻约为400ΩB．灵敏电流计GC．定值电阻R0=300ΩD．粗细均匀的电阻丝AB总长为L=50.00cmE．滑动变阻器R1(最大阻值为20Ω)F．滑动变阻器R2(最大阻值为2000Ω)G．线夹、电源、开关以及导线若干(1)电源电动势3V，实验过程中为了便于调节，滑动变阻器应选用_____(填写器材前对应的字母)。(2)在闭合开关S前，可将线夹P2大致固定于电阻丝AB中部位置，滑片P1置于a端，然后移动滑动变阻器的滑片使待测表头的示数适当后再不移动滑片。不断调节线夹P2所夹的位置，直到电流表G示数为零，测出此时AP2段电阻丝长度x=29cm，则测得=____Ω(结果保留三位有效数字)。(3)如图乙所示，将上述表头GX改为含有“”，“”“”三个档位的欧姆表，已知电源电动势E=1.5V，内阻可忽略不计。R1<R2，且接线柱3未接任何电阻，R0为调节范围足够大的滑动变阻器。则图乙中，表笔b为______(填“红”或“黑”)表笔。当开关S接到接线柱3时，选择的倍率是________档(填“”，“”“”)。此后，短接a、b两表笔欧姆调零，R0应调至R0=________Ω。【解析】(1)[1]实验过程中为了便于调节，滑动变阻器应选用阻值较小的E即可。(2)[2]根据电桥平衡原理，则当电流表G示数为零时满足，解得RG=414Ω(3)[3]图乙中，表笔b接内部电源的正极，则为黑表笔。[4]不同倍率的欧姆表是通过在表头上并联一个电阻实现的，并联的电阻越小，分流越大，中值电阻(Ic为电路的最大电流)越小，倍率越小，所以接1时的倍率为“×1”，接3时无分流，则倍率最大为“×100”。[5]此后，短接a、b两表笔欧姆调零，R0应调至【答案】①E②414③黑④⑤10865．(2022•云南省昆明市第一中学第七次仿真模拟)(1)某同学用一多用电表测量一定值电阻的阻值R，先把选择开关旋到“×10Ω”挡，欧姆调零后，测量时指针偏转如图所示，则该电阻的阻值是_______Ω；(2)为了较准确地测量该电阻的阻值，该同学采用“伏安法”测量，实验室提供的器材如下：A.电压表V(量程3V，内阻约为15kΩ)B.电流表A1(量程0.6A，内阻约为0.5Ω)C.电流表A2(量程30mA，内阻约为10Ω)D.滑动变阻器R1(0~10Ω，额定电流1A)E滑动变阻器R2(0~5kΩ，额定电流0.5A)F.电源E(电动势为5V，内阻约为1Ω)G.开关S，导线若干①为了较准确地测量电阻R的阻值，电流表应选_______，滑动变阻器应选_______(填器材前面的序号)；②在如图虚线框内画出实验电路图_______。【解析】(1)[1]把选择开关旋到“×10Ω”挡，则待测电阻的阻值为(2)[2][3]由于电源电动势为5V，待测电阻阻值约为130Ω，所以流过电阻的最大电流约为，所以选用电流表A2，为了减小误差，应选用较小阻值的滑动变阻器R1。[4]滑动变阻器阻值较小，采用分压式接法，由于待测电阻阻值远小于电压表阻值，所以电流表采用外接法，电路如图所示【答案】①130②C③D④6．(2022•天津市南开区高三(上)期末)在“多用电表的使用”实验中:(1)如图1所示为一正在测量中的多用电表表盘，如果用电阻挡“×100”测量，则读数为________;如果用“直流5V”挡测量，则读数为________V。(2)甲同学利用多用电表测量电阻，他用电阻挡“×100”测量时发现指针偏转角度过小，为了得到比较准确的测量结果，请从下列选项中挑出合理的步骤，操作顺序为_________(填写选项前的字母)。A.将选择开关旋转到电阻挡“×1k”的位置B.将选择开关旋转到电阻挡“×10”的位置C.将两表笔分别与被测电阻的两根引线相接完成测量D.将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮使指针指向“0”(3)乙同学利用多用电表测量图示电路中小灯泡正常工作时的有关物理量，以下操作正确的是________。A.将选择开关旋转到合适的电压挡，闭合开关，利用图2的电路测量小灯泡两端的电压B.将选择开关旋转到合适的电阻挡，闭合开关，利用图2的电路测量小灯泡的电阻C.将选择开关旋转到合适的电流挡，闭合开关，利用图3的电路测量通过小灯泡的电流D.将选择开关旋转到合适的电流挡，把图3中红、黑表笔接入电路的位置互换，闭合开关，测量通过小灯泡的电流【解析】(1)[1][2]多用电表测电阻选取最上端的欧姆表刻度，根据挡位可知阻值为6×102;测电压时，由于精度为0.1V，需要估读一位，根据量程“50”的刻度可知电压为3.60V。(2)[3]欧姆挡测电阻时指针偏转角度过小是由于挡位过小，需选取大挡位，进行欧姆调零后再测阻值，故顺序为:A、D、C。(3)[4]多用电表一定是红表笔电流流入、黑表笔电流流出，图2是测电压，图3是测电流，表笔位置正确，故选项AC正确，BD错误。【答案】①6×102②3.60③A、D、C(不可以改变顺序)④A、C(可以改变顺序)7．(2022•湖北省荆州中学高三(上)期末)使用多用电表测量电阻时，多用电表内部的电路可以等效为一个直流电源(一般为电池)、一个电阻和一表头相串联，两个表笔分别位于此串联电路的两端。现需要测量多用电表内电池的电动势，给定的器材有：待测多用电表，量程为60mA的电流表，电阻箱，导线若干。实验时，将多用电表调至×1Ω挡，调好零点；电阻箱置于适当数值。完成下列填空：(1)仪器连线如图1所示(a和b是多用电表的两个表笔)。若两电表均正常工作，则表笔a为___________(填“红”或“黑”)色；(2)若适当调节电阻箱后，图1中多用电表、电流表与电阻箱的示数分别如图2(a)，(b)，(c)所示，若将图1中多用电表的两表笔短接，此时流过多用电表的电流应为_______mA；(保留3位有效数字)(3)计算得到多用电表内电池的电动势为_______V。(保留3位有效数字)【解析】(1)[1]多用电表使用时必须使电流从红表笔流进，黑表笔流出，电流表在使用时，电流从正接线柱流进，负接线柱流出，由图1可知，表笔a为黑色。(2)[2]多用电表内部的电路等效为一个直流电源(一般为电池)、一个电阻和一表头相串联，设直流电源的电动势为，多用电表的等效内阻为，根据闭合回路的欧姆定律，当两表笔短接时电路电路最大为，当待测电阻等于多用电表等效内阻时，电路中电流半偏。此时指针指在表盘中值上，此电阻又称为中值电阻，当多用电表用×1Ω挡，由表盘可知，中值电阻为，则多用电表等效内阻为，适当调节电阻箱后，图1中多用电表、电流表与电阻箱的示数分别为由图2(a)可知，多用电表用×1Ω挡，多用电表所测电阻为14.0，电流表的量程为60mA，由图2(b)可知，电流表读数为53.0，则电源电动势，若将图1中多用电表的两表笔短接，此时流过多用电表的电流应为(3)[3]由(2)分析可知，计算得到多用电表内电池的电动势为。【答案】①黑②102③1.548．(2022•北京市中央民族大学附属中学高三(下)2月检测)指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器。(1)如图甲所示为某同学设计的多用电表的原理示意图。虚线框中S为一个单刀多掷开关,通过操作开关，接线柱B可以分别与触点1、2、3接通，从而实现使用多用电表测量不同物理量的不同功能。关于此多用电表，下列说法中正确的是_______；(选填选项前面的字母)A.当S接触点1时，多用电表处于测量电流的挡位，其中接线柱B接的是黑表笔B.当S接触点2时，多用电表处于测量电压的挡位，其中接线柱B接的是黑表笔C.当S接触点2时，多用电表处于测量电阻的挡位，其中接线柱B接的是黑表笔D.当S接触点3时，多用电表处于测量电压的挡位，其中接线柱B接的是红表笔(2)用实验室的多用电表进行某次测量时，指针在表盘的位置如图乙所示。a.若所选挡位为直流250mA挡，则示数为_________mA；b.若所选挡位为电阻×10Ω挡，则示数为________Ω；(3)用表盘为图乙所示的多用电表正确测量了一个约15Ω的