(全国通用)2014届高三物理复习能力提升第10章 实验15 用多用电表探测黑箱内的电学元件.doc

实验十五　用多用电表探测黑箱内的电学元件
考纲解读1.了解电表改装的原理与方法.2.了解多用电表的构造和原理，掌握多用电表的使用方法.3.会使用多用电表测电压、电流及电阻.4.会用多用电表探索黑箱中的电学元件．

一、欧姆表原理(多用电表测电阻原理)
1．构造：如图1所示，欧姆表由电流表G、电池、调零电阻R和红黑表笔组成．

图1
欧姆表内部：电流表、电池、调零电阻串联．
外部：接被测电阻Rx.
全电路电阻R总＝Rg＋R＋r＋Rx.
2．工作原理：闭合电路的欧姆定律I＝.
3．刻度的标定：红黑表笔短接(被测电阻Rx＝0)时，调节调零电阻R，使I＝Ig，电流表的指针达到满偏，这一过程叫欧姆调零．
(1)当I＝Ig时，Rx＝0，在满偏电流Ig处标为“0”．(图1甲)
(2)当I＝0时，Rx→∞，在I＝0处标为“∞”．(图1乙)
(3)当I＝时，Rx＝Rg＋R＋r，此电阻是欧姆表的内阻，也叫中值电阻．
二、多用电表
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．外形如图2所示：上半部为表盘，表盘上有电流、电压、电阻等多种量程的刻度；下半部为选择开关，它的四周刻有各种测量项目和量程．另外，还有欧姆表的调零旋钮、指针定位螺丝和表笔的插孔．

图2
三、二极管的单向导电性
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3甲所示．
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．

图3
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．

基本实验要求
1．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．
2．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4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．

图4
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．
(5)测量定值电阻
①根据被测电阻的大约阻值，选择合适的挡位，把两表笔短接，观察指针是否指欧姆表的“0”刻度，若不指欧姆表的“0”刻度，调节欧姆表的调零旋钮，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，观察选择开关所对应的欧姆挡的倍率，用读数乘以倍率，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．
(6)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
两接线柱间正、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

规律方法总结
1．多用电表使用注意事项
(1)表内电源正极接黑表笔，负极接红表笔，但是红表笔插入“＋”孔，黑表笔插入“－”孔，注意电流的实际方向应为“红入”，“黑出”．
(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定位螺丝；欧姆零点是指刻度盘右侧的“0”位置，调整的是欧姆挡的调零旋钮．
(3)由于欧姆挡表盘难以估读，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．
(4)使用多用电表时，手不能接触表笔的金属杆，特别是在测电阻时，更应注意不要用手接触表笔的金属杆．
(5)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．
(6)测电阻时每换一挡必须重新欧姆调零．
(7)使用完毕，选择开关要置于交流电压最高挡或“OFF”挡．长期不用，应把表内电池取出．
2．多用电表对电路故障的检测
高中阶段对电路故障的考查只限于断路和短路两种，且故障一般只有一处．
(1)断路故障的检测方法
①将多用电表拨到电压挡作为电压表使用．
a．将电压表与电源并联，若电压表示数不为零，说明电源良好，若电压表示数为零，说明电源损坏．
b．在电源完好时，再将电压表与外电路的各部分电路并联．若电压表的示数为零，则说明该部分电路完好，若电压表示数等于电源电动势，则说明该部分电路中有断点．
②将电流表串联在电路中，若电流表的示数为零，则说明与电流表串联的部分电路断路．
③用欧姆挡检测
将各元件与电源断开，然后接到红黑表笔间，若有阻值(或有电流)说明元件完好，若电阻无穷大(或无电流)说明此元件断路．
不能用欧姆表检测电源的情况．
(2)短路故障的检测方法
①将电压表与电源并联，若电压表示数为零，说明电源被短路；若电压表示数不为零，则外电路的部分电路不被短路或不完全被短路．
②用电流表检测，串联在电路中的电流表若示数不为零，故障应是短路．

考点一　对多用电表使用的考查
例1　(2011·安徽理综·21(Ⅱ))(1)某同学使用多用电表粗略测量一定值电阻的阻值，先把选择开关旋到“×1 k”挡位，测量时指针偏转如图5所示．请你简述接下来的测量操作过程：

图5
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________；
③________________________________________________________________________；
④测量结束后，将选择开关旋到“OFF”挡．
(2)接下来采用“伏安法”较准确地测量该电阻的阻值，所用实验器材如图6所示．其中电压表内阻约为5 kΩ，电流表内阻约为5 Ω.图中部分电路已经连接好，请完成实验电路的连接．

图6
(3)图7是一个多量程多用电表的简化电路图，测量电流、电压和电阻各有两个量程．当转换开关S旋到位置3时，可用来测量________；当S旋到位置________时，可用来测量电流，其中S旋到位置________时量程较大．

图7
答案　(1)①断开待测电阻，将选择开关旋到“×100”挡；
②将两表笔短接，调整“欧姆调零旋钮”，使指针指向“0 Ω”；
③再接入待测电阻，将指针示数×100，即为待测电阻阻值．
(2)如图所示

(3)电阻　1、2　1
考点二　对多用电表读数的考查
例2　如图8所示为多用电表的刻度盘．若选用倍
率为“×100”的电阻挡测电阻时，表针指示如图
所示，则：(1)所测电阻的阻值为________Ω；如果
要用此多用电表测量一个阻值约为2.0×104 Ω的
电阻，为了使测量结果比较精确，应选用的欧姆挡 图8
是________(选填“×10”、“×100”或“×1 k”)．
(2)用此多用电表进行测量，当选用量程为50 mA的电流挡测量电流时，表针指于图示位置，则所测电流为______mA；当选用量程为250 mA的电流挡测量电流时，表针指于图示位置，则所测电流为________mA.
(3)当选用量程为10 V的电压挡测量电压时，表针也指于图示位置，则所测电压为________ V.
解析　(1)欧姆表读数：对应最上一行刻度值为15，倍率为“×100”，读数为1.5×103 Ω；测2.0×104 Ω电阻时应选“×1 k”的欧姆挡．
(2)选50 mA直流电流挡，则每一大格表示10 mA，每一小格表示1 mA，测量的精确度为1 mA，应估读到0.1 mA(此时为1/10估读)，指针对应的读数为30.8 mA；选择量程为250 mA的电流挡，则每一大格表示50 mA，每一小格表示5 mA，测量的精确度为5 mA，应估读到1 mA(此时为1/5估读)，指针对应的读数为154 mA.
(3)选择10 V电压挡，则每一大格表示2 V，每一小格表示0.2 V，测量的精确度为0.2 V，应估读到0.1 V(此时应为1/2估读)，指针对应的读数为6.2 V.
答案　(1)1.5×103　×1 k　(2)30.8(30.7～30.9都正确)
154　(3)6.2
`
欧姆表刻度盘特点及多用电表读数技巧
　　　 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、0.02、5、0.5时，不用估读到下一位．

考点三　用多用电表检查电路故障
例3　如图9所示是某同学连接的实验实物图，合上开关后，发现A、B灯都不亮．他采用下列两种方法检查故障：

图9
(1)用多用电表的直流电压挡进行检查：
①那么选择开关应置于下列量程的________挡．(用字母序号表示)
A．2.5 V B．10 V C．50 V D．250 V
②在测试a、b间直流电压时，红表笔应接触________．(填a或b)
③该同学测试结果如下表所示，根据测试结果，可以判定故障是________________．(假 设只有下列中的某一项故障)
测试点
a、b
c、b
c、d
d、f
电压表示数
有示数
有示数
无示数
有示数
A.灯A断路 B．灯B短路
C．c、d段断路 D．d、f段断路
(2)用欧姆挡检查：
①测试前，应将开关S________(填“断开”或“闭合”)．
②测量结果如下表所示，由此可以断定故障是___________________________________.
测量点
c、d
d、e
e、f
表针偏转情况

A.灯A断路 B．灯B断路
C．灯A、B都断路 D．d、e间导线断路
解析　(1)①总电动势为6 V，故选10 V量程即可．②红表笔接高电势，即a端．③综合判断：用电器两端有电压为断路，无电压为短路或完好，电源两端无电压为损坏，有电压为完好，故选D.
(2)①测电阻前应断开开关(断开电源)．②c、d间有阻值，说明灯A完好．d、e间无电流(电阻∞)，说明d、e断路．e、f间有阻值，说明B灯完好．选D.
答案　(1)①B　②a　③D　(2)①断开　②D
考点四　电学黑箱的探测
例4　(2012·江苏单科·10)如图10所示的黑箱中有三只完全相同的电学元件，小明使用多用电表对其进行探测．
(1)在使用多用电表前，发现指针不在左边“0”刻度线处，应先调整题图11中多用电表的________(选填“A”、“B”或“C”)．

图10　　　 　　　　图11
(2)在用多用电表的直流电压挡探测黑箱a、b接点间是否存在电源时，一表笔接a，另一表笔应________(选填“短暂”或“持续”)接b，同时观察指针偏转情况．
(3)在判定黑箱中无电源后，将选择开关旋至“×1”挡，调节好多用电表，测量各接点间的阻值．测量中发现，每对接点间正反向阻值均相等，测量记录如下表．两表笔分别接a、b时，多用电表的示数如图所示．
请将记录表补充完整，并画出一种可能的电路.
两表笔接的接点
多用电表的示数
a、b
________Ω
a、c
10.0 Ω
b、c
15.0 Ω
解析　(1)多用电表使用前应进行机械调零，机械调零装置为A.
(2)使用多用电表进行测量时，为保证电表不被损坏往往要进行试触，即让两表笔进行短暂接触，观察指针偏转情况，若持续接触则有可能损坏电表．
(3)黑箱中无电源且每对接点间正反阻值相等，由多用电表读数可知所缺数据为5.0 Ω，由a、b间电阻为5.0 Ω，a、c间为10.0 Ω，b、c间为15.0 Ω知，电路为a、b间5.0 Ω的电阻与a、c间10.0 Ω的电阻串联而成，电路图如图所示．

答案　(1)A　(2)短暂　(3)5.0　电路图见解析图

1．用多用电表进行了几次测量，指针分别处于a、b的位置，如图12所示．若多用电表的选择开关处于表格中所指的挡位，a和b的相应读数是多少？请填在表格中．

图12
指针位置
选择开关所处挡位
读数
a
直流电流100 mA
________mA
直流电压2.5 V
________ V
b
电阻×100
________Ω
答案　23.0　0.57　320
解析　在读电压和电流时，要注意估读，而在读电阻时不用估读．
2．多用电表表头的示意图如图13所示．在正确操作的情况下：

图13
(1)若选择开关的位置如a箭头所示，则测量的物理量是________，测量结果为________．
(2)若选择开关的位置如b箭头所示，则测量的物理量是________，测量结果为________．
(3)若选择开关的位置如c箭头所示，则测量的物理量是________，测量结果为________．
(4)若选择开关的位置如c箭头所示，正确操作后发现指针的偏转角很小，那么接下来的正确操作步骤应该依次为：________，________，________.
(5)全部测量结束后，应把选择开关拨到______或者______．
(6)无论用多用电表进行何种测量(限于直流)，电流都应该从______色表笔经______插孔流入电表．
答案　(1)直流电压　1.20 V　(2)直流电流　48 mA
(3)电阻　1.6 kΩ　(4)改用“×1 k”倍率　重新欧姆调零　测量、读数　(5)OFF挡　交流电压最高挡　(6)红　正
3．(1)用多用电表的欧姆挡测量阻值约为几十千欧的电阻Rx，以下给出的最可能的实现操作步骤，其中S为选择开关，P为欧姆挡调零旋钮．把你认为正确步骤前的字母按合理的顺序填写在下面的横线上________．
a．将两表笔短接，调节P使指针对准刻度盘上欧姆挡的0刻度，断开两表笔
b．将两表笔分别连接到被测电阻的两端，读出Rx的阻值后，断开两表笔
c．旋转S使其尖端对准欧姆挡×1 k
d．旋转S使其尖端对准欧姆挡×100
e．旋转S使其尖端对准交流500 V挡，并拔出两表笔
根据如图14所示指针位置，此时被测电阻的阻值约为________ Ω.

图14
(2)下述关于用多用表欧姆挡测电阻的说法中正确的是 (　　)
A．测量电阻时，如果指针偏转过大，应将选择开关S拨至倍率较小的挡位，重新调零后测量
B．测量电阻时，如果红、黑表笔分别插在负、正插孔，则会影响测量结果
C．测量电路中的某个电阻，应该把该电阻与电路断开
D．测量阻值不同的电阻时，都必须重新调零
答案　(1)c、a、b、e　30 k　(2)AC
解析　(1)题目中要求测量几十千欧的电阻，所以应该选择×1 k的欧姆挡，再进行欧姆调零，然后进行测量，最后将S旋至指向交流500 V挡，拔出表笔，所以顺序为c、a、b、e.根据欧姆表的读数原理，可以得出欧姆表的读数为30 kΩ.
(2)指针偏角过大，说明电阻较小，所以应选择倍率较小的挡位，A项正确；电阻的阻值与电流的流向无关，所以红、黑表笔接反，不影响测量结果，B项错误；不将被测电阻与外电路断开，流经欧姆表的电流会影响读数甚至烧毁器材，C项正确；只要不换挡位，就不用重新调零，D项错误．
4．(2012·全国·22)在黑箱内有一由四个阻值相同的电阻构成的串并联电路，黑箱面板上有三个接线柱1、2和3.用欧姆表测得1、2接线柱之间的电阻为1 Ω，2、3接线柱之间的电阻为1.5 Ω，1、3接线柱之间的电阻为2.5 Ω.
(1)在图15所示的虚线框中画出黑箱中的电阻连接方式；

图15
(2)如果将1、3接线柱用导线连接起来，1、2接线柱之间的电阻为________Ω.
答案　(1)见解析图　(2)0.6
解析　(1)根据已知1、2间电阻为1 Ω，2、3间电阻为1.5 Ω,1、3间电阻为2.5 Ω，可画出电阻的连接方式如下：

(2)若将1、3接线柱用导线连接起来，则等效电路图为：

故R12＝ Ω＝0.6 Ω.
5．某班同学在做“练习使用多用电表”的实验．
(1)某同学用多用电表的欧姆挡测量电阻Rx的阻值，当选择开关置于欧姆挡“×100”的位置时，多用电表指针示数如图16所示，此被测电阻的阻值约为________Ω.

图16
(2)某同学按如图17所示的电路图连接元件后，闭合开关S，发现A、B灯都不亮．该同学用多用电表的欧姆挡检查电路的故障．检查前，应将开关S________.(填“闭合”或“断开”)

图17
(3)若(2)中同学检查结果如下表所示，由此可以确定 (　　)
测试点
b、f
b、e
b、d
d、e
多用电表示数
无穷大
无穷大
500 Ω
无穷大
A.灯A断路 B．灯B断路
C．灯A、B都断路 D．d、e间导线断路
答案　(1)2.6 k(或2.6×103　2 600)　(2)断开　(3)D
解析　(1)欧姆表测电阻的测量值等于读数乘以倍率．
(2)用欧姆挡检查电路需将电路断开．
(3)b、f之间电阻无穷大说明b、f间有断路，b、e之间电阻无穷大说明b、e间有断路，d、e之间电阻无穷大说明d、e间有断路，b、d间电阻有一定的数值，说明b、d间没有断路，所以断路在d、e之间．
6．实验室新进了一批低电阻的电磁螺线管，课外活动小组的同学设计了一个试验来测量螺线管的电阻．他们选择了多用电表、电流表、电压表、开关、滑动变阻器、导线和学生电源等．
(1)他们使用多用电表粗测螺线管金属丝的电阻，操作过程分以下三个步骤：
①将红表笔插入多用电表的________(正、负)插孔、黑表笔插入多用电表的________(正、负)插孔；选择电阻挡“×1”；
②________________________________________________________________________；
③把红、黑表笔分别与螺线管金属丝的两端相接，多用电表的示数如图18所示，读数为________Ω.

图18
(2)根据多用电表示数，为了减小实验误差，并在实验中获得较大的电压调节范围，应从下图中的A、B、C、D四个电路中选择________电路来测量金属丝电阻．

(3)他们正确连接电路，接通电源后，调节滑动变阻器，发现电流始终无示数．请设计一种方案，利用多用电表检查电路故障并写出判断依据．(只需写出简要步骤)
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
答案　(1)①正　负　②将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮使指针指在电阻为零处　③4　(2)D　(3)见解析
解析　(1)①将红、黑表笔分别插入多用电表的“＋”、“－”插孔；选择电阻挡“×1”；
②将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮使指针指在电阻为零处；
③读数为4 Ω.
(2)滑动变阻器应选用分压式接法，由于金属丝电阻较小，因此应采用电流表外接法．故选D.
(3)使用多用电表的电压挡位，接通电源，逐个测量各元件、导线上的电压，若电压等于电源电压，说明与多用电表并联的元件或导线有断路故障．或使用多用电表的电阻挡位，断开电路或拆下元件、导线，逐个测量各元件、导线上的电阻，若电阻为无穷大，说明该元件或导线有断路故障．

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