2024年高中物理 电学实验三

高中物理模型盘点（十四）电学实验模型（3）

目录

七、多用电表的结构与使用方法..............................................................1

（一）多用电表的简单结构问题..........................................................2

（二）多用电表的电压、电流量程及其读数问题...........................................2

（三）多用电表测电阻的原理及其误差分析...............................................3

（四）多用电表的测电阻的步骤..........................................................4

（五）干路电流计算多用电表原理........................................................4

（六）多用电表的双倍率问题............................................................7

（七）多用电表与各种仪器的组合求解自己的内部信息.....................................9

八、描绘伏安特性曲线.....................................................................12

九、电表改装的运用.......................................................................12

题型一：扩大电压量程.................................................................13

题型二：扩大电流量程与检测...........................................................13

题型三：同一表头改装成电流表与电压表.................................................14

七、多用电表的结构与使用方法

【模型概述】

（-）多用电表的简单结构问题

（二）多用电表的电压、电流量程及其读数问题

（三）多用电表测电阻的原理及其误差分析

（四）多用电表的测电阻的步骤

（五）干路电流计算多用电表原理

（1）简单的并联结构

（2）完整的多用电表结构

（六）多用电表的双倍率问题

（1）通过开关闭合并联电阻改变倍率

（2）通过选择开关使用不同的电路模式改变倍率

（3）改变倍率的处理方法

（七）多用电表与各种仪器的组合求解自己的内部信息

（1）与电阻箱的组合

（2）与电压表的组合

（3）与电流表的组合

【典型例题】

（一）多用电表的简单结构问题

典例M以下是欧姆表原理的电路示意图，正确的是（）

【答案】C

【详解】

AB.欧姆表的红、黑表笔分别与内部电源的负、正极相连，故AB错误；

CD.闭合电路中的外电路，电流从电源的正极流向负极，对于电流表电流应从正接线柱进、从负接线柱

出，故C正确，D错误。

故选Co

（-）多用电表的电压、电流量程及其读数问题

典例V如图是一个多用电表的简化电路，S为单刀多掷开关，通过操作开关，接线柱。可以接通1,也可

以接通2、3、4、5或6。下列说法正确的是（）

A.当开关S分别接1和2时，测量的是电流，其中S接1时量程较大

B.当开关S分别接3和4时，测量的是电阻，其中A是黑表笔

C.当开关S分别接5和6时，测量的是电阻，其中A是红表笔

D.当开关S分别接5和6时，测量的是电压，其中S接5时量程较大

【答案】A

【详解】A.其中1、2两档用来测电流，接1时分流电阻相对更小，故接1时电表的量程更大，第1档为

大量程，那么S接2时量程较小，故A正确；

B.3、4档用来测电阻，其中黑表笔连接表内电池的正极，故B为黑表笔，A与电源的负极相连，A为红

表笔，故B错误；

C.要测量电压，电流表应与电阻串联，由图可知当转换开关S旋到位置5、6时，即5、6两档用来测电

压。因为6档共用一个表头，所以测电压时外部电源的正极应该接在A表笔上，故A为红表笔，故C错

误；

D.要测量电压，电流表应与电阻串联，由图可知当转换开关S旋到位置5、6时，即5、6两档用来测电

压。测量电压，电流表所串联的电阻越大，所测量电压值越大，故当转换开关S旋到6的量程比旋到5的

量程大，故D错误。

故选A。

（三）多用电表测电阻的原理及其误差分析

典例展如图所示为一简单欧姆表原理示意图，其中电流表的满偏电流/g=300|iA,内阻Rg=100Q,可变电阻

R的最大阻值为10kd电池的电动势E=1.5V,内阻r=0.5Q。按正确使用方法进行欧姆调零后，下列说法中

正确的是（）

A.欧姆表的内阻为5kQ

B.测量一电阻时发现表头的指针刚好指在刻度盘的正中央，则该电阻的阻值约为W.lkQ

C.测量一个全新的发光二极管，当二极管的a端、b端分别与欧姆表的A端、B端相连时，欧姆表的指针

几乎不动，而反接后指针几乎满偏，则二极管的a端为正极

D.欧姆表使用一段时间后电动势下降到1.47V、内阻增大到4.3Q,但仍可以调零，若测得某电阻的阻值为

5000,则该电阻的真实值应为490Q

【答案】ACD

E15

【详解】A.欧姆表的内阻为4=厂=300X]0_6Q=5kQ

选项A正确；

1rE

B.测量一电阻时发现表头的指针刚好指在刻度盘的正中央刁4="大

解得E=4=5kC

选项B错误；

C.测量一个全新的发光二极管，当二极管的。端、b端分别与欧姆表的A端、B端相连时，欧姆表的指针

几乎不动，说明二极管加的是反向电压，而反接后指针几乎满偏，说明二极管加的是正向电压，则二极管

的。端为正极，选项C正确；

D.接1.5V电动势时的内阻为R内i=5kQ

147

接1.47V电动势时的内阻为《2=折中。=490

JUUX1U

,1.5_1.47

根据I=---------=--------

低岫5000+5004900+4

得Rx=490Q

选项D正确。

故选ACD„

（四）多用电表的测电阻的步骤

典例M用如图所示的多用电表测量一个阻值约为20Q的电阻，测量步骤如下：

（1）调节指针定位螺丝，使多用电表指针指着。

（2）将选择开关旋转到挡的__________位置。

（3）将红、黑表笔分别插入插孔，并将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使电表指针对准

（4）将红、黑表笔分别与待测电阻两端接触，若多用电表读数如图所示，该电阻的阻值为

。O

（5）测量完毕，将选择开关旋转到__________位置。

【答案】左侧0,即电流电压0位置处xl右侧0。处19.0OFF

【详解】（1）⑴使用多用电表测电阻时，要先对多用电表进行机械调零，使多用电表指针指向电压和电流

公共的零刻度线上，即左侧0,电流电压0位置处；

（2）⑵待测电阻阻值约为20Q,所以应将选择开关旋转到"Q"挡的xl位置，从而使指针尽可能指在刻度盘

中央位置附近；

（3）⑶将红、黑表笔分别插入插孔，并将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使电表指针对准电阻的

零刻度线上，即右侧0Q处；

（4）[4]该电阻的阻值为19.0x1。=19.00

（5）⑸测量完毕，将选择开关旋转到OFF位置。

（五）干路电流计算多用电表原理

（1）简单的并联结构

典例*某同学欲将内阻为1000、量程为400HA的电流表G改装成欧姆表，做了以下实验。该同学选择

的实验器材有：定值电阻色（阻值为25Q）,滑动变阻器R（最大阻值2500Q）,干电池（电动势为E=L5

V,内阻r=2Q）,红、黑表笔，导线若干。

⑴该同学设计了图甲所示的电路图，并按照电路图将实物连接完整。

⑵实验时，先将红、黑表笔短接，当电流表G满偏时，滑动变阻器R接入电路的阻值为Q。

⑶当待测电阻心接在红、黑表笔之间时，电流表G的示数如图乙所示，其读数为nA,8的阻

值为Q。

【答案】728240500

RR.

（详解】（2）⑴电流表G和Ri并联后的总电阻R并==20Q

4+用

IR

当电流表G满偏时，此时流过电路的总电流为h=^-+/g=2mA

E

由闭合电路欧姆定律可得R并+r+R=7

解得R=728Q

⑶⑵[3]根据读数规则可知电流表的读数为240nA,新电流表的量程是原来电流表量程的5倍，此时流过

E

电路的总电流为/=1200i^A,由闭合电路欧姆定律可得/U+R+r+Rx=7=1250Q

解得Rx=500Q

（2）完整的多用电表结构

典例展如图甲是多用电表，图乙是一个多量程多用电表的简化电路图如图所示，电流、电压和电阻的测量

都各有两个量程不同的档位.电流表的大量程是10mA,小量程是3mA。电压档大量程是10V,小量程是

4V,表盘如图丙所示。

（1）下列说法正确的是回;

A.当选择开关S旋到位置3时，是电阻档，某同学测量时电阻时，由于粗心将红黑表笔接反，对测量结

果没有影响。

B.当选择开关S旋到位置6时，正确测量时A表笔电势高于B表笔电势

C.当选择开关S旋到1时，对应是电流档3mA的量程

D.A表笔为黑表笔，B表笔为红表笔

（2）在进行测量实验时，要用到选择开关K和两个部件S、To请根据下列步骤完成电阻测量回

①旋动部件,使指针对准电流的"0"刻线。

②将K旋转到电阻挡适当的倍率的位置。

③将插入一"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"8刻

线”）。

（3）已知表头G的满偏电流为500M，内阻为1000Q,图中选择开关旋到4时，内部电源电动势为

4.5V,欧姆调零后，红黑表笔之间接入一个待测电阻，发现表头G刚好半偏，则在AB之间接的电阻为

Q,选择的倍率为。（选填"xl"、"xlO"、"xlOO"、"xlk"）,该测量过程操作的顺序和步骤

都正确无误，则Ri=Q,R4=Q,若选择倍率不变，将AB间接入另一个未知电阻R,发现表盘

指针偏转了则AB之间接入的电阻R=Qo

【答案】ABST“0刻度线"1500xlOO6020003000

【详解】（1）[1]A.当选择开关S旋到位置3时，是电阻档，某同学测量时电阻时，由于粗心将红黑表笔接

反，对测量结果没有影响，选项A正确。

B.当选择开关S旋到位置6时是电压表，因表笔为红表笔，则正确测量时A表笔电势高于B表笔电势，选

项B正确；

C.当选择开关S旋到1时，电流计上只并联一个电阻色,则分流电阻较小，量程大，即对应是电流档

10mA的量程，选项C错误；

D.因黑表笔接欧姆档内部电源的正极，可知B表笔为黑表笔，A表笔为红表笔，选项D错误。

故选ABo

（2）①⑵旋动部件S,使指针对准电流的"0"刻线。

②将K旋转到电阻挡适当的倍率的位置。

③⑶⑷将插入一"插孔的表笔短接，旋动部件T,使指针对准电阻的“0刻线"。

（3）⑸⑹已知表头G的满偏电流为500欧，内阻为1000Q,则凡=&=如8也孚羽。=

I3x103

此时通过图2虚线框内的满偏电流为3mA,图中选择开关旋到4时，内部电源电动势为4.5V,欧姆调零后

1rE

红黑表笔之间接入一个待测电阻，发现表头G刚好半偏，则彳4=二二「

解得ffx=1500Q

在AB之间接的电阻为1500Q,选择的倍率为"xlOO”档；

[7]因接1时是电流h=10mA档，接2时是电流/2=3mA档，则«=

联立解得Ri=60Q

R2=140Q

⑻当接5时是电压UI=4V量程，当接6时是电压。2=10V量程，贝1]4+凡=3

其中/G=3mA解得R4=2000Q

[9]若选择倍率不变，将A8间接入另一个未知电阻R,发现表盘指针偏转了：，则耳4=R-A

334+尺*

解得AB之间接入的电阻*=3000Q

（六）多用电表的双倍率问题

（1）通过开关闭合并联电阻改变倍率

典例是某同学用灵敏电流表改装成多用电表，如图所示为其设计的电路原理图。已知灵敏电流表G的满

偏电流为/g=3mA,内阻Rg=100Q。（计算结果均保留3位有效数字）

（1）根据该电路原理图，当选择开关S2接位置3时，该多用电表为（选填"电压表"、"电流

表"、"欧姆表"）；

（2）若开关Si闭合，S2接位置1时，要求该电表为0~0.3A的电流表，则电阻Ri应为Q；当

开关S1断开，S2接位置3时，要求该电表为0~3V的电压表，则电阻R2应为Q;

（3）若电源电动势为1.5V,当开关Si断开，S2接位置2时，将两表笔短接，调节电阻R3进行欧姆调

零，之后在两表笔之间接一待测电阻，若电流表半偏，则该待测电阻为Q;当开关Si闭

合，S2接位置2时，将两表笔短接，调节电阻以进行欧姆调零，之后在两表笔之间接一待测电阻，若电

流表半偏，则该待测电阻为Qo

【答案】电压表1.019005005.00

【详解】（1）田由图甲所示电路图可知，当选择开关接3时，表头与分压电阻串联，此时电表为电压表。

（2）⑵开关Si闭合，S2接位置1时，电流计量程扩大，则并联的电阻4=答=答空罂。=1.01。

/-/g0.3-3x10

⑶开关S1断开，S2接位置3时，改装成电压表，则串联的电阻\二U-=3_3；j100c=900a

/g3X1U

ElE

⑶⑷根据闭合电路欧姆定律得4=R+&,2Ig=R+R+R

解得K=500C

I=——-——

⑸当开关S1闭合，S2接位置2时，满偏电流为/g'=0.3A,根据闭合电路欧姆定律得g监+R,

4

g

解得凡=5.00。

（2）通过选择开关使用不同的电路模式改变倍率

典例*某实验小组设计制作了一个多用电表，电路结构如图甲所示。把B、C接入电路时可测量电路的电

流，S接a时电流表量程为10mA,S接b时电流表量程为1mA。把红、黑表笔与4B连接后，多用电表

可测量电阻（具有"xlO"和"xlOO"的两种倍率）。

表内的电路元件及其规格：

电源的电动势E=L5V,内阻不计

微安表：满偏电流IOO〃A,内阻4=100。

R。、&、%为定值电阻

R为滑动变阻器

单刀双掷开关S

（1）&=Q,&=Qo（保留三位有效数字）

（2）S接。端，将红黑表笔与A、B连接后短接，调节滑动变阻器使电流表指针满偏，此时欧姆表测电阻

的倍率是（填写"xlO"和"xlOO"）。

（3）在某次电阻测量的操作中，S接b端，操作都规范正确。最终微安表表盘刻度和指针如图乙所示，此

时待测电阻阻值是Qo（保留三位有效数字）

【答案】1.1110.0XlO3.50X103

【详解】（1）田⑵开关S接。时有/,“+/=10mA

%

S接b时有/„,+1受=lmA

联立可解得

（2）[3]由图可知S接。端时电阻小于接b端时，所以能测的电阻小于接b端时，故倍率为X10

（3）⑷接b端时，此时示数为4=30作，虚线部分电流表的量程为：LmA,欧姆表内阻仆为

由示数乙可知，通过导体的电流右为4=—xlmA=3xlO-4A

由E=M%+R测）

代入数据可得即=3.5x103。

（3）改变倍率的处理方法

典例*某实验小组利用下列器材研究欧姆挡不同倍率的原理，组装如图乙所示的简易欧姆表.实验器材如

下：

A.干电池（电动势E为3.0V,内阻厂不计）；

B.电流计G（量程300//A,内阻99Q）；

C.可变电阻器R；

D.定值电阻4=1。；

E.导线若干，红黑表笔各一只.

①表盘上100MA刻度线对应的电阻刻度值是。；

②如果将4与电流计并联，如图丙所示，这相当于欧姆表换挡，则换挡后可变电阻器K阻值应调为

。，换挡前、后倍率之比为.

【答案】99.01100:1

【详解】电流表内阻为99Q,给电流表并联1。的电阻，则电流计满偏时两端的电压为

300xKT5x99V=2.97x1（T?V

此时变阻器电流为300xl0-6A+297x1b人=3x10-2人

1

Q-7Q7X10-2

则变阻器的阻值为Q=99.0IC

3x10-2

因电流表量程扩大100倍，用该电流表改装成欧姆表，同一刻度对应的电阻值变为原来的击，欧姆表换

挡前、后倍率之比等于100:1

（七）多用电表与各种仪器的组合求解自己的内部信息

（1）与电阻箱的组合

典例*某同学制作了一个简单的多用电表，图甲为该多用电表的电路图。己知选用的电流表的满偏电流

4=10mA。C为最上排刻度线的中间刻度，最上排对应数据在图乙中没有标出。

（1）若选择开关接1时，指针指在图乙所示位置，则其示数为。

（2）为了测该多用电表电阻挡的内阻和表内电源的电动势，这位同学在实验室找到了一个电阻箱，设计

了如下实验：

①先将选择开关接2,再将,然后调节与的阻值使电表指针满偏；

②将电表的红、黑表笔分别与电阻箱的两接线柱相连，调节电阻箱使电表指针指在C处，此时电阻箱的示

数如图丙所示，则电阻箱的示数为0,多用电表内电源的电动势为V。（结果保留

三位有效数字）

（3）在上述基础上不换挡，直接用该多用电表测量另一电流表的内阻，指针在图乙所示位置，则

（填"A"或"B"）表笔接电流表的正接线柱，该电流表的阻值为Qo（结果保留两位

有效数字）

【答案】6.8mA红、黑表笔短接1501.50B71

【详解】

（1）⑴选择开关接1时为10mA量程的电流表，其分度值为0.2mA,不用往下估读，示数为6.8mA。

（2）①⑵先将选择开关接2,再将红、黑表笔短接，然后调节与的阻值使电表指针满偏。

②⑶题图丙所示电阻箱可知，电阻箱示数为150Q,由图乙所示可知，指针指在C处时，电流表示数为

5.0mA,C处电阻值为中值电阻，则电表内阻为150。。

⑷电源电动势为E=/（R+r）=O.OO5x（15O+15O）V=1.5OV

（3）［5］电流从电阻挡内部电源正极通过8表笔流出，从电流表正极流入，指针才会正常向右偏转，故8

表笔接电流表的正接线柱。

⑹根据第（1）问可知，表头所示电流为6.8mA,调零后欧姆挡的内阻为150Q,而内部电源的电动势

E=1.50V,由闭合电路欧姆定律可得E=/（R+r）

所以该电流表的阻值为RZ71Q

（2）与电压表的组合

典例是甲所示为某多用电表内部简化电路图。

某同学想通过多用表的欧姆挡测量量程为3V的电压表内阻如图乙。

（1）主要步骤如下：

①把选择开关拨到"X100”的欧姆挡上；

②把两表笔相接触，旋转欧姆调零旋钮，使指针指在电阻零刻度处；

③把红表笔与待测电压表（选填"正"或"负"）接线柱相接，黑表笔与另一接线柱相连，发现这时指

针偏转角度很小；

④换用（选填"xlO"或"xlk"）欧姆挡重新调零后测量，发现这时指针偏转适中，记下电阻数值；

⑤把选择开关调至空挡或交流电压最高挡后拔下表笔，把多用电表放回桌上原处，实验完毕。

（2）实验中表盘示数如图丙所示，则欧姆表的读数为Q,这时电压表读数为V。

（3）请你求出欧姆表内部电源电动势为V。（保留两位有效数字）

【答案】负xlk4,OxlO42.203.0

【详解】（］）③田用欧姆表粗测电压表内阻，欧姆调零后，要将欧姆表的红接线柱与待测电压表的负接

线柱相连，黑表笔与另一接线柱相连，进行测量。

④⑵发现指针偏转角很小，则说明示数较大，要减小示数则增大倍率，即改为Xlk的倍率，重新调零后再

测量；

（2）⑶⑷欧姆表的读数为/?v=40.0xl0000=4.0xl04Q

电压表读数为U=2.20V

（3）[5]根据①采用的挡位可知中值电阻即欧姆表内阻为rg=1.5xlO4Q

根据闭合回路欧姆定律可得〃=万三E

KV+rg

代入数据解得£=3.oV

（3）与电流表的组合

典例*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，导线若干.实验时，将多用电表调至xlC档，调好零

点.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为一（填

"红〃"黑"）色

（2）若图1中多用电表与电流表的示数分别如图2（a）,（b）所示，则多用电表的读数为—Q.电流表

的读数为mA；

（3）计算得到的多用电表内电池的电动势为V.（保留三位有效数字）

（4）某欧姆表头是量程为100|iA的电流表，表盘上标示的电阻值是按照电池电动势E=1.5V而计算得出

的，则a电池的电动势刚好是1.5V时，欧姆表的内阻kQ；b表盘上30“A刻度线对应的电阻刻度

值是kQ；

（5）当电池的电动势降低到L4V时，用这个欧姆表测得某电阻为22.5kC,这个电阻真实值_____kQ

【答案】黑14,053.01,54153521

【详解】试题分析：（1）多用电表在使用时必须使电流从红表笔（正接线柱）流进，黑表笔（负接线柱）

流出，串联的电流表也必须使电流从正接线柱流进，负接线柱流出，所以可以判断电流是从a表笔流出的

为黑表笔.

（2）多用电表使用xl档，故它的读数为14.0x1=14.00.电流表的量程为60mA,每小格表示1mA,故电

流表的读数为53.0mA.

(3)干路电流是53.0mA,则电源电动势是E=/(4+R外)=0.053x(15+14)=1.54V.

E1.5V1-c丁EE15

（4）欧姆表的内阻「=了1=i"X帚4=15m，由I=求得RX=：T=,T500。=35Hl

ga/+0130x10

E14

（5）电动势为1.4V时，调满偏后电表的内阻为：,=[=而尸4=1伏。，电表上22.5kQ刻度对应的电

EE'

流值：1=—E7K=40niA，用1.4V电源测电阻时的电流值也为40RA,即：,=下.

r+22.5k£lr'+凡

代数解得：6=21左。

八、描绘伏安特性曲线

【模型概述】

（-）小灯泡实际功率的两种求解方法

（二）小灯泡的功率的最值问题

（三）描绘伏安特性曲线的基础题型

（四）电表改装的运用

（1）电流表与定值电阻串联改装电压表

（2）电压表与定值电阻串联扩大电压量程

（3）电流表与定值电阻并联扩大电流量程

（五）关于灯泡是否要消除误差

（六）非纯电阻的伏安特性曲线一…发光二极管、电动机

解题流程图

九、电表改装的运用

【模型概述】

（1）小量程电流表（表头）

①工作原理：主要由磁场和放入其中可转动的线圈组成。当线圈中有电流通过时，线圈在安培力作用下带动

指针一起偏转，电流越大，指针偏转的角度越大，从表盘上可直接读出电流值。

②三个参数：满偏电流4,表头电阻兄，满偏电压”，它们的关系：兆。

（2）电压表、电流表的改装

电流表、电压表都是由小量程的电流表（表头）改装而成的。它们的改装原理见下表：

改装成电压表改装成大量程电流表

原理串联较大电阻分压并联较小电阻分流

：/&R

改装g

|

原理图"aa卜UR*

---------u---------►

片7g(4+而

4兆=(/—4)•R

分压电…u

所以R=7一艮bIgRgRg

所以丁=八

阻或分,二I-,Ig刀一1

=(〃一1)凡

流电阻I

U片z

77=一

a

RRgRg

改装后电R=R=nR〉RgRLR+R「n<&

表内阻（力为量程扩大倍数）

（〃为量程扩大倍数）

【典型例题】

题型一：扩大电压量程

典例是如图是有两个量程的电压表，当使用a、6两个端点时，量程为0〜10V,当使用a、c两个端点时，

量程为0〜100V。已知电流表的内阻尺为500Q,满偏电流7g为1mA,则电阻石、花的值为（）

A.9500Q90000QB.90000Q9500Q

C.9500Q9000QD.9000Q9500Q

答案A

解析接a、6时，由串联电路特点有七也=用+凡=?,得用=’一星=9500。。接a、c时，同理有7?总'

/g1g

lhlh

=&+兄得见=下一尺一兆=90000。，A正确。

1g/g

题型二：扩大电流量程与检测

典例*（2019•全国卷I）某同