实验12 用多用电表测量电学中的物理量-2025届高三一轮复习物理

实验12用多用电表测量电学中的物理量对应学生用书P236考点一常规实验角度1多用电表的原理某同学欲将内阻为98.5Ω、量程为100μA的电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准,要求改装后欧姆表的15kΩ刻度正好对应电流表表盘的50μA刻度。可选用的器材还有定值电阻R0(阻值为14kΩ),滑动变阻器R1(最大阻值为1500Ω),滑动变阻器R2(最大阻值为500Ω),电阻箱(0~99999.9Ω),干电池(E=1.5V,r=1.5Ω),红、黑表笔和导线若干。(1)欧姆表设计将图1中的实物连线组成欧姆表。欧姆表改装好后,滑动变阻器R接入电路的电阻应为Ω;滑动变阻器应选(选填“R1”或“R2”)。

(2)刻度欧姆表表盘通过计算,对整个表盘进行电阻刻度,如图2所示。表盘上a、b处的电流刻度分别为25和75,则a、b处的电阻刻度分别为、。

(3)校准红、黑表笔短接,调节滑动变阻器,使欧姆表指针指向kΩ处;将红、黑表笔与电阻箱连接,记录多组电阻箱接入电路的阻值及欧姆表上对应的测量值,完成校准数据测量。若校准某刻度时,电阻箱旋钮位置如图3所示,则电阻箱接入的阻值为Ω。

答案(1)如图所示900R1(2)455(3)035000.0解析(1)当两表笔间接入15kΩ的电阻时,电流表示数为50μA,由闭合电路欧姆定律有Ig2=ERg+r+Rx+R(2)欧姆表的内阻Rg'=Rg+r+R0+R=15kΩ,当电流为25μA时,有Ig4=ERg'+Rx',可得Rx'=45kΩ;当电流为75μA时,有3Ig4(3)红、黑表笔短接,调节滑动变阻器,使欧姆表指针指向0处,题图3中电阻箱读数为35000.0Ω。角度2多用电表的使用(2024届湖南联考)某多用电表中欧姆表的内部电路图如图1所示,该欧姆表有“×100”“×10”两个倍率挡可供使用。图1中电源的电动势E=1.5V,内阻r=1Ω,在挡位切换时电源的电动势和内阻不变。灵敏电流计的内阻Rg=900Ω,满偏电流Ig=100μA,定值电阻R1、R2的阻值分别为R1=10Ω,R2=90Ω。该多用电表的表盘如图2所示,欧姆表刻度盘的中值刻度为“15”。不计导线的电阻,请回答下列问题:(1)在正确操作的情况下,图1中(选填“a”或“b”)表笔应为红表笔。

(2)为将欧姆表的倍率调为“×100”挡,则图1中单刀双掷开关的开关应拨至(选填“1”或“2”)位置。接着进行欧姆调零后,用该欧姆表测量某一待测电阻Rx1的阻值,稳定后电表指针指示位置如图2所示,则该待测电阻的阻值Rx1=Ω。

(3)若将欧姆表的倍率选择为“×10”挡,进行欧姆调零后接在另一个待测电阻Rx2的两端,稳定后指针指在灵敏电流计满偏刻度的25处,则通过计算可知该待测电阻的阻值Rx2=Ω(4)若将图1中单刀双掷开关的开关拨至2后,进行欧姆调零,当调零完毕时,滑动变阻器接入电路的阻值R=Ω。

答案(1)a(2)11400(3)225(4)139.1解析(1)在欧姆表的使用过程中,应让电流从红表笔流入,黑表笔流出,黑表笔接内部电源正极,所以a表笔应为红表笔。(2)当开关拨至1时,灵敏电流计满偏时的干路电流Ig'=IgRgR1+R2+Ig=1000μA=1×10-3A。此时欧姆表的中值电阻R内=R中=EIg'=1.51×10-3Ω=1500Ω=15×100Ω,所以当开关拨至1时,欧姆表的倍率是“×100”,欧姆表读数为表盘刻度值乘以倍率,(3)倍率选择“×10”挡时,欧姆表的内阻R内'=R中'=15×10Ω=150Ω。由闭合电路欧姆定律,有Ig″=ER内',指针指在电流计满偏刻度的25位置时,有25Ig″=ERx2+R(4)当开关拨至2时,倍率为“×10”挡,欧姆表的内阻R内'=R中'=15×10Ω=150Ω,则灵敏电流计满偏时的干路电流Ig″=Ig(Rg+R2)R1+Ig=10000μA=1×10-2A,电路中并联部分的阻值Rg″=Ig(Rg+R2)Ig″=9.9Ω,所以滑动变阻器接入电路的电阻R=R内'-Rg″角度3电学黑箱(2024届江苏模拟)某实验小组在练习使用多用电表的实验中。(1)用多用电表测量某元件的电阻,选用“×10”倍率的欧姆挡测量,发现多用电表指针的偏转角度过小,因此需选择(选填“×1”或“×100”)倍率的欧姆挡,并需(填操作过程)后,再次进行测量,若多用电表的指针如图1所示,测量结果为Ω。

(2)如图2所示,电学实验室的“黑盒子”表面有A、B、C三个接线柱,盒内有一只定值电阻和一个二极管,每两个接线柱之间最多连接一个元件。为了探明盒内元件的连接方式,实验小组用多用电表的欧姆挡进行测量,把红、黑表笔分别与接线柱A、B、C连接,测量结果如表所示。红表笔ABACBC黑表笔BACACB阻值(Ω)2002005030002503200请在图2中画出黑箱内的电路结构图。(3)实验小组最后将一量程为3V的电压表改装成可测量电阻的仪表——欧姆表。①先用如图3所示的电路测量该电压表的内阻,图中电源内阻可忽略不计,闭合开关S,将电阻箱的阻值调到3kΩ时,电压表恰好满偏;将电阻箱的阻值调到12kΩ时,电压表的指针恰好半偏,由以上信息可求得电压表的内阻RV=kΩ。

②将图3所示的电路稍作改变,在电压表两端接上两个表笔,就改装成了一个可测量电阻的简易欧姆表,如图4所示,为将表盘的电压刻度转换为电阻刻度,进行了如下操作:将两表笔断开,闭合开关S,调节电阻箱,使指针指在“3V”处,此处刻度应标阻值为∞;再保持电阻箱阻值不变,在两表笔间接不同阻值的已知电阻,找出对应的电压刻度,则“1V”处对应的电阻刻度为kΩ。

答案(1)×100欧姆调零1200(2)见解析(3)①6②1解析(1)多用电表指针的偏转角度过小说明指针靠近无穷处,即电阻过大,所以要换更高的挡位,因此需选择“×100”倍率的欧姆挡,同时注意欧姆调零,多用电表的测量结果为12.0×100Ω=1200Ω。(2)A、B间电阻与电流方向无关,因此一定是定值电阻,A、C间电阻与电流方向有关,电流从C到A时电阻远小于反向电阻,说明二极管一定直接接在A、C间,且C为正极,黑箱内的电路结构图如图所示。(3)①由图3所示电路图可知电源的电动势E=U+IR,由题意可知E=3+3RV×3×103,E=1.5+1.103,联立解得E=4.5V,RV=6kΩ。②若电压表的示数为1V,电路中的电流I'=1R并=E-1R,其中R并=RxRVRV+Rx,考点二创新实验角度1扩大量程问题(2024届福建模拟)一个多用电表欧姆挡内部电路图如图1所示。电流表满偏电流为1mA、内阻为10Ω,电池电动势为1.5V、内阻为1Ω。(1)图1中表笔a为(选填“红”或“黑”)色。调零电阻R0可能是下面两个滑动变阻器中的(填选项序号)。

A.电阻范围0~200ΩB.电阻范围0~2000Ω(2)在进行欧姆调零后,正确使用该多用电表测量某电阻的阻值,电表示数如图2所示,被测电阻的阻值为Ω。

(3)如图3所示,某同学利用定值电阻R1给欧姆表增加一“×10”挡位,则定值电阻R1=Ω。(结果保留1位小数)

(4)若该欧姆表换了一个电动势为1.5V、内阻为10Ω的电池,调零后测量某电阻的阻值,其测量结果。(选填“偏大”、“偏小”或“准确”)

答案(1)红B(2)1600(3)1.1(4)准确解析(1)根据黑表笔接内部电源的正极,可以判断a为红表笔;当电表满偏时,电表总内阻R内=EIg=1500Ω,所以滑动变阻器应选择(2)可以先求欧姆表的中值电阻,当表针指在表盘的正中央时对应的电流为满偏电流的一半,对应的电阻为中值电阻,E=12Ig(R中+R内),R中=R内=1500Ω,即表盘刻度为15时代表1500Ω,倍率为“×100”,所以被测电阻的阻值为1600Ω(3)倍率为“×10”时,中值电阻为150Ω,即内阻为150Ω,由此可知,满偏电流变为原来的10倍,即0.01A,1×10-3×10V=(0.01-1×10-3)R1,R1=1.1Ω。(4)设电源电动势为E,干路电流为Ig,调零后电表内阻为R内,电表指针指到表盘某处时,电表的电流为I,对应的待测电阻为Rx,根据闭合电路欧姆定律E=IgR内,E=I(Rx+R内),整理得Rx=E1I-1Ig,由于满偏电流相同,电动势相同,指针指相同的位置时电流相同,所以角度2检测二极管的好坏钱华同学的爸爸是电气工程师,钱华经常看到爸爸用多用电表进行一些测量。钱华在高中物理课堂上学习了多用电表的用法之后,爸爸给他出了一道题目,让他通过测量找到发光二极管的负极。(1)钱华同学做了如下两步具体的操作:第一,将多用电表选择开关旋转到欧姆挡的“×1”挡,经过之后,他把红表笔接在二极管的短管脚上,把黑表笔接在二极管的长管脚上,发现二极管发出了耀眼的白光;然后他将两表笔的位置互换以后,发现二极管不发光.这说明二极管的负极是(选填“长管脚”或“短管脚”)所连接的一极。

(2)钱华同学的好奇心一下子就被激发起来了,他琢磨了一下,然后又依次用多用电表电阻挡的“×1”挡、“×10”挡、“×100”挡、“×1k”挡分别进行了二极管导通状态的准确的测量(多用电表内部电源电动势不变),他发现二极管发光的亮度越来越(选填“大”或“小”),请帮助他分析一下具体的原因:。

答案(1)欧姆调零短管脚(2)小原因见解析解析(1)在测量电阻时,选择挡位后首先要进行欧姆调零;二极管发光时处于正向导通状态,因为黑表笔所接的长管脚为二极管的正极,故短管脚为负极。(2)从“×1”挡到“×10”挡到“×100”挡到“×1k”挡,多用电表的内阻越来越大,根据闭合电路欧姆定律I=ER+RΩ可知,通过二极管的电流越来越小,根据角度3检测电路故障在如图1所示的电路中,四节干电池串联,小灯泡A、B的规格均为“3.8V0.3A”。合上开关S后,无论怎样移动滑片,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.2.5V B.10VC.50V D.250V②测得c、d间电压约为5.8V,e、f间电压为0,则故障是。(用字母序号表示)

A.A灯丝断开B.B灯丝断开C.d、e间连线断开D.A灯短路(2)接着用欧姆表的“×1”挡测电阻,欧姆表经过“欧姆调零”后:①测试前,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2所示,其示数为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,它不等于测量值,原因是。

答案(1)①B②A(2)①断开②6.0e、f12.7温度高时灯丝电阻率大,计算出的电阻是灯丝温度高时的电阻(或测量出的电阻是常温下灯丝的电阻)解析(1)①因为电源的电动势大约为6V,要使电压挡选择的量程安全以及准确,则选择开关应选择10V的量程,B项正确。②测得c、d间电压约为5.8V,接近电源电动势,e、f间电压为0,可知灯泡A断路,A项正确。(2)①用欧姆表测量电阻时,开关应断开,使得待测电阻与电源不相连。②欧姆表的读数为6.0×1Ω=6.0Ω,因为c、d间断路,则测量的是e、f间的电阻,根据R=UI得,小灯泡正常发光时的电阻R=3.80.3Ω≈12.7Ω,它不等于测量值,原因是温度高时灯丝电阻率大见《高效训练》P801.(2023年全国乙卷)(多选)黑箱外有编号为1、2、3、4的四个接线柱,接线柱1和2、2和3、3和4之间各接有一个电阻,在接线柱间还接有另外一个电阻R和一个直流电源。测得接线柱之间的电压U12=3.0V,U23=2.5V,U34=-1.5V。符合上述测量结果的可能接法是()。A.电源接在1、4之间,R接在1、3之间B.电源接在1、4之间,R接在2、4之间C.电源接在1、3之间,R接在1、4之间D.电源接在1、3之间,R接在2、4之间答案CD解析由题意,U12=φ1-φ2=3.0V,U23=φ2-φ3=2.5V,U34=φ3-φ4=-1.5V,可知φ1>φ2>φ4>φ3,所以1接电源正极,3接电源负极,电源接在1、3之间,R可以接在1、4之间也可以接在2、4之间,C、D两项正确。2.(2024届唐山模拟)多用电表的简化电路如图1所示,请回答下列问题。(1)当选择开关S旋到位置6时,电表用来测量;当S旋到位置时,多用电表测电流时量程较大。

(2)某同学用多用表测量某电学元件的电阻,把选择开关旋到欧姆挡“×10”位置,测量发现多用表指针偏转很小,因此须将选择开关旋到欧姆挡(选填“×1”或“×100”)位置。

(3)某实验小组探究“改变欧姆挡倍率的方式”,实验电路如图2、图3所示,实验器材如下:A.干电池(电动势E为1.5V,内阻r不计);B.电流计(量程为300μA,内阻为99Ω);C.可变电阻器R;D.定值电阻R0=1Ω;E.导线若干,红、黑表笔各一只。①在图2中,左侧表笔是(选填“红”或“黑”)表笔。

②在图3中,将R0与电流计并联,相当于欧姆表更换倍率。用图2和图3分别测量两个电阻,两表指针位置相同,则两电阻的阻值大小之比R2∶R3=。

③如果在使用过程中电池电动势变为1.4V,但仍可以欧姆调零。在这种情况下,测量值和真实值之比为。

答案(1)电压1(2)×100(3)①黑②100∶1③15∶14解析(1)由多用电表原理可知,选择开关S旋到位置6时,电表用来测量电压,当S旋到位置1时,多用电表测电流时量程较大。(2)多用表测量某电学元件的电阻时,多用表指针偏转很小,说明电阻较大,则须将选择开关旋到“×100”。(3)①由电流从黑表笔流出可知,在图2中,左侧表笔是黑表笔。②根据并联分流原理知,将R0与电流计并联,当电流表满偏时,流过R0的电流I1=RgR0Ig=99Ig,则电路中电流扩大为原来的100倍,由欧姆定律可知,电阻变成原来的1100,则用图2和图3分别测量两个电阻,两表指针位置相同,则两电阻的阻值大小之比R2∶R3=③根据题意,电动势没有改变之前,电动势为E,欧姆表内阻为R内,由闭合电路欧姆定律有EIg=R内,改变之后,电动势为E',欧姆表内阻为R内',则有E'Ig=R内',可得R内'=E'ER内=1415R内,则有R测=EI-R内,R真=E'I-R内'=1415×E3.(2024届成都三诊)某同学自制了一个两挡位(“×1”“×10”)的欧姆表,其内部结构如图所示,R0为调零电阻(最大阻值为R0m),Rs、Rm、Rn为定值电阻(Rs+R0m<Rm<Rn),电流计的内阻为RG(Rs