第十章实验十四用多用电表测量电学中的物理量

实验十四用多用电表测量电学中的物理量类型一动脑求真——明原理角度1多用电表的原理【典例1】(2024·石家庄模拟)一多用电表的内部电路如图甲所示,已知表头G的内阻为400Ω,满偏电流为2mA,R1=1.0Ω,R2=99.0Ω,R5=920.0Ω,R6=9.0×103Ω,E=1.5V,E'=9.0V。(1)将选择开关S置于“6”时,多用电表测量的是________(选填“电流”或“电压”),其量程为______________。

(2)现将选择开关S置于“3”,将红、黑表笔短接进行欧姆调零后,多用电表的内阻为________Ω。断开两表笔,将一定值电阻Rx接入两表笔间,表盘指针位置如图乙所示,则该电阻的阻值为________Ω。

(3)为进一步精确地测量该电阻的阻值Rx,将多用电表的选择开关S置于“2”,根据图丙所示的电路图正确连接实验电路,已知电源的电压U恒定,多次改变电阻箱的阻值,并记录流经电阻箱的电流I及对应的电阻箱的阻值R,得到R-1I的关系如图丁所示,则Rx=________Ω(结果保留3位有效数字)。【解析】(1)表头两端满偏电压U0=400×2×10-3V=0.8V,当选择开关置于“6”时,R1和R2串联后与表头并联,然后与R5和R6串联,多用电表测量的是电压。通过R5和R6的最大电流为I=Ig+U0R1+R2=10.0mA,U1=I(R5+R6)+(2)现将选择开关S置于“3”,将红、黑表笔短接进行欧姆调零后,多用电表的内阻为R=EI=150Ω,根据电阻表的中值电阻等于其内阻,可知电阻表选择的是“×10”挡,由题图乙可知,电阻的阻值为13×10Ω=130Ω(3)将多用电表的选择开关S置于“2”时,多用电表的内阻为R内=Rg(R1+R2)Rg+R1+R2=80Ω,则有I'=UR内+Rx+R,R=U答案:(1)电压0~100V(2)150130(3)120角度2电阻表的原理【典例2】(2024·福州模拟)其兴趣小组利用实验室中的器材自制一个具有“×1”和“×10”的两种倍率的电阻表,电路设计如图甲所示。实验室可用器材有:A.干电池(电动势E=1.5V,内阻r=0.5Ω)B.毫安表(满偏电流Ig=1mA,内阻rg=180Ω)C.滑动变阻器R0(最大阻值为200Ω)D.定值电阻R1(阻值为2Ω)E.定值电阻R2(阻值为18Ω)F.单刀双掷开关一个,红、黑表笔各1支,导线若干(1)根据上述器材和要求,电路中电阻Rx应选定值电阻________(选填“R1”或“R2”)。

(2)用“×10”倍率测量电阻时,选挡开关S应置于________(选填“a”或“b”)。测量电阻时,毫安表的指针指在图乙所示位置时被测电阻值为________Ω。

(3)该电阻表用久后,电池老化造成电动势减小、内阻增大,但仍能进行欧姆调零,则用其测得的电阻值________(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。

【解析】(1)将两定值电阻和毫安表看作一个等效电流表,设当开关S闭合到a端时,等效电流表的满偏电流为Ia。当开关S闭合到b端时,等效电流表的满偏电流为Ib,根据串联规律可得(Ia-Ig)Rx=Ig(rg+Ry)(Ib-Ig)(Rx+Ry)=Igrg由于毫安表的内阻为180Ω,若Rx=R1,Ry=R2,则有Ia=100Ig,Ib=10Ig若Rx=R2,Ry=R1,则有Ia=1009Ig,Ib=10I根据要求自制具有“×1”和“×10”的两种倍率的电阻表,电路中电阻Rx应选定值电阻R1。(2)根据串、并联电路中电流与电阻的关系,可以看出Ia>Ib,使用电阻表,外接电阻越大,通过等效电流表的值越小,故用“×10”倍率测量电阻时,选挡开关S应置于b。当开关S置于b时,等效电流表Ib=10Ig,设电阻表总的内电阻为R内,由闭合电路欧姆定律得,当毫安表满偏时有E=IbR内=10IgR内,解得R内=150Ω。如题图乙,当毫安表半偏时有E=12IbR内=10Ig2(R内+R),解得(3)设等效电流表的电流为IG,电动势减小时,由电阻表原理可得内阻R内=EIG可知,电阻表内阻减小,当测量电阻R时的电流为I=IGR内R+R内=IG答案:(1)R1(2)b150(3)大于类型二动手求证——探真知项目错误操作及原因正确操作调零机械调零时,将红黑表笔短接,旋动部件T,使指针对准电阻的“0”刻线;欧姆调零时,旋动部件S,使指针对准电流的“0”刻线机械调零时,旋动部件S,使指针对准电流的“0”刻线;欧姆调零时,将红黑表笔短接,旋动部件T,使指针对准电阻的“0”刻线欧姆调零过程中,红黑表笔短接,手直接接触表笔虽然对调零结果无影响,但这样操作不符合实验规范,手不应该接触表笔测量手直接接触并按住表笔对电阻进行测量测电阻时,手直接接触表笔,相当于待测电阻与人并联,所测的是并联部分的等效电阻,其测量结果比真实值偏小,所以应避免手直接接触表笔用多用电表的电阻挡测电阻时,按图示连接方式测量测电阻时,应将待测电阻与电源断开用多用电表的电阻挡测某电压表的内阻时,按图示连接方式测量多用电表的电流满足“红进黑出”的原则,所以电阻表电流从黑表笔流出电阻表,从电压表正接线柱流入电压表,所以应按此图连接结束实验完成后,挡位调至所示位置直流最高压实验完成后,选择开关调至交流电压最高挡或OFF挡。角度1用多用电表测电阻【典例3】在“练习使用多用电表”的实验中,某同学进行了如下操作和思考。(1)利用多用电表测量未知电阻,用电阻挡“×100”测量时发现指针示数如图所示,为了得到比较准确的测量结果,下列选项中合理的步骤为________(选填字母代号并按操作顺序排列)。

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”(2)(多选)该同学想进行如图所示的操作,下列说法正确的是________(选填字母代号)。

A.图甲中将选择开关旋转到直流电压挡,选择合适量程可测量小灯泡两端电压B.图乙中将选择开关旋转到直流电流挡,选择合适量程可测量流经小灯泡的电流C.图丙中将选择开关旋转到电阻挡,选择合适量程可测量闭合电路中小灯泡的电阻D.图丁中将选择开关旋转到电阻挡,选择合适量程可观察到此时电阻表的示数很小(3)该同学在实验室找到一个10000μF的电容器,他认为电容器是彼此绝缘的两个极板构成的,用电阻表的两个表笔分别与电容器的两电极相连,电阻表的指针不会发生偏转。该同学准备验证自己的想法,用电阻表的“×10”挡,将红、黑两表笔分别与该电容器的两电极相连。请你分析该同学会看到什么现象,并说明依据:___________________________________________________________________。

【解析】(1)电阻挡测电阻时指针偏转角度过大,是由于挡位过大,需选取小挡位,进行欧姆调零后再测阻值,故顺序为BDC。(2)题图甲中将选择开关旋转到直流电压挡,选择合适量程可测量小灯泡两端电压,故A正确;题图乙中将选择开关旋转到直流电流挡,选择合适量程可测量流经小灯泡的电流,故B正确;测量小灯泡电阻时,小灯泡必须与外部电路断开,故C错误;由题图结合电阻表的内部电路可知,二极管两端为负向电压,此时二极管电阻无穷大,可观察到此时电阻表的示数很大,故D错误。(3)会看到电阻表的指针先向右偏转,然后缓慢回到最左端。现象解释:①多用电表电阻挡电路中有电源,与电容器连接时,电源给电容器充电,回路中有电流,指针向右偏转;②电容器充电过程中,电流逐渐减小至0,指针缓慢回到最左端。答案:(1)BDC(2)A、B(3)见解析角度2用多用电表判断电路故障【典例4】如图甲所示的电路中,四节干电池串联,小灯泡A、B的规格均为“3.8V0.3A”。闭合开关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中的________挡较为合适;(用字母序号表示)

A.2.5VB.10VC.50VD.250V②测得c、d间电压约为5.8V,e、f间电压为0,则故障是________。

A.A灯丝断开B.B灯丝断开C.d、e间连线断开 D.B灯短路(2)接着用电阻表的“×1”挡测电阻,电阻表经过欧姆调零,测试前,一定要将电路中的开关S________;测c、d间和e、f间电阻时,某次测量结果如图乙所示,读数为________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___________________________________。

【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,故B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,故A正确。(2)用电阻