【物理】2018届一轮复习人教版实验：练习使用多用电表学案 17页

第6讲　实验：练习使用多用电表 知|识|梳|理 微知识❶ 实验目的 ‎(1)练习用多用电表测电阻。‎ ‎(2)用多用电表探索黑箱内的电学元件。‎ 微知识❷ 实验器材 多用电表，干电池，电阻箱，定值电阻，晶体二极管，导线。‎ 微知识❸ 实验原理 多用电表由表头、选择开关和测量线路三部分组成(如图所示)，表头是一块高灵敏度磁电式电流表，其满偏电流约几十到几百μA，选择开关和测量线路相配合，可测量直流电流、交流和直流电压及直流电阻等。测量直流电阻部分即欧姆表是依据闭合电路欧姆定律制成的，原理如图所示，当红、黑表笔短接并调节R使指针满偏时有：‎ ‎　‎ Ig＝＝　①‎ 当表笔间接入待测电阻Rx时，有Ix＝　②‎ 联立①②式解得＝　③‎ 由③式知当Rx＝R中时，Ix＝Ig，指针指在表盘刻度中心，故称R中为欧姆表的中值电阻，由②式或③式可知每一个Rx都有一个对应的电流值I，如果在刻度盘上直接标出与I对应的Rx的值，那么当红、黑表笔分别接触待测电阻的两端，就可以从表盘上直接读出它的阻值。‎ 由于电流和电阻的非线性关系，表盘上的电流刻度是均匀的，其对应的电阻刻度是不均匀的，电阻的零刻度在电流满刻度处。‎ 微知识❹ 多用电表的使用方法 ‎(1)使用前应查看指针是否指在刻度盘左端零刻线处。如不在，应进行机械调零。方法是用小螺丝刀轻旋表头正下方中央处的调零螺丝，使指针指左端零刻线。‎ ‎(2)根据被测物理量及其数量级将选择开关旋到相应的位置。读数时还要注意选用刻度盘上对应的量程刻度。如测量20 mA左右的直流电流，应将选择开关对准左边100 mA量程处；在刻度盘上，如果看最下一行刻度，即满偏刻度为10的刻线，从刻度盘读出数据后还应再乘10，得测量结果。如图。‎ 微知识❺ 实验步骤 ‎(1)练习使用多用电表 准备：①观察多用电表的外形，认清选择开关的测量项目及量程；‎ ‎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，则可用小螺丝刀调整机械调零旋钮使指针指零；‎ ‎③将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔。‎ 测电压和电流：a.将选择开关置于直流电压2.5 V挡，测1.5 V干电池的电压；‎ b．将选择开关置于交流电压250 V挡，测220 V的交流电压；‎ c．将选择开关置于直流电流10 mA挡，测量1.5 V干电池与200 Ω电阻串联回路的电流。‎ 测电阻：a.将选择开关置于欧姆表的“×1”挡，短接红、黑表笔，转动调零旋钮，使指针指向欧姆表刻度的零位置；‎ b．将两表笔分别接触几欧、几十欧的定值电阻两端，读出欧姆表指示的电阻数值，并与标准值比较，然后断开表笔；‎ c．将选择开关置于欧姆表的“×‎100”‎挡，重新调整欧姆零点，然后测定几百欧、几千欧的电阻，并将测定值与标准值进行比较；‎ d．选择适当的量程，测定灯泡、电炉丝和人体的电阻。‎ 实验完毕，将表笔从插孔中拔出，并将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡。‎ ‎(2)用多用电表探测黑箱内的电学元件 ‎①黑箱上的三个接点呈三角形排列，两个接点间最多只能有一个元件，箱内的总元件数不超过两个，可能的元件有电池、电阻和二极管，但一般不设置电池。‎ ‎②‎ 二极管全称晶体二极管，它是用半导体材料制成的电子元件。二极管有两根引线，一根叫正极，一根叫负极。将二极管和小灯泡按如图所示的电路连接起来，即给二极管加上正向电压，可以看到，小灯泡正常发光；将二极管的两极对调一下，即给二极管加上反向电压，可以看到，小灯泡不发光(如图所示)。这说明二极管具有单向导电性。当二极管加上一定的正向电压时，它的电阻值很小，就像一个接通的开关一样；当给二极管加上反向电压时，它的电阻值变得很大，就像断开的开关一样。‎ ‎　‎ 微知识❻ 注意事项 ‎(1)由于使用多用电表时不管测量项目是什么，电流都要从电表的“＋”插孔(红表笔)流入，从“－”插孔(黑表笔)流出。使用欧姆挡时，多用电表内部电池的正极接的是黑表笔，负极接的是红表笔。测量直流电压和电流时，红表笔应该接高电势，黑表笔接低电势。‎ ‎(2)要区分开“机械零点”与“欧姆零点”。“机械零点”使指针在表盘刻度左侧“‎0”‎位置，调整的是表盘下边中间的定位螺丝；“欧姆零点”使指针在表盘刻度的右侧电阻刻度“‎0”‎位置，调整的是欧姆挡的调零旋钮。‎ ‎(3)合理选择欧姆挡的量程，使指针尽量在表盘中间位置附近。‎ ‎(4)每变换一次挡位，都要重新进行欧姆调零。‎ ‎(5)由于欧姆表盘难以估读，测量结果只需取两个有效数字，读数时不要忘记乘上相应挡位的倍率。‎ ‎(6)测量待测电阻的阻值时，待测电阻要跟其他元件和电源断开，否则不但影响测量结果，甚至可能会损坏电表。‎ ‎(7)多用电表使用完毕后，应将选择开关旋至“OFF”挡或交流电压最高挡。若长期不用电表时还应把电池取出。‎ ‎(8)用多用电表测黑箱时，一定要先用电压挡判断其内部有无电源，确认无电源后才能使用欧姆挡测量。‎ 微知识❼ 误差分析 ‎(1)欧姆表刻度不均匀造成误差。‎ ‎(2)多用电表内电池用旧了电动势下降带来误差。‎ 基|础|诊|断 一、思维诊断 ‎1．使用多用电表的欧姆挡时只要换挡必须重新进行欧姆调零(√)‎ ‎2．表盘上的电流刻度是均匀的，电阻刻度是不均匀的(√)‎ 二、对点微练 ‎1．(欧姆表的原理)如图为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为________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”)。‎ 解析　本题考查欧姆表的结构、测量原理和相关计算，还涉及测量误差的分析。欧姆表是电流表改装的，必须满足电流的方向“＋”进“－”出，即回路中电流从标有“＋”标志的红表笔进去，所以与A相连的表笔颜色是红色；当两表笔短接(即Rx＝0)时，电流表应调至满偏电流Ig，设此时欧姆表的内阻为R内，此时有关系Ig＝得R内＝＝5 kΩ；当指针指在刻度盘的正中央时I＝，有＝，代入数据可得Rx＝R内＝5 kΩ；当电源电动势变小、内阻变大时，由于电流表满偏电流Ig不变，由公式Ig＝得，欧姆表内阻R内应调小，待测电阻的测量值是通过电流表的示数体现出来的，由I＝＝＝，可知当R内变小时，I变小，指针跟原来的位置相比偏左了，欧姆表的示数变大。‎ 答案　红　5　变大 ‎2．(多用电表的使用)用如图所示的多用电表测量电阻，要用到选择开关K和两个部件S、T。请根据下列步骤完成电阻测量：‎ ‎(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“×‎100”‎的位置。‎ ‎(3)将插入“＋”“－”插孔的表笔短接，旋动部件__________，使指针对准电阻的__________(填“0刻线”或“∞刻线”)。‎ ‎(4)将两表笔分别与待测电阻相接，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，并按__________的顺序进行操作，再完成读数测量。(填选项字母)‎ A．将K旋转到电阻挡“×1 k”的位置 B．将K旋转到电阻挡“×‎10”‎的位置 C．将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接 D．将两表笔短接，旋动合适部件，对电表进行校准 解析　本题考查多用电表的使用及操作要点，考查考生对多用电表使用的熟练程度。‎ 答案　(1)S　(3)T　0刻线 ‎(4)ADC 核心微讲 ‎1．欧姆表刻度盘不同于电压、电流表刻度盘 ‎(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)‎ ‎2．读数技巧 ‎(1)欧姆表的读数 ‎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。‎ ‎(2)测电压、电流时的读数，要注意其量程，根据量程确定精确度，精确度是1、0.1、0.01时要估读到下一位，精确度是2、0.2、5、0.5时，不用估读到下一位。‎ 题组突破 ‎1－1.某学生实验小组利用图所示电路，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________，调零点。‎ ‎(2)将图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所示，这时电压表的示数如图所示。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12.0 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)欧姆表调零前，需要将两表笔短接。‎ ‎(2)应用多用电表的欧姆挡时，电流从黑表笔流出，所以黑表笔接电压表正极，即黑表笔接2，红表笔接1。‎ ‎(3)欧姆表选用的挡位是×1 k，欧姆表的读数为15.0×1 kΩ＝15.0‎ ‎ kΩ；电压表量程5 V，最小分度0.1 V，读数时需要估读一位，为3.60 V。‎ ‎(4)当滑动变阻器的阻值为0时，欧姆表所测的电阻即为电压表的内阻，所以为12.0 kΩ。‎ ‎(5)由(4)知，电压表内阻12.0 kΩ，在(3)中，欧姆表的读数为15.0 kΩ，所以此时接入电路的滑动变阻器的阻值为3 kΩ，设电动势为E，多用电表内阻为R，根据(3)和(4)中给的两组数据可知：＝，＝，两式联立得：E＝9.0 V，R＝15.0 kΩ。‎ 答案　(1)短接　(2)1　(3)15.0　3.60‎ ‎(4)12.0　(5)9.0　15.0‎ ‎1－2.某同学用量程为1 mA、内阻为120 Ω的表头按图甲所示电路改装成量程分别为1 V和‎1 A的多用电表。图中R1和R2为定值电阻，S为开关。回答下列问题：‎ ‎(1)根据图甲所示的电路，在图乙所示的实物图上连线。‎ ‎(2)开关S闭合时，多用电表用于测量________(填“电流”“电压”或“电阻”)；开关S断开时，多用电表用于测量________(填“电流”“电压”或“电阻”)。‎ ‎(3)表笔A应为________色(填“红”或“黑”)。‎ ‎(4)定值电阻的阻值R1＝________ Ω，R2＝________ Ω。(结果保留三位有效数字)‎ ‎ ‎ 甲 　乙 解析　(1)如图所示。‎ ‎(2)本实验考查的是电表的改装。改装成电压表时，要串联电阻，改装成电流表时，要并联电阻。根据题图甲所画电路，闭合开关时，电流表与电阻R1并联，用于测电流，断开开关时，只串联一个电阻R2，用于测电压。‎ ‎(3)根据表头可知电流应从表笔B进，从表笔A出，由“红进黑出”可知，表笔A应为黑色。‎ ‎(4)断开开关S时，多用电表为1 V的电压表，‎ 故R2＝＝880 Ω 闭合开关S时，多用电表为‎1 A的电流表，‎ 故R1＝≈1.00 Ω。‎ 答案　(1)见解析　(2)电流　电压 ‎(3)黑　(4)1.00　880‎ ‎1．某同学对有故障的电热毯进行探究。如图甲是电热毯的电路示意图，其中电热丝和导线通过金属接线片连接。图乙为测试电路实物图，A、B为测试表笔，电压表内阻很大，可视为理想电表。‎ 甲 ‎　‎ 乙 丙 ‎(1)请画出与图乙对应的电路图；‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎(2)断开K1，用上述测试电路在1和1′之间检测得知电热丝无故障，然后测得电热丝的U－I曲线如图丙所示。已知电热丝材料的电阻率为2.8×10－7 Ω·m，电热丝的直径为‎0.200 mm，可求得此电热丝的电阻为________ kΩ，总长度为________ m。(结果均保留两位有效数字)‎ ‎(3)为了进一步检查故障，该同学闭合开关K1和K2，用表笔A和B分别对图甲中所示的各点进行测试，部分测试结果如下表所示。由此测试结果可判断出电路有断路，位置在________之间(在“1和‎2”‎“1′和2′”“2和‎3”‎“2′和3′”中选填一项)。‎ 测试点 ‎3和3′‎ ‎1和1′‎ ‎1和3‎ ‎1和2′‎ ‎2′和3′‎ 电表指针 电压表 有 有 无 有 无 有无偏转 电流表 无 有 有 无 有 解析　(1)根据实物图画电路图，首先，要看清楚电路的结构，分为测量部分和供电部分。测量部分是外接法测电阻，供电部分中滑动变阻器接成分压式。其次，使用电器符号代替实物仪器，合理放置。最后，用笔画线代替导线将用电器连起来即可。电路图如图所示。‎ ‎(2)U－I图线过原点，知k＝R＝＝，选择一组数据代入，如R＝ Ω≈0.57 kΩ。又由电阻定律有R＝ρ，得L＝＝＝，代入数据得L＝‎64 m。‎ ‎(3)由表格中的结果，依次可推得3→2→1→1′→2′→3′‎ 这条线路在某处断路；电热丝部分没有断开；3→2→1导通，电压表短路，读数为零；1→1′→2′这段线路某处断开；2′→3′之间导通。综合可知，应该是1′和2′之间断路。‎ 答案　(1)见解析　‎ ‎(2)0.57(0.56～0.58均可)　64(63～65均可)　‎ ‎(3)1′和2′‎ ‎2．在练习使用多用电表的实验中：‎ ‎(1)某同学连接的电路如图所示。‎ ‎①若旋转选择开关，使其尖端对准直流电流挡，此时测得的是通过________的电流；‎ ‎②若断开电路中的电键，旋转选择开关使其尖端对准欧姆挡，此时测得的是________的阻值；‎ ‎③若旋转选择开关，使其尖端对准直流电压挡，闭合开关，并将滑动变阻器的滑片移至最左端，此时测得的是________两端的电压。‎ ‎(2)在使用多用电表的欧姆挡测量电阻时，若(　　)‎ A．双手捏住两表笔金属杆，测量值将偏大 B．测量时发现指针偏离中央刻度过大，则必须减小倍率，重新调零后再进行测量 C．选择“×‎10”‎倍率测量时发现指针位于20与30正中间，则测量值小于25 Ω D．欧姆表内的电池使用时间太长，虽能完成调零，但测量值将略偏大 解析　(1)③滑动变阻器滑到最左端，R1电阻为零，电压表测得的是R2两端的电压，即路端电压。‎ ‎(2)双手捏住两表笔金属杆相当于把人体电阻并联进去，测量值将偏小，A错误。指针偏离中央刻度过大，有可能是偏角过大，应减小倍率；也有可能是偏角过小，应增大倍率，B错误。由于欧姆表刻度右侧稀左侧密，因此在20与30正中间应小于25，但由于是“×‎10”‎的倍率，测量值应小于250 Ω，C错误。欧姆表内的电池使用时间太长，电池的内阻偏大，使测量电路的电流偏小，测得的电阻值偏大，D正确。‎ 答案　(1)①R1　②R1和R2串联　③R2(或电源)　(2)D ‎3．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60 mA的电流表，电阻箱，导线若干。实验时，将多用电表调至×1 Ω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，图中多用电表、电流表与电阻箱的示数分别如图(a)(b)(c)所示，则多用电表的读数为____ Ω，电流表的读数为______ mA，电阻箱的读数为________ Ω；‎ ‎(a)‎ ‎(b)‎ ‎(c)‎ ‎(3)将图中多用电表的两表笔短接，此时流过多用电表的电流为________ mA；(保留三位有效数字)‎ ‎(4)计算得到多用电表内电池的电动势为________ V。(保留三位有效数字)‎ 解析　(1)多用电表的黑表笔与表内电池正极相连，而a与电流表“＋”相连，故表笔a为电流流出端，为黑表笔。‎ ‎(2)(a)图中多用电表选的是“×1 Ω”挡，可以直接读出R＝14.0 Ω；(b)图中量程为60 mA，根据表盘刻度读出I＝53.0 mA；(c)图为电阻箱的读数，直接读出为4.6 Ω。‎ ‎(3)(4)多用电表的内阻r等于多用电表的中值电阻，由图(a)知r＝15 Ω，多用电表的读数表示电阻箱与电流表的总电阻R＝14 Ω，由闭合电路欧姆定律得E＝I1(R＋r)，短接时E＝I2r，联立解得I2＝102 mA，E＝1.54 V。‎ 答案　(1)黑　(2)14.0　53.0　4.6‎ ‎(3)102(101～103)　(4)1.54(1.53～1.57)‎ ‎4．如图甲所示，数字多用电表是近来发展起来的高科技电子产品，它具有测量精度高、读数方便等许多独特的优点。以型号“DF‎930”‎普通数字多用电表为例，其电压挡所有量程内阻高达10 MΩ以上，而机械指针式电压表内阻一般为几千欧到几十千欧。‎ 甲　　　　　　　　　　乙 现有一块型号为“DF930”的数字多用电表，用它来测量一只电池的电动势和内电阻。提供的其他测量器材还有：一只滑动变阻器R(0～30 Ω)，两只开关，导线若干。‎ 实验要求：利用这些器材，尽量采用最简单的测量方法，分两步进行。首先测量电动势，待电动势测定之后再测量其内电阻。现按图乙连接好测量电路。‎ 操作步骤：‎ ‎(1)将数字多用电表选择开关置于________挡，选择合适的量程，断开开关________，闭合开关________，记录表的示数，然后反复测量多次，取平均值并记为a。‎ ‎(2)将数字多用电表选择开关置于________挡，选择合适的量程，断开开关________，闭合开关________，记录表的示数，记为b，紧接着进行以下的操作：将选择开关置于________挡，选择合适的量程，然后同时闭合开关S1和S2，记录表的示数并记作c，把b和对应的c作为一组数据记录下来，然后反复测量多次，得到多组数据。‎ ‎(3)________即为干电池的电动势。(填“a”“b”或“c”)‎ ‎(4)干电池的内电阻的表达式r＝________(用a、b、c表示)，将步骤(2)测得的数据代入公式，求出r的平均值，即为干电池的内电阻。‎ 解析　(1)为了测电源的电动势，需将选择开关置于电压挡，断开开关S1，闭合开关S2，此时电表示数即为电源的电动势E，E＝a。‎ ‎(2)测量外电阻需要将电路断开测量，故断开S2，选择开关应置于欧姆挡，闭合S1，此时电表示数即为变阻器接入电路的阻值R，R＝b；为测电源的路端电压，选择开关应置于电压挡，此时电表示数即为电源的路端电压U，U＝c。‎ ‎(3)由(1)知a即为干电池的电动势。‎ ‎(4)由闭合电路欧姆定律E＝U＋r 即a＝c＋r，得r＝。‎ 答案　(1)电压　S1　S2　(2)欧姆　S2　S1　电压　(3)a　(4)