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- 2021-06-01 发布
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第4讲 电学实验(二)
实验9:练习使用多用电表
一、实验原理
1.多用电表可以用来测电流、电压、电阻等,并且每一种测量都有几个量程.
2.测电阻时依据闭合电路欧姆定律,测电流、电压时依据串、并联电路的特点.
二、实验装置图(如图1)
图1
三、多用电表的使用
1.多用电表测电流的方法及读数
(1)选择直流电流挡合适的量程.
(2)将被测电路导线卸开一端,把多用电表串联在电路中.应使电流从红表笔流入电表.
(3)读数时,首先要认清刻度盘上的最小刻度.
2.多用电表测电压的方法及读数
(1)选择直流电压挡合适的量程.
(2)将电表与被测电路并联,注意红表笔接触点的电势要比黑表笔高.
(3)读数时,首先要认清刻度盘上的最小刻度.
3.多用电表欧姆挡刻度的特点:欧姆表的“0”刻度线在刻度盘的最右端,刻度盘的最左端为“∞”刻度线,且刻度不均匀.
4.欧姆挡调零旋钮的使用:将选择开关旋转到欧姆挡上,此时红表笔连接表内电源的负极,黑表笔连接表内电源的正极.选好量程后,先欧姆调零,然后测量.换用不同量程必须重新欧姆调零.测量完毕,应把选择开关旋转到“OFF”挡或交流电压最高挡.
5.欧姆挡倍率选择及电阻测量:利用欧姆挡测电阻时,指针偏转过大或过小,误差都比较大.
(1)合理选择量程,使指针尽可能指在中间刻度线附近,一般应在R中~4R中的范围内.
(2)选挡时若无法估计待测电阻的大小,则应将选择开关旋到“×100”挡,欧姆调零后,将红、黑表笔分别接到电阻两端,若指针偏角太小,则逐渐增大量程,直到指针指到中值电阻附近为止.
图2
6.测量二极管的正、反向电阻:二极管是一种半导体元件,如图2所示,它的特点是电流从正极流入时电阻很小,而从正极流出时电阻很大.
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.
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2、0.2、0.02、5、0.5、0.05等,读数时只读到与最小刻度位数相同即可.
五、注意事项
1.使用多用电表前,先调节指针定位螺丝,使指针指在零刻度线.
2.两表笔使用时,总是红入黑出.
3.测电阻时,每换一次挡位都要进行欧姆调零.
4.测量完成后要把表笔拔出,选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡.
例1 (2018·书生中学月考)指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器.
(1)如图3所示为某同学设计的多用电表的原理示意图.虚线框中S为一个单刀多掷开关,通过操作开关,接线柱B可以分别与触点1、2、3接通,从而实现使用多用电表测量不同物理量的不同功能.关于此多用电表,下列说法中正确的是________.(选填选项前面的字母)
图3
A.当S接触点1时,多用电表处于测量电流的挡位,其中接线柱B接的是黑表笔
B.当S接触点2时,多用电表处于测量电压的挡位,其中接线柱B接的是黑表笔
C.当S接触点2时,多用电表处于测量电阻的挡位,其中接线柱B接的是黑表笔
D.当S接触点3时,多用电表处于测量电压的挡位,其中接线柱B接的是红表笔
(2)用实验室的多用电表进行某次测量时,指针在表盘的位置如图4所示.
图4
A.若所选挡位为直流50 mA挡,则示数为________ mA.
B.若所选挡位为电阻×10 Ω挡,则示数为________ Ω;
(3)用表盘为如图所示的多用电表正确测量了一个约15 Ω的电阻后,需要继续测量一个阻值约2 kΩ的电阻.在用红、黑表笔接触这个电阻两端之前,请选择以下必须的步骤,并按操作顺序逐一写出步骤的序号:________.
A.将红表笔和黑表笔接触
B.把选择开关旋转到“×100”位置
C.把选择开关旋转到“×1k”位置
D.调节欧姆调零旋钮使表针指向欧姆零点
答案 (1)AC (2)21.0 190 (3)BAD
解析 (1)由题图电路图可知,当S接触点1时,表头与分流电阻并联,此时多用电表处于测量电流的挡位,其中接线柱B接的是黑表笔,故A正确;由题图电路图可知,当S接触点2时,表头与电源相连,此时多用电表处于测量电阻的挡位,其中接线柱B接的是黑表笔,故B错误,C正确;由题图电路图可知,当S接触点3时,表头与分压电阻串联,此时多用电表处于测量电压的挡位,其中接线柱B接的是黑表笔,故D错误.
(2)若所选挡位为直流50 mA挡,由题图可知,其分度值为1 mA,则示数为21.0 mA.若所选挡位为电阻×10 Ω挡,由题图可知,示数为:19×10 Ω=190 Ω;
(3)用多用电表正确测量了一个约15 Ω的电阻后,要继续测量一个阻值约2 kΩ的电阻,首先要把选择开关置于×100挡位置,然后进行欧姆调零,把红、黑表笔短接,调节欧姆调零旋钮使指针指向欧姆零刻度线位置,最后再测电阻,故合理的步骤是:BAD.
变式1 (2018·杭州市重点中学期末)在做“练习使用多用电表”的实验中,
(1)关于多用电表使用的一些要求,以下说法正确的是( )
A.测量电阻时,每次更换倍率后,都应进行欧姆调零
B.测量电压时,每次更换量程后,都应进行机械调零
C.测量未知电阻时,应先选用倍率最大的挡位测量
D.测量未知电压时,应先选用量程最大的挡位测量
(2)为测定一个“220 V 100 W”白炽灯的电阻大小,可以用多用电表的电阻挡进行测量,现将多用电表选择开关打到“×10”挡,发现指针偏转太大,为了较准确地进行测量,应换到________挡,如果换挡后经必要操作后,正确测量得到表盘的示数如图5所示,则该白炽灯的阻值是________ Ω.
图5
(3)小陈同学用多用电表的“2.5 V直流”挡测普通干电池两端的电压,将测到的电压作为电动势,他的这一做法________(选填“基本没问题”或“有严重错误”);而小吴同学用多用电表的欧姆挡“×1”挡,并正确进行欧姆调零后,将两表笔接到电池两端,将得到的电阻值作为电池的内电阻,他的这一做法_______________(选填“基本没问题”或“有严重错误”).
答案 (1)AD (2)×1 60 (3)基本没问题 有严重错误
变式2 (2018·台州市高三期末)(1)在“练习使用多用电表”的实验中,小明同学用多用电表测量某一电阻,由于第一次选择的倍率不合适,又改换另一倍率测量,两次测量时电表指针所指的位置如图6中的虚线所示,下面列出这两次测量中的主要操作:
图6
A.将两根表笔短接,并调零
B.将两表笔分别与被测电阻的两端接触,观察指针位置
C.记下电阻值
D.将“选择开关”旋到“×10 Ω”挡
E.将“选择开关”旋到“×1 Ω”挡
F.将“选择开关”旋到交流500 V挡
①根据上述有关操作可知,小明同学两次倍率选择的先后顺序是________(选填“DE”或“ED”);
②该电阻的阻值是________ Ω.
(2)为了更精确地测定该电阻的阻值,小明欲采用伏安法.现有如下实验器材:①量程为3 V,内阻约为3 kΩ的电压表;②量程为10 mA,内阻约为0.1 Ω的电流表;③阻值为0~20 Ω的滑动变阻器;④内阻可忽略,输出电压为3 V的电源;⑤开关和导线若干.
图7中P点应该________,Q点应该________.(均在下列选项中选择)
图7
A.接a B.接b
C.接c D.不接
答案 (1)①ED ②180 (2)C A
变式3 在“练习使用多用电表”实验中:
(1)某同学欲测量一节干电池的电压,下述操作正确的是________(填字母).
A.欧姆调零、选择挡位、表笔接触电池两极(其中红表笔接触正极)、读数
B.机械调零、选择挡位、表笔接触电池两极(其中红表笔接触正极)、读数
C.选择挡位、机械调零、表笔接触电池两极(其中黑表笔接触正极)、读数
D.选择挡位、欧姆调零、表笔接触电池两极(其中黑表笔接触正极)、读数
(2)该同学欲测量如图8甲所示插座的电压,则应把多用电表的选择开关打到如图乙所示的________位置.(选填A、B、C、…、Q字母)
图8
答案 (1)B (2)H
解析 (1)多用电表测电压,应先机械调零,再选择电压挡位,还需使电流从红表笔流入多用电表,从黑表笔流出,所以应选择B.
(2)插座电压大约为220 V,且是交流电,所以多用电表选择开关应打到交流250 V,即应打到题图乙所示的H位置.
实验10:测定电池的电动势和内阻
一、实验原理
在闭合电路中,改变R的阻值,测出两组U、I的值,根据闭合电路欧姆定律可列出两个方程:E=U1+I1r和E=U2+I2r,联立可解出E、r的值.
二、实验电路图及实物图
如图9甲、乙所示,
图9
三、实验步骤
1.根据实验电路图连接电路,将滑动变阻器滑片滑到阻值最大处.
2.闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表有明显示数,并记录一组U、I数据.
3.用同样方法测量并记录多组数据.
4.断开开关,整理好器材.
5.根据测得的数据利用方程求出几组E、r值,最后算出它们的平均值.或者根据测得的数据利用U-I图象求得E、r值.
四、数据处理
1.设计实验数据记录表
多次改变滑片的位置,读出对应的多组数据,并一一填入表中.
实验序号
1
2
3
4
5
6
I/A
U/V
2.测量并记录多组U、I的数据:闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表有明显示数,读出电压表示数U和电流表示数I,并填入事先绘制好的表格(如上表).
图10
3.用U-I图象处理实验数据:以路端电压U为纵轴,干路电流I为横轴,建系、描点、连线,如图10所示,纵轴截距为电动势E,直线斜率k的绝对值为内阻r.
五、注意事项
1.为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻应大些(选用已使用过一段时间的干电池).
2.要测出不少于6组的(I,U)数据,且变化范围要大些,然后用方程组求解,并求平均值.
3.画U-I图线时,由于读数存在偶然误差,描出的点不在一条直线上,在作图时应使图线通过尽可能多的点,并使不在直线上的点均匀分布在直线的两侧,个别偏离直线太远的点可舍去.这样可以减小偶然误差,从而提高精确度.
4.由于干电池的内阻较小,路端电压U的变化也较小,这时画U-I图线时,纵轴的刻度可以不从零开始,而是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标I必须从零开始).这时图线和横轴的交点不再是短路电流,而图线与纵轴的截距仍为电源电动势,图线斜率的绝对值仍为内阻.
例2 (2018·宁波市重点中学联考)为了测量一节新干电池的电动势和内阻
(1)甲同学使用多用电表粗测了电池的电动势,实验结束后,图11甲中的电表旋钮状态符合实验操作规范的是________(填“①”或“②”);
图11
(2)乙同学采用图乙的实验电路图,实验时发现,当滑动变阻器在阻值较大的范围内调节,电压表示数变化不明显,其原因是电池内阻________(填“较大”或“较小”);
(3)丙同学改进了乙同学的电路图,准备用以下给定的器材和一些导线来完成实验,器材如下:
A.量程3 V的电压表V
B.量程0.6 A的电流表A
C.定值电阻R0(R0=1.5 Ω)
D.滑动变阻器R1(0~10 Ω);
E.开关S
①请用笔画线代替导线在图12中完成实物连接图.
图12
图13
②实验中,改变滑动变阻器的阻值,得到了六组实验数据,已在图13的U-I图中描点,请作出U-I图象,并根据图象得出该电池的内阻r=________Ω(结果保留两位有效数字).
答案 (1)② (2)较小 (3)①如图甲所示 ②如图乙所示 0.35(0.32~0.38均可)
变式4 (2017·浙江11月选考·18)小明同学在测定一节干电池的电动势和内阻的实验时,为防止电流过大而损坏器材,电路中加了一个保护电阻R0,根据如图14所示电路图进行实验时,
图14
(1)电流表量程应选择____(填“0.6 A”或“3 A”),保护电阻应选用_____(填“A”或“B”).
A.定值电阻(阻值10.0 Ω,额定功率10 W)
B.定值电阻(阻值2.0 Ω,额定功率5 W)
(2)在一次测量中电压表的指针位置如图15所示,则此时的电压为________ V.
图15
(3)根据实验测得的5组数据所画出的U-I图线如图16所示.则干电池的电动势E=______ V,内阻r=________ Ω(小数点后保留两位).
图16
答案 (1)0.6 A B (2)1.20±0.01 (3)1.45±0.01 0.50±0.05
解析 (3)保护电阻可以看作电源内阻一部分,所以通过题图图象可知E=1.45 V,r+R0= Ω=2.50 Ω,所以内阻r=0.50 Ω.
变式5 (2018·杭州市五校联考)某同学要测定一节干电池的电动势和内阻,现有下列器材可供选用:
A.电压表(0~3 V,内阻约5 kΩ)
B.电流表(0~100 mA,内阻约1 Ω)
C.滑动变阻器R1(阻值0~15 Ω)
D.滑动变阻器R2(阻值0~1 000 Ω)
E.开关、导线若干
操作步骤如下:
(1)请用笔画线代替导线在图17甲中完成实物连接图,要求滑动变阻器的滑片P自左向右滑动时电流表示数变小.
(2)为了得到合理的实验结果,滑动变阻器应选________(填“C”或“D”).
(3)用此方法测量该电池的电动势和内阻,并把测量结果记录在图乙中,由图可知电池的电动势为________ V,内阻为________ Ω.
图17
答案 (1)如图所示
(2)C (3)1.5 1.0
变式6 (2018·温州市六校期末)某同学将铜片和锌片插入水果中制成一个“水果电池”,该同学利用下列所给的器材测量水果电池的电动势E和内阻r.
A.电流表G1(量程2 mA,内阻R1=15 Ω)
B.电流表G2(量程5 mA,内阻R2约2 Ω)
C.滑动变阻器R1(0~10 000 Ω)
D.电阻箱R2(0~9 999.9 Ω)
E.待测水果电池(电动势E约4 V,内阻约500 Ω)
F.开关S,导线若干
(1)观察所给的实验器材后,该同学决定把电流表G1改装成量程0~4 V的电压表,需______(选填“串联”或“并联”)一个阻值为________ Ω的电阻.该同学用电流表G2和改装成的电压表测量水果电池的电动势和内阻,实物连接如图18所示.
图18
(2)接通开关,逐次调节滑动变阻器,读取电流表G1的示数I1和电流表G2的示数I2,记录了6组数据,并在图中标注出了几个与测量值对应的坐标点,如图19所示.请你在图上把已经描绘出的坐标点连成一条实验图线.
图19
(3)根据描绘出的图线可得水果电池的电动势E=________ V,内阻r=________ Ω.(结果均保留2位有效数字)
答案 (1)串联 1 985
(2)如图所示
(3)3.2(3.0~3.4均可) 4.6×102(4.2×102~5.0×102均可)
1.(2019届湖州市质检)(1)如图1为多用电表的示意图,其中S、K、T为三个可调节的部件,现用此电表测量一阻值约为2 000 Ω的定值电阻,某些操作步骤如下:
图1
①调节部件________(选填“S”或“T”),使电表指针停在电流“0”刻度位置;
②将红、黑表笔分别插入“+”“-”插孔,笔尖相互接触,调节部件________(选填“S”或“T”),使电表指针停在欧姆“0”刻度位置.
(2)多用电表调零后,用“×10”挡测量该电阻阻值,发现指针偏转角度很小,则下列说法和做法中正确的是________.
A.这个电阻的阻值很小
B.这个电阻的阻值很大
C.为测得更准确些,应当换用“×1”挡,并且重新调零后进行测量
D.为测得更准确些,应当换用“×100”挡,并且重新调零后进行测量
答案 (1)①S ②T (2)BD
解析 (1)多用电表在使用前要调节指针定位螺丝,使电表指针停在电流“0”刻度位置;使用欧姆挡测电阻,首先要调节欧姆调零旋钮T,进行欧姆调零.(2)多用电表调零后,用“×10”挡测量该电阻阻值,发现指针偏转角度很小,说明读数过大,那么应该换用高挡位让指针指在中央刻度附近,换挡后必须重新进行欧姆调零,B、D正确,A、C错误.
2.(2018·9+1高中联盟期中)(1)小明同学要用伏安法测量一节干电池的电动势和内阻,实验中需要图2中的哪些器材________(填图中的编号).此实验连接电路至少需要________根导线.
图2
(2)该同学用电压表和电流表测得两组数据如下表所示,可求出电动势和内电阻分别为E=________,r=________.(计算结果均保留两位有效数字)
实验次数
1
2
U/V
1.37
1.07
I/A
0.10
0.50
答案 (1)abcefh 6 (2)1.4 V 0.75 Ω
解析 (1)应用伏安法测电源电动势与内阻,需要:电压表、电流表、开关、滑动变阻器、电源、导线,因此需要的实验器材为:a、b、c、e、f、h;把电源、开关、滑动变阻器、电流表串联接入电路,电压表测路端电压,接在电源两端,连接实物电路时至少需要6根导线.(2)在闭合电路中,电源电动势:E=U+Ir,由表中实验数据可知:E=1.37+0.10r,E=1.07+0.50r,解得:E≈1.4 V,r=0.75 Ω.
3.(2018·绍兴市选考诊断)在“测定电源的电动势和内阻”的实验中,现有如下实验器材:定值电阻R0(阻值5 Ω、额定电流1.5 A),滑动变阻器R(阻值范围0~50 Ω、额定电流2 A),
电流表(量程0.6 A、内阻约为0.05 Ω),电压表,干电池一节,开关一个,导线若干.
(1)图3为部分连线的电路图,电压表用来测量路端电压大小,电压表一端与电流表相连,另一端应该________(选填“接a”“接b”“接c”或“不接”).
图3
(2)某次实验中,电压表的指针如图4所示,则电压为________ V.
图4
(3)根据多组实验数据获得U-I图象如图5所示,图中P点所对应的电压和电流的数据________(选填“能”或“不能”)在实验中获得.
图5
(4)在图3中,若电压表的另一端接在滑动变阻器与定值电阻之间的导线上,通过正确的实验操作及数据处理________(选填“能”或“不能”)获得干电池的电动势和内阻.
答案 (1)接b (2)1.45 (3)不能 (4)能
4.(2018·金华市、丽水市、衢州市十二校联考)在“测定电池的电动势和内电阻”的实验中,备有如下器材:
A.干电池
B.电流表(0~0.6 A,内阻约为0.1 Ω)
C.灵敏电流计G(满偏电流Ig=200 μA,内阻rg=500 Ω)
D.滑动变阻器(0~20 Ω,2.0 A)
E.电阻箱R
F.开关、导线若干
(1)由于没有电压表,需要把灵敏电流计G改装成量程为2 V的电压表,电路如图6甲所示,电阻箱的阻值应为________ Ω;
(2)按图甲所示电路图,请在图乙上补充完成实物连线.
图6
(3)在闭合开关S前,将滑动变阻器的滑片移动至图甲中的________(填“a端”“中央”或“b端”).
(4)图7为该实验绘出的I1-I2图线(I1为灵敏电流计G的示数,I2为电流表A的示数),由图可求得被测电池的电动势E=________ V,内电阻r=________ Ω.
图7
答案 (1)9 500 (2)如图所示
(3)b端 (4)1.46(1.45~1.49均可) 0.80(0.75~0.85均可)
5.(2018·宁波市3月选考模拟)老师布置了一个任务,需要测定一个笔记本电脑电池板的电动势和内阻.
(1)某同学先将多用电表的选择开关打到如图8甲所示的位置直接测电池板的两极电压,结果如图乙所示,电动势的粗测值为________ V.
图8
(2)接下来该同学用如图9所示的电路来完成电动势和内阻的测量,图中还缺少一条连线,请你用笔直接画在实物图上.
图9
(3)电路完整后,该同学开始实验,得到了如下的两组数据,第一组如图10甲所示,第二组如图乙所示.
图10
第二组电压表的读数为________ V,请判断,从第一组到第二组,滑动变阻器接入电路的阻值________(填“不变”“变大”或“变小”).
答案 (1)11.0 (2)如图所示
(3)11.5 变大
6.(2018·嘉兴一中期末)某兴趣小组对市场中电线进行调查,
(1)如图11所示,采用绕线法测得该电线直径为______ mm;
图11 图12
(2)取长度为100 m的电线,欲测其电阻:
①先用多用电表进行粗略测量,将多用表选择开关置于“×10”挡并调零后,两表笔接触待测电阻的两端进行测量,表盘指针如图12所示.为了使测量值更准确,“选择开关”应置于________(填“×1”“×100”或“×1 k”)挡,并将两表笔短接,调节图13中________(“A”或“B”)重新调零后进行测量.
图13
②再用伏安法测量其电阻,并设计图14所示电路,则电压表的另一端应接______(填“a”或“b”),测量得电压表示数为4.50 V,而电流表读数如图15所示,则所测的电阻为_______ Ω.
图14
图15
答案 (1)1.25 (2)①×1 B ②a 1.80
7.(2018·杭州市期末)某同学为了研究某小灯泡在未发光时的电阻,分别在图16甲、乙两种电路中利用多用电表直流电流100 mA挡、电压表(量程为0~3 V)测量其电阻.他先按甲电路图连接电路,调节滑动变阻器,使得多用电表指针偏转如图丙所示,而电压表示数如图丁所示.接着他仅改变电压表的接法,如图乙所示,闭合开关,发现多用电表指针偏转几乎仍和图丙一样,而电压表示数如图戊所示.已知该同学操作过程均正确无误.
(1)在按甲电路图连接电路时,应将电源的正极与多用电表的________(填“红”或“黑”)表笔相连.
图16
(2)图丙中多用电表的读数是________mA,图戊中电压表的读数是________ V;
(3)若考虑电表内阻对测量的影响,当小灯泡通过图丙所示的电流时,其电阻约为________ Ω.(结果保留1位小数)
答案 (1)红 (2)80 0.75(0.73~0.77) (3)8.1(7.8~8.4)
解析 (1)
根据多用电表的特点,电流从多用电表的红表笔流入,从黑表笔流出,在按题图甲电路图连接电路时,应将电源的正极与多用电表的红表笔相连;
(2)多用电表选择直流电流100 mA挡,所以题图丙中多用电表的读数是80 mA;题图戊中电压表的读数是0.75 V;
(3)题图丁所示电压为0.65 V,由于甲、乙两种接法中多用电表的电流不变,灯泡两端电压不变,所以电阻R= Ω≈8.1 Ω.
8.现有一特殊电池,它的电动势E约为9 V,内阻r约为40 Ω,已知该电池允许输出的最大电流为50 mA.为了测量这个电池的电动势和内阻,某同学利用如图17甲所示的电路进行实验,图中电流表的内阻RmA已经测出,阻值为5 Ω,R为电阻箱,阻值范围为0~999.9 Ω,R0为定值电阻,对电路起保护作用.
图17
(1)实验室备有的定值电阻R0共有以下几种规格:
A.10 Ω B.50 Ω C.150 Ω D.500 Ω
本实验选用哪一种规格的定值电阻最好________.
(2)该同学接入符合要求的R0后,闭合开关S,调整电阻箱的阻值,读取电流表的示数,记录多组数据,作出了图乙所示的图线,则根据该同学作出的图线可求得该电池的电动势E=________ V,内阻r=________ Ω.
答案 (1)C (2)10 45
解析 (1)电池允许输出的最大电流为50 mA,故回路最小电阻为=180 Ω,电源内阻与电流表内阻的和约为45 Ω,所以应选择阻值为150 Ω的定值电阻,故C正确.(2)根据闭合电路欧姆定律I=可得,=(R+R0)+,根据题图乙中图线的斜率和截距可得=0.1 V-1,=5 A-1,解得E=10 V,r=45 Ω.