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  • 2021-05-26 发布

【物理】2018届一轮复习人教版实验:练习使用多用电表学案

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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)