- 727.84 KB
- 2021-05-24 发布
- 1、本文档由用户上传,淘文库整理发布,可阅读全部内容。
- 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,请立即联系网站客服。
- 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细阅读内容确认后进行付费下载。
- 网站客服QQ:403074932
实验十一 练习使用多用电表
一、实验目的
1.了解多用电表的构造和原理,掌握多用电表的使用方法。
2.会使用多用电表测电压、电流及电阻。
3.会使用多用电表探索黑箱中的电学原件。
二、多用电表的构造和原理
1.外部构造(如图所示)
(1)调节选择开关可以使用多用电表测量电流、电压、电阻等。
(2)表盘的上部为表头,用来表示电流、电压和电阻的多种量程。
(3)由于多用电表的测量项目和量程比较多,而表盘的空间有限,所以并不是每个项目的量程都有专门的标度,有些标度就属于共用标度,表盘的第二行就是交、直流电流和直流电压共用的标度。
2.欧姆表内部构造和原理
(1)欧姆表内部电路简化如图。
(2)多用电表测电阻阻值的原理:闭合电路欧姆定律。
①红、黑表笔短接,进行欧姆调零时,指针满偏,有Ig=。
②当红、黑表笔之间接有未知电阻Rx时,有I=,故每一个未知电阻都对应一个电流值I。
由于I与R是非线性关系,表盘上电流刻度是均匀的,所以其对应的电阻刻度却是不均匀的。电阻的零刻度在电流满偏处,即表盘刻度的最右端。当Rx=Rg+R+r时,I=,指针半偏,所以欧姆表的内阻等于中值电阻。
三、实验步骤
1.测量前准备
(1)观察多用电表的外形,认识选择开关对应的测量项目及量程。
(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。
2.直流电压和直流电流的测量
(1)按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。
(2)按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。
3.用多用电表测电阻的步骤
(1)调整定位螺丝,使指针指向电流的零刻度。
(2)将选择开关置于“Ω”挡的“×1”挡,短接红、黑表笔,调节欧姆调零旋钮,使指针指向电阻的零刻度,然后断开表笔。
(3)将两表笔分别接触阻值为几十欧的定值电阻两端,读出指示的电阻值,然后断开表笔,再与标定值进行比较。
(4)选择开关改置“×100”挡,重新进行欧姆调零。
(5)再将两表笔分别接触阻值为几千欧的电阻两端,读出指示的电阻值,然后断开表笔,与标定值进行比较。
(6)测量完毕,将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡。
4.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
两接线柱正、反接时示数相同
二极管
欧姆挡
正接时示数很小,反接时示数很大
电容器
欧姆挡
指针先指向某一小阻值,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
四、数据处理
1.测电阻时,电阻值等于指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.测电压和电流时,如果所读表盘的最小刻度为1、0.1、0.01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,读数时不用估读。
五、误差分析
1.系统误差
(1)电池用旧后,电动势会减小,致使电阻测量值偏大,要及时更换新电池。
(2)测电流、电压时,由于电表内阻的影响,测得的电流、电压值均小于真实值。
2.偶然误差
(1)欧姆表的表盘刻度不均匀,估读时易带来误差,要注意其左密右疏特点。
(2)读数时易形成偶然误差,要垂直表盘正对指针读数。
(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。
六、注意事项
1.多用电表的红表笔连接的是“+”插孔,黑表笔连接的是“-”插孔,测直流电流或电压时,电流从红表笔进入电表,从黑表笔流出电表。测电阻时,多用电表的黑表笔与内部电池的正极相连,红表笔
与内部电池的负极相连,电路闭合时,正好符合电流从红表笔流入,从黑表笔流出。
2.区分“机械零点”与“欧姆零点”,机械零点是表盘刻度左侧的“0”位置,调整的是表盘下边中间的调零定位螺丝;欧姆调零即电阻调零,指刻度盘右侧的“0”位置,调整的是电阻挡的调零旋钮。
3.测电压时,多用电表应与被测元件并联;测电流时,多用电表应与被测元件串联。
4.测量电阻时,每变换一次挡位都要重新进行欧姆调零。
5.由于电阻挡的刻度不均匀,难以估读,故测量结果只需取两位有效数字,读数时注意乘以相应量程的倍率。
6.使用多用电表时,手不能接触表笔的金属杆,特别在测电阻时,更应注意不要用手接触表笔的金属杆。
7.测量电阻时,待测电阻要与其他元件和电源断开,否则不但影响测量结果,甚至可能损坏电表。
8.多用电表使用完毕,应将选择开关置于“OFF”位置或交流电压最高挡,如果长期不用,应把表内电池取出。
考点1 基础实验
[例1] 某学生实验小组利用如图所示电路,测量多用电表内电池的电动势和电阻“×1 k”挡内部电路的总电阻。使用的器材有:
多用电表;电压表(量程5 V,内阻十几千欧);滑动变阻器(最大阻值5 kΩ);导线若干。
回答下列问题:
(1)将多用电表挡位调到电阻“×1 k”挡,再将红表笔和黑表笔________,调欧姆零点。
(2)将图甲中多用电表的红表笔和________(填“1”或“2”)端相连,黑表笔连接另一端。
(3)将滑动变阻器的滑片调到适当位置,使多用电表的示数如图乙所示,这时电压表的示数如图丙所示。多用电表和电压表的读数分别为________kΩ和________V。
(4)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 kΩ和4.00 V。从测量数据可知,电压表的内阻为________kΩ。
(5)多用电表电阻挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、一个理想电流表和一个电阻串联而成的电路,如图丁所示。根据前面的实验数据计算可得,此多用电表内电池的电动势为________V,电阻“×1 k”挡内部电路的总电阻为 ________kΩ。
解析 (1)
使用多用电表测电阻时,换挡后需重新进行欧姆调零,故应将两表笔短接。
(2)电流应从多用电表的红表笔流入、黑表笔流出,故红表笔应接“1”。
(3)从题图乙可以看出多用电表中的指针指向表盘最上行刻度15位置,电阻挡为“×1 k”,故读数为15 kΩ;由于电压表量程为5 V,电压表中的指针所指位置为3.60,故读数为3.60 V。
(4)当滑动变阻器连入电路中的电阻为零时,多用电表读数即为电压表内阻,所以电压表内阻为12 kΩ。
(5)多用电表内电池的电动势为E,内阻为R,由(3)(4)问可知=, =,两式联立解得E=9.00 V,R=15 kΩ。
答案 (1)短接 (2)1 (3)15 3.60 (4)12 (5)9.00 15
欧姆表刻度盘特点及欧姆表读数技巧
(1)欧姆表刻度盘不同于电压、电流刻度盘
①左∞右0:电阻无限大与电流、电压零刻度重合,电阻零刻度与电流、电压最大刻度重合。
②刻度不均匀:左密右疏。
③欧姆挡是倍率挡,即读出的示数应再乘以该挡的倍率。电流、电压挡是量程范围挡。
在不知道待测电阻的估计值时,应先从小倍率开始,熟记“小倍率小角度偏,大倍率大角度偏”(因为欧姆挡的刻度盘上越靠左读数越大,且测量前指针指在左侧“∞”处)。谨记每次选挡后都要进行欧姆调零。
(2)欧姆表读数技巧
①为了减小读数误差,指针应指在表盘到的部分,即中央刻度附近。
②除非指针所在刻度盘处每个小格表示1 Ω时,要估读到下一位,其余情况都不用估读。
③电阻值等于指针示数与所选倍率的乘积。
某实验小组利用一滑动变阻器和未知内阻的微安表,来测量多用电表“×1 k”挡内部电池的电动势E。
(1)该小组采用图甲的电路进行实验,请用笔画线代替导线将图乙中的实物图连接完整。
(2)请将下面的实验步骤补充完整:
①插上红、黑表笔,把多用电表的选择开关拨到欧姆挡的“×1 k”位置,将红、黑表笔________,调整“欧姆调零旋钮”,使指针指到表盘右侧“0”处;
②按照电路图连接好电路;
③接通开关,改变滑动变阻器的阻值,得到多用电表和微安表的示数分别如图丙所示。多用电表和微安表的读数分别为________kΩ和________μA;
④断开开关,拔下红、黑表笔,把多用电表的选择开关扳到________位置。
(3)由以上信息可得多用电表“×1 k”挡内部电池的电动势为________V。(结果保留两位有效数字)
答案 (1)如图所示 (2)①短接 ③22 240(238~242均可)
④“OFF”挡或交流电压最高挡
(3)9.0
解析 (1)根据电路图,连接实物图,注意电流为“红入黑出”。
(2)①根据欧姆表的使用方法可知,选挡后应将红、黑表笔短接,进行欧姆调零;③欧姆表的读数为R=22×1 kΩ=22 kΩ,微安表的读数为240 μA(238~242 μA均可)。
(3)欧姆表调零后,欧姆表内阻等于其中值电阻,由图丙所示多用电表可知,多用电表“×1 k”挡的中值电阻为15 kΩ,即欧姆表内阻R0=15 kΩ。根据闭合电路欧姆定律可得E=I(R+R0),I表示微安表的读数、R表示多用电表的读数,代入数据有E=240×10-6×(22+15)×103 V=8.88 V≈9.0 V。
考点2 创新实验
[例2] 在“练习使用多用电表”的实验中:
(1)在测量小灯泡的电阻时,红表笔接触点的电势比黑表笔________;(填“高”或“低”)
(2)某同学把选择开关打到“×1”
挡,转动欧姆调零旋钮,发现无法调零,则他应________。
A.用力转动欧姆调零旋钮
B.先用螺丝刀转动指针定位螺丝机械调零
C.更换多用电表的电池
D.作报废处理,换新的多用电表
(3)在多用电表进行测量时,指针的位置如图所示,若多用电表的选择开关处在以下表格中所指的挡位,请写出对应指针读数。
所选择的挡位
指针读数
直流电压10 V
电阻“×10”挡
(4)小徐同学要进行二极管正反向电阻测量实验,他可选用以下器件中的________。(填字母)
解析 (1)
欧姆表的红表笔与其内置电源的负极相连接,黑表笔与欧姆表内置电源正极相连接,在测量小灯泡的电阻时,红表笔接触点的电势比黑表笔低。
(2)把选择开关打到“×1”挡,转动欧姆调零旋钮,无法调零,可能是多用电表没有进行机械调零造成的,他可以用螺丝刀转动指针定位螺丝进行机械调零,然后再进行欧姆调零,故选B。
(3)多用电表选择直流电压10 V挡,由图示可知,其分度值为0.2 V,示数为3.6 V;选择开关置于电阻“×10”挡,由图示表盘可知,其示数为26×10 Ω=260 Ω。
(4)由图示可知,A是电容器,C是电阻,B、D是二极管,因此可以选择B、D进行实验。
答案 (1)低 (2)B (3)3.6 V 260 Ω (4)BD
(1)要学会如何检测元件好坏。如二极管具有单向导电性,正向电阻很小,反向电阻很大,可以用多用表判定好坏和极性。
(2)判断黑箱内元件
首先用多用表电压挡探测黑箱内是否有电源,如果有电源,则探测黑箱外任意两点间的电压,根据电压关系判定电源的位置,及各接点间的电阻关系。
如果没有电源,则直接用欧姆挡测量任意两点间的阻值,根据阻值,分析是什么关系及其连接情况。
(2017·太原模拟)如图所示,已知黑箱外有A、B、C三只接线柱,黑箱内有一只定值电阻和一个二极管,它们的两端都直接接在接线柱上。用多用电表依次测三只接线柱间的阻值,结果如下表所示。请判定黑箱内的结构。
红表笔
A
A
B
C
C
B
黑表笔
B
C
C
B
A
A
阻值/Ω
100
150
50
2000
2100
100
答案 见解析
解析 先由二极管的反向截止的性质分析,由表可知,接BC和CB时测量结果不同,故在BC间一定有二极管存在;同理可知在AC间也有二极管存在,并且AC间的正向电阻大于BC之间,说明AC间包含电阻;而接AB和BA时电阻不变;故说明AB间只有电阻,BC间接二极管。所以黑箱内的结构如图所示。
1.如图所示为多量程多用电表的示意图。
(1)当接通1或2时,为________(填“电流”“电阻”或“电压”)挡。1的量程比2的量程________(填“大”或“小”)。
(2)测量某电阻时,用“×10 Ω”挡时,发现指针偏转角度过大,他应该换用________(填“×1 Ω”或“×100 Ω”)挡,换挡后,在测量前要先进行________。
(3)该同学要测量多用电表直流“2.5 V”挡的内阻RV(约为20 kΩ)。除此多用电表外,还有以下器材:直流电源一个(电动势E为3 V,内阻可忽略不计)、电阻一个(阻值R为10 kΩ)、开关一个、导线若干。
要求:①在虚线框中画出实验电路图(多用电表用表示)。
②写出RV的表达式:_____________________________________
____________________________________________________________
________________________________________________________________________。(用字母表示,并说明所用字母的物理意义)
答案 (1)电流 大 (2)×1 Ω 欧姆调零
(3)①如图所示
②RV=(U为多用电表直流“2.5 V”挡的读数,E为电源电动势,R为电阻阻值)
解析 (3)②在题图中,多用电表与电阻串联,通过它们的电流相等,所以有=,因此RV=(U为多用电表直流“2.5 V”挡的读数)。
2.(2017·南京模拟)为确定某电子元件的电气特性,做如下测量。
(1)用多用电表测量该元件的电阻,选用“×100”倍率的电阻挡测量,发现多用电表指针偏转过大,因此需选择________(填“×10”或“×1 k”)倍率的电阻挡,并______________再进行测量,多用电表的示数如图甲所示,测量结果为________Ω。
(2)将待测元件(额定电压9 V)、蓄电池、滑动变阻器、电流表、多用电表、开关及若干导线连接成电路,如图乙所示。添加连线,使电路能测量该元件完整的伏安特性。
本实验中使用多用电表测电压,多用电表的选择开关应调到______________(填“直流电压10 V”或“直流电压50 V”)挡。
答案 (1)×10 重新欧姆调零 70
(2)如图所示 直流电压10 V
解析 (1)用多用电表测量该元件的电阻,选用“×100”倍率的电阻挡测量,发现多用电表指针偏转过大,说明电阻较小,因此需选择“×10”倍率的电阻挡,并重新欧姆调零后再进行测量,测量结果为70 Ω。
(2)要测量该元件完整的伏安特性,必须连接成滑动变阻器分压式电路。本实验中使用多用电表测电压,待测元件额定电压为9 V,多用电表的选择开关应调到直流电压10 V挡。
3.如图为一简单欧姆表原理示意图,其中电流表的满偏电流Ig=300 μA,内阻Rg=100 Ω,可变电阻R的最大阻值为10 kΩ,电池的电动势E=1.5 V,内阻r=0.5 Ω,图中与接线柱A相连的表笔颜色应是________色。按正确使用方法测量电阻Rx的阻值时,指针指在刻度盘的正中央,则Rx=________kΩ,若该欧姆表使用一段时间后,电池电动势变小、内阻变大,但此表仍能调零,按正确使用方法再测上述Rx,其测量结果与原结果相比将________ (填“变大”“变小”或“不变”)。
答案 红 5 变大
解析 由I=及Ig=知,指针指中央时,I=Ig=150 μA,Rx=5 kΩ;欧姆表内阻R内=Rg+r+R,当电池电动势变小、内阻r增大时,欧姆表得重新调零,由于满偏电流Ig不变,由公式Ig=,欧姆表内阻R内得调小,待测电阻的测量值是通过电流表示数体现出来的,由I==,可知当R内变小时,I变小,指针偏左,欧姆表示数变大。
4.(2017·汕头模拟)指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器,请完成下列问题:
(1)在使用多用电表测量时,指针的位置如图a所示,若选择开
关拨至“×1”挡,则测量的结果为________;若选择开关拨至“50 mA”挡,则测量结果为________。
(2)多用电表测未知电阻阻值的电路如图b所示,电源的电动势为E、内阻为r,R0为调零电阻,Rg为表头内阻,电路中电流I与待测电阻的阻值Rx关系图象如图c所示,则该图象的函数关系式为________。
(3)下列根据图c中IRx图线做出的解释或判断中正确的是( )
A.因为函数图线是非线性变化的,所以欧姆表的示数左大右小
B.欧姆表调零的实质是通过调节R0使Rx=0时电路中的电流I=Ig
C.Rx越小,相同的电阻变化量对应的电流变化量越大,所以欧姆表的示数左密右疏
D.测量中,当Rx的阻值为图c中的R2时,指针位于表盘中央位置的左侧
答案 (1)18 Ω 23.0 mA (2)I=
(3)BCD
解析 (1)在使用多用电表测量时,指针的位置如题图a所示,若选择开关拨至“×1”挡,按照最上面刻度读数,则测量的结果为18×1 Ω=18 Ω;若选择开关拨至“50 mA”挡,按照中间刻度读数,则测量结果为23.0 mA。
(2)由闭合电路欧姆定律,I=。
(3)因为函数图线是非线性变化的,所以欧姆表的刻度是不均匀的。欧姆表的示数左大右小是因为电流随待测电阻阻值的增大而减小,A错误;当Rx=0时,调节R0使电路中的电流达到多用电表的满偏电流Ig,B正确;由闭合电路欧姆定律I=得出Rx越小,相同的电阻变化量对应的电流变化量越大,所以欧姆表的示数左密右疏,C正确;测量中,当电路中的电流等于半偏电流的时候,指针位于表盘的中央,当未知电阻阻值为R2时,电路中的电流明显小于半偏电流,因此指针应指在表盘中央位置的左侧,D正确。
5.(重庆高考)某照明电路出现故障,其电路如图1所示,该电路用标称值12 V的蓄电池为电源,导线接触完好。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点时多用表指示如图2所示,读数为
________V,说明题中________(选填“蓄电池”“保险丝”“开关”“小灯”)正常。
(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2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”)。
答案 (1)11.5(11.2~11.8之间的值均可) 蓄电池 (2)小灯
解析 (1)多用电表调至50 V量程最小分度为1 V,应估读到下一位,故接ac两点测量的是电源两端的电压,读数为11.5 V,可见蓄电池完好。
(2)断开开关,电压表指针不偏转,表明电压表被断路,开关闭合后,读数不变,表明蓄电池、保险丝、开关和多用表能组成完好回路,开关和保险丝无问题,发生故障的是小灯,小灯断路。
6.(天津高考)现要测量一个未知电阻Rx的阻值,除Rx外可用的器材有:
多用电表(仅可使用欧姆挡);
一个电池组E(电动势6 V);
一个滑动变阻器R(0~20 Ω,额定电流1 A);
两个相同的电流表G(内阻Rg=1000 Ω,满偏电流Ig=100 μA);
两个标准电阻(R1=29000 Ω,R2=0.1 Ω);
一个电键S、导线若干。
(1)(多选)为了设计电路,先用多用电表的欧姆挡粗测未知电阻,
采用“×10”挡,调零后测量该电阻,发现指针偏转非常大,最后几乎紧挨满偏刻度停下来,下列判断和做法正确的是________(填字母代号)。
A.这个电阻阻值很小,估计只有几欧姆
B.这个电阻阻值很大,估计有几千欧姆
C.如需进一步测量可换“×1”挡,调零后测量
D.如需进一步测量可换“×1 k”挡,调零后测量
(2)根据粗测的判断,设计一个测量电路,要求测量尽量准确并使电路能耗较小,画出实验电路图,并将各元件字母代码标在该元件的符号旁。
答案 (1)AC (2)如图所示
解析 (1)欧姆挡的零刻线在右侧,偏转越大时阻值越小,故A正确。要使指针指在中间刻度线附近,由“阻值=读数×倍率”可知所选倍率应减小以增大读数,故C正确。
(2)由电路能耗较小的要求可知控制电路应采用限流式。因器材中只有两个内阻已知的电流表,故可考虑改装:由题给数据可知电流表G与R1可改装为一个量程为3 V的电压表。电流表G与R2可改装为一个量程为1 A的电流表。改装后的内阻分别为RV=30000 Ω与RA=0.1 Ω,而被测电阻的阻值约为几欧,属于小电阻,故测量电路应采用外接法,电路图见答案。
7.(2017·全国卷Ⅲ)图a为某同学组装完成的简易多用电表的电路图。图中E是电池;R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻,R6是可变电阻;表头的满偏电流为250 μA,内阻为480 Ω。虚线方框内为
换挡开关,A端和B端分别与两表笔相连。该多用电表有5个挡位,5个挡位为:直流电压1 V挡和5 V挡,直流电流1 mA挡和2.5 mA挡,欧姆×100 Ω挡。
(1)图a中的A端与________(填“红”或“黑”)色表笔相连接。
(2)关于R6的使用,下列说法正确的是________(填正确答案标号)。
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使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置
(3)根据题给条件可得R1+R2=________Ω,R4=________Ω。
(4)某次测量时该多用电表指针位置如图b所示。若此时B端是与“1”连接的,则多用电表读数为________;若此时B端是与“3”连接的,则读数为________;若此时B端是与“5”连接的,则读数为________。(结果均保留三位有效数字)
答案 (1)黑 (2)B (3)160 880
(4)1.47 mA 1.10 kΩ 2.95 V
解析 (1)当B端与“3”连接时,内部电源与外部电路形成闭合回路,电流从A端流出,故A端与黑色表笔相连接。
(2)在使用多用电表之前,调整表头螺丝使电表指针指在表盘左端电流“0”位置,选项A错误;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,选项B正确;使用电流挡时,电阻R6不在闭合电路中,调节无效,选项C错误。
(3)根据题给条件可知:当B端与“2”连接时,表头与R1、R2组成的串联电路并联,此时为量程1 mA的电流挡,由并联电路两支路电流与电阻成反比知,==,解得R1+R2=160 Ω。
当B端与“4”连接时,表头与R1、R2组成的串联电路并联后再与R4串联,此时为量程1 V的电压挡,表头与R1、R2组成的串联电路并联总电阻为120 Ω,两端电压为0.12 V,由串联电路中电压与电阻成正比知:R4两端电压为0.88 V,则R4电阻为880 Ω。
(4)若此时B端是与“1”连接的,多用电表作为直流电流表使用,量程2.5 mA,读数为1.47 mA。
若此时B端是与“3”连接的,多用电表作为欧姆表使用,读数为11×100 Ω=1.10 kΩ。
若此时B端是与“5”连接的,多用电表作为直流电压表使用,量程为5 V,读数为2.95 V。