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2022版高考物理一轮复习 第8章 恒定电流 实验13 用多用电表测量电学中的物理量学案

2022版高考物理一轮复习 第8章 恒定电流 实验13 用多用电表测量电学中的物理量学案

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- 12 -

实验十三　用多用电表测量电学中的物理量

1．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)会用多用电表探索黑箱中的电学元件。
2．实验原理
(1)欧姆表内部电路简化如图所示。

(2)根据闭合电路欧姆定律：
①当红、黑表笔短接时，Ig＝；
②当被测电阻Rx接在红、黑表笔两端时，I＝；
③当I中＝Ig时，中值电阻R中＝Rg＋R＋r。
3．实验器材
多用电表、电学黑箱、直流电源、开关、导线若干、小灯泡、二极管、定值电阻(大、中、小)三个。
4．实验步骤
(1)观察：观察多用电表的外形，认识选择开关的测量项目及量程。
(2)机械调零：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。
(4)测量小灯泡的电压和电流。
①按如图甲所示的电路图连好电路，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。

甲　　　　　　　　　乙
②按如图乙所示的电路图连好电路，将选择开关置于直流电流挡，测量通过小灯泡的电流。
(5)测量定值电阻
①根据被测电阻的估计阻值，选择合适的挡位，把两表笔短接，观察指针是否指在欧姆表的“0”刻度，若不指在欧姆表的“0”刻度，调节欧姆调零旋钮，使指针指在欧姆表的“0”刻度处；
②将被测电阻接在两表笔之间，待指针稳定后读数；
③读出指针在刻度盘上所指的数值，用读数乘以所选挡位的倍率，即得测量结果；
④测量完毕，将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡。
5．误差分析
(1)偶然误差
①估读时易带来误差。
②表头指针偏转过大或过小都会使误差增大。
(2)系统误差
①电池用旧后，电动势会减小，内阻会变大，致使电阻测量值偏大，要及时更换电池。
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。
6．注意事项
(1)使用前要机械调零。
(2)两表笔在使用时，电流总是“红入”“黑出”。
(3)测电阻时
①指针指中值附近较准，否则换挡。
②每换一挡必须重新欧姆调零。
③读出示数要乘以倍率。
(4)使用完毕，选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡，长期不用应取出电池。

多用电表的使用和读数
1．多用电表可以用来测量电流、电压、电阻等，并且每一种测量都有几个量程或倍率。
2．外形如图所示：上半部分为表盘，表盘上有电流、电压、电阻等多种量程的刻度；下半部分为选择开关，它的四周刻有各种测量项目和量程。

3．多用电表面板上还有：欧姆表的欧姆调零旋钮(使电表指针指在右端零欧姆处)、指针定位螺丝(使电表指针指在左端的“0”位置)、表笔的正、负插孔(红表笔插入“＋”插孔，黑表笔插入“－”插孔)。
4．读数
(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，读数时只读到与最小刻度位数相同即可。
[题组训练]
1．如图甲为多用电表的示意图，现用它测量一个阻值约为20 Ω的电阻，测量步骤如下：

甲

乙
(1)调节________，使电表指针停在________(选填“电阻”或“电流”)的“0”刻线。
(2)将选择开关旋转到“Ω”挡的________(选填“×1”“×10”“×100”或“×1 k”)位置。
(3)将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔，并将两表笔短接，调节________，使电表指针对准________(选填“电阻”或“电流”)的“0”刻线。
(4)将红、黑表笔分别与待测电阻两端相接触，若电表指针读数如图乙所示，该电阻的阻值为________ Ω。
(5)测量完毕，将选择开关旋转到“OFF”位置。
[解析]　使用多用电表欧姆挡，先机械调零。 中值电阻为15 Ω，测量20 Ω的电阻时，要使用“×1”的倍率，然后进行欧姆调零；由刻度盘和倍率可知，测量电阻的阻值为19 Ω。
[答案]　(1)指针定位螺丝　电流　(2)×1　(3)欧姆调零旋钮　电阻　(4)19
2．(2021·江苏省新高考适应性考试)电流表改装成欧姆表的电路如图所示，两表笔直接相连时，指针指在表盘刻度“5”上两表笔之间接有600 Ω的电阻时，指针指在刻度“1”上。求刻度“3”应标注的电阻值R。

[解析]　两表笔直接相连时，由闭合电路欧姆定律得E＝IgR内
两表笔之间接有600 Ω的电阻时，由闭合电路欧姆定律得E＝(R内＋R)
指针指在刻度“3”上时，由闭合电路欧姆定律得
E＝(R内＋R′)
联立解得R′＝100 Ω。
[答案]　100 Ω
3．(1)如图所示为指针式多用电表，其中S、K、T为三个可调节的部件，现用此电表测量一定值电阻，测量的某些操作步骤如下：
①调节指针定位螺丝部件，使电表指针指向电流0刻度处；
②将选择开关旋转到欧姆挡位置；
③将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔，笔尖相互接触，调节部件________(选填“S”“K”或“T”)，使电表指针指向“0 Ω”；
④测量该定值电阻阻值，多用电表指针示数如图所示，则该电阻的阻值为________ Ω。

(2)欧姆调零后，用“×10”挡测量另一电阻的阻值，发现指针偏转角度很大，则下列说法或做法正确的是________
A．该电阻的阻值很小
B．该电阻的阻值很大
C．为测得更准确些，应当换用“×1”挡，重新欧姆调零后进行测量
D．为测得更准确些，应当换用“×100”挡，重新欧姆调零后进行测量
(3)关于多用电表的使用，下列说法正确的有________。

甲　　 　　乙　　　　丙　　　　丁
A．甲图是用多用电表直流电压挡测量小灯泡两端的电压，表笔接法正确
B．乙图是用多用电表直流电流挡测量电路中的电流，表笔接法正确
C．丙图是用多用电表电阻挡测量二极管的反向电阻
D．丁图是用多用电表电阻挡测量二极管的反向电阻
[解析]　(1)测电阻时先进行欧姆调零，即先短接红、黑表笔，调节调零电阻T，使指针指欧姆的零刻度线；欧姆调零后，测量电阻读出示数，则电阻R＝1 400 Ω。
(2)所指偏转角度过大，即欧姆挡示数太小，即阻值小，要使示数变大，则要减小倍率，重新欧姆调零后，再测量，故选项A、C正确。
(3)甲图是用直流挡测电压，但要求电流从红表笔流入，显然红、黑表笔接反，A错误；乙图是电流挡测电流，要断开电路将电流表串联，从红表笔流入，则B选项正确；丙和丁图是用欧姆挡测二极管的反向电阻，则要求电流从二极管的负极流进，即欧姆表的黑表笔与二极管的负极相连，故选项D正确，选项C错误。
[答案]　 (1)T　1 400　(2)AC　(3)BD
用多用电表检测电路故障
1．电流挡检测：将多用电表串联在电路中，若示数为零，说明与电流表串联的部分电路断路。
2．电压挡检测：将多用电表与部分电路并联，若示数为零，说明该部分电路完好。若示数等于电动势，说明该部分电路中有断点。
3．欧姆挡检测：将各元件与电源断开，然后接到红、黑表笔间，若电阻无穷大说明此元件断路。
[题组训练]
1．某照明电路出现故障，其电路如图甲所示，该电路用标称值12 V的蓄电池为电源，导线及其接触完好，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。

甲
(1)断开开关，红表笔接a点时多用表指示如图乙所示，读数为________ V，说明________正常(选填：蓄电池、保险丝、开关、小灯)。

乙
(2)红表笔接b点，断开开关时，表针不偏转，闭合开关后，多用电表指示仍然和图乙相同，可判定发生故障的器件是________(选填：蓄电池、保险丝、开关、小灯)。
[解析]　(1)50 V量程的直流电压表，最小刻度为1 V，要估读到下一位，所以读数为11.3 V；电压表的读数接近电源的电动势，说明蓄电池正常。
(2)红表笔接b点，断开开关时，指针不偏转说明电路是断路，闭合开关后，多用表指示仍然和图乙相同可判断出是小灯断路。
[答案]　(1)11.3　蓄电池　(2)小灯
2．如图是某同学连接的实验电路实物图。若L1、L2灯都不亮，他采用下列两种方法进行故障检查：

(1)应用多用电表的直流电压挡进行检查，那么选择开关应置于的量程是(　　)
A．0～2.5 V B．0～10 V
C．0～50 V D．0～250 V
(2)该同学的测试结果如表1所示，在测试a、b间直流电压时，红表笔应接触________(填“a”或“b”)。根据测试结果，可以判定故障是(　　)
A．灯L1短路 B．灯L2短路
C．cd段断路 D．df段断路
表1
测试点
a、b
c、d
d、f
电压表示数情况
有示数
无示数
有示数
(3)将开关断开，再选择欧姆挡测试，测试结果如表2所示，那么进一步检查出的故障是(　　)
A．灯L1断路 B．灯L2断路
C．灯L1、灯L2都断路 D．de段断路
表2
测试点
c、d
d、e
e、f
指针偏转情况

[解析]　(1)四节干电池的总电动势为6 V，应用多用电表的直流电压的10 V挡测量，故选B。
(2)在测试a、b间直流电压时，因为电流必须从多用电表正接线柱流入，所以红表笔应当接触a。
A项，若灯L1短路，L1灯不亮，而L2灯亮，与题不符，故A错误；B项，若灯L2短路，L2灯不亮，而L1灯亮，与题不符，故B错误；C项，cd段断路，则d、f间没有电压，无示数，故C错误；D项，df段断路时，电路中无电流，两灯泡都不亮，a、b和d、f间有电压，c、d间无电压，与题相符，故D正确。
(3)欧姆表的刻度无穷大在左端，0刻度在右端，电路断路时，其电阻为无穷大。根据欧姆表的读数可知，d、e间电阻无穷大，说明d、e间导线断路，故D正确。
[答案]　(1)B　(2)a　D　(3)D
用多用电表探索黑箱内的电学元件
1．晶体二极管是由半导体材料制成的，它有两个极，即正极和负极，它的符号如图甲所示。

甲　　　　　乙　　　　　　　丙
2．晶体二极管具有单向导电性(符号上的箭头表示允许电流通过的方向)。当给二极管加正向电压时，它的电阻很小，电路导通，如图乙所示；当给二极管加反向电压时，它的电阻很大，电路截止，如图丙所示。
3．将多用电表的选择开关拨到欧姆挡，红、黑表笔接到二极管的两极上，当黑表笔接“正”极，红表笔接“负”极时，电阻示数较小，反之电阻示数很大，由此可判断出二极管的正、负极。
[题组训练]
1．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。请画出黑箱内的电路结构。

红表笔
A
A
B
C
C
B
黑表笔
B
C
C
B
A
A
阻值/Ω
100
150
50
2 000
2 100
100
[解析]　先由二极管反向截止的性质分析，由表可知，接B、C和C、B时测量结果不同，故在B、C间一定有二极管存在；同理可知在A、C间也有二极管存在，并且A、C间的正向电阻大于B、C之间，说明A、C间包含电阻；而接A、B和B、A时电阻不变，故说明A、B间只有电阻，B、C间接二极管。所以黑箱内的结构如图所示。

[答案]　见解析图
2．(2019·江苏金陵中学高考模拟)某同学在练习使用多用电表。

甲

乙
(1)测量电阻阻值，正确使用欧姆表“×10”挡，指针偏转如图甲所示，该同学认为此时读数误差较大，应该将欧姆表量程调换为________(选填“×1”或“×100”)挡，改变量程后应该________，然后再进行电阻测量。
(2)利用图乙电路测量电源电动势和内电阻，正确连接电路，闭合开关，观测到电压表指针发生偏转，而电流表指针不动，移动变阻器滑动片，电流表指针读数始终为零。在不断开电路的情况下，使用多用电表检查电路故障，应将多用表旋钮拨到________挡(选填“欧姆”“直流电流”“直流电压”或“交流电压”)，在a、e间检测，当检查滑动变阻器时，应将红表笔与________(选填“c”或“d”)接线柱接触，若此时多用表指针发生偏转，电路故障应是滑动变阻器________(选填“短路”或“断路”)。
(3)图丙所示黑盒子有三个接线柱，用多用电表欧姆挡探究其内部电路。当黑、红表笔分别接触1、2时电表指针发生瞬间偏转后又偏转消失；当黑、红表笔分别接触2、3时电表指针发生稳定的偏转角度；当红、黑表笔分别接触2、3时电表指针不发生偏转；则黑盒内电路可能是下列选项中________。

丙

A　　　　　B　　　　C　　 　　D
[解析]　 (1)指针偏转角度过大，说明电阻偏小，选择量程偏大，由于指针在刻度盘中央附近时读数误差较小，为了精确测量应换较小挡位“×1”测量，换挡后要进行重新欧姆调零，然后再进行电阻测量。
(2)根据题意可知图乙电路某处断路，由于不断开电路的情况下，使用多用电表检查电路故障，所以不能使用多用电表的欧姆挡检测，由于电源是直流，所以不能使用多用电表的交流电压挡检测，若使用多用电表的直流电流挡在a、e间检测，电路会短路，所以使用多用电表的直流电压挡检测；根据“红进黑出”可知当检查滑动变阻器时，应将红表笔与c接线柱接触；若此时多用表指针发生偏转，说明多用表内有电流通过，与多用表并联部分之外无断路，所以电路故障应是滑动变阻器断路。
(3)当黑、红表笔分别接触1、2时电表指针发生瞬间偏转后又偏转消失，说明1、2之间有电容器；当黑、红表笔分别接触2、3时电表指针发生稳定的偏转角度，当红、黑表笔分别接触2、3时电表指针不发生偏转，说明2、3之间有二极管，且正极与2连接，则黑盒内电路可能是选项A。
[答案]　 (1)×1　重新欧姆调零　(2)直流电压　c　断路　(3)A