第十章 实验十二 用多用电表测量电学中的物理量（教师用书word）-【步步高】2024年高考物理大一轮复习讲义（ 人教版 浙江专用第二版）

实验十二　用多用电表测量电学中的物理量 目标要求　1.了解多用电表的构造和工作原理.2.会用多用电表测量电压、电流.3.测量定值电阻和判断二极管的正负极.4.会用多用电表进行简单的电路故障分析． 实验技能储备 1．认识多用电表 (1)多用电表可以用来测量电流、电压、电阻等，并且每一种测量项目都有几个量程． (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． 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)． 2．用多用电表测量小灯泡的电压和电流 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．红表笔接电势高(填“高”或“低”)的点． 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．此时电流从红色表笔流入电表． 3．用多用电表测定值电阻的阻值 (1)原理 电路图 I与Rx的对应关系 相当于待测电阻Rx＝0，调节R使I＝Ig＝，此时指针指在Ig处(RΩ＝Rg＋r＋R) 相当于待测电阻Rx＝∞，此时I＝0，指针不偏转 待测电阻为Rx，I＝，指针指到某确定位置，此时Rx＝－RΩ 刻度特点 表头电流满偏Ig处，对应欧姆表零刻度(最右侧) 表头电流I＝0处，对应欧姆表∞刻度(最左侧) 表头电流I与电阻Rx一一对应，但不是线性关系，表盘刻度不均匀 (2)注意：①黑表笔与电源的正极连接，红表笔与电源的负极连接，电流方向为“红进黑出”． ②当多用电表指针指在中央时＝，知中值电阻R中＝RΩ. (3)测量步骤 ①估测待测电阻阻值，选择合适的量程． ②欧姆调零． ③将被测电阻接在红黑表笔之间． ④读数：指针示数乘以倍率． ⑤使用完毕：选择开关置于“OFF”挡，长期不用应取出电池． (4)注意事项 ①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，机械调零对应的是表盘下边中间的指针定位螺丝；欧姆零点是指刻度盘右侧的“0”位置，欧姆调零对应的是欧姆调零旋钮． ②使指针指在中值附近，否则换挡． ③测电阻时每换一次挡必须重新欧姆调零． ④手不能接触表笔的金属杆． ⑤测量电阻时待测电阻要与其他元件和电源断开． 4．用多用电表测二极管的正、反向电阻 (1)认识二极管：晶体二极管由半导体材料制成，它的符号如图所示，左端为正极，右端为负极． 特点：当给二极管加正向电压时电阻很小，当给二极管加反向电压时电阻很大． (2)用欧姆挡判断二极管的正负极 将多用电表欧姆挡调零之后，若多用电表指针偏角很大，则黑表笔接触二极管的正极，红表笔接触二极管的负极(如图甲)；若多用电表指针偏角很小，则黑表笔接触二极管的负极，红表笔接触二极管的正极(如图乙)． 5．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 考点一　教材原型实验 考向1　多用电表原理 例1　(2023·浙江Z20名校联盟联考)某同学想制作一个简易多用电表．实验室中可供选择的器材有： 电流表G1：量程为0～200 μA，内阻为500 Ω 定值电阻R1：阻值为125 Ω 定值电阻R2：阻值为2.9 kΩ 滑动变阻器R3：最大阻值为5 kΩ 直流电源：电动势为1.5 V，内阻为0.5 Ω 红、黑表笔各一支，开关，单刀多向开关，导线若干 该同学打算用电流表G1表头，利用所给器材，该同学设计了如图所示的多用电表内部电路图，请回答下列问题： (1)图中A接线柱与________(选填“红”或“黑”)表笔相连接； (2)若测量电压，则其量程为________ V； (3)欧姆挡刻度盘的倍率设为“×100”，中央刻度值应标注数字为________； (4)若欧姆表的刻度盘按题(3)标度，实际由于电池老化电动势下降为1.4 V，欧姆表仍可调零，正确操作后测得某一电阻阻值为2 kΩ，则待测电阻的真实阻值________(选填“大于”“等于”或“小于”)2 kΩ. 答案　(1) 红　(2)3　(3)15　(4)小于 解析　(1)多用电表电流方向统一为“红进黑出”，结合欧姆表内部电源的正、负极可知，黑表笔与电源正极相连，红表笔与电源负极相连，故A接线柱与红表笔连接． (2)若测量电压，电流表应串联一个大电阻，开关S接3；电流表G1和R1改装成的电流表量程为I＝(200×10－6＋) A＝1 mA，内阻为r＝ Ω＝100 Ω 若测量电压，其量程为U＝I(R2＋r)＝1×10－3×(2 900＋100) V＝3 V (3)根据欧姆表原理，由中央刻度与欧姆表内阻的关系可知，RΩ＝＝ Ω＝1 500 Ω 因设置倍率为“×100”，所以标注刻度值为15. (4)电池老化电动势下降为1.4 V，欧姆表仍可调零，即电流表G1满偏电流不变，欧姆表内阻变小，则中值电阻变小，则待测电阻的真实阻值小于2 kΩ. 考向2　欧姆表的使用 例2　(2023·浙江绍兴市模拟)某实验小组练习使用多用电表测电压表的内阻和多用电表电池的电动势．电压表量程为0～10 V，内阻未知．如图甲所示为一多用电表，其中多用电表上的三个重要部件分别用字母a、b、c标记．测量电压表内阻时操作过程如下． (1)在测量前，首先进行的操作应是机械调零，需要调节部件________(填“a”“b”或“c”)，使多用电表的指针指在表盘最________(填“左”或“右”)端的零刻度线位置； (2)测电压表内阻时，将选择开关置于“×100”挡，发现指针偏转角度过小，则该同学应将选择开关置于________(选填“×1”“×10”或“×1k”)挡； (3)选择合适的挡位后，该同学先将红、黑表笔短接调零，再选用图乙中________(填“A”或“B”)方式连接，选择正确方式后，多用电表和电压表示数分别如图丙、丁所示，该同学读出多用电表的示数为________Ω，电压表的示数为________ V，已知多用电表表盘刻度中间值为15，则多用电表电池的电动势为________ V. 答案　(1)a　左　(2)×1k　(3)A　4.0×104 5．0　6.875 解析　(1)多用电表使用前要进行机械调零，需要调节部件a使指针指向表盘最左端的零刻度线处． (2)指针偏转角度过小，说明所测电压表内阻阻值大，应换用高倍率挡位，故选择“×1k”挡位． (3)电流从红表笔流入多用电表，从黑表笔流出，电流从电压表的正接线柱流入电压表，从电压表的负接线柱流出，故A方式正确；由读数规则可知，多用电表欧姆挡读数为40 kΩ，电压表读数为5.0 V，此时多用电表内阻阻值等于表盘刻度中间值对应阻值，为r＝15 kΩ，根据闭合电路欧姆定律有E＝Ir＋U＝r＋U＝ V＝6.875 V. 考向3　使用多用电表测量二极管 例3　钱华同学的爸爸是电气工程师，钱华经常看到爸爸用多用电表进行一些测量．钱华在高中物理课堂上学习了多用电表的用法之后，爸爸给他出了一道题目，让他通过测量找到发光二极管的负极． (1)钱华同学做了如下两步具体的操作：第一，将多用电表选择开关旋转到电阻挡的“×1”挡，经过________之后，他把红表笔接在二极管的短管脚上，把黑表笔接在二极管的长管脚上，发现二极管发出了耀眼的白光；然后他将两表笔的位置互换以后，发现二极管不发光．这说明二极管的负极是______(选填“长管脚”或“短管脚”)所连接的一极． (2)钱华同学的好奇心一下子就被激发起来了，他琢磨了一下，然后又依次用多用电表电阻挡的“×1”挡、“×10”挡、“×100”挡、“×1k”挡分别进行了二极管导通状态的准确的测量(多用电表内部电源电动势不变)，他发现二极管发光的亮度越来越________(选填“大”或“小”)，请帮助他分析一下具体的原因：__________________________________________ _______________________________________________________________________________. 答案　(1)欧姆调零　短管脚　(2)小　原因见解析 解析　(1)在测量电阻时，选择挡位后首先要进行欧姆调零；二极管发光时处于正向导通状态，因为黑表笔所接的长管脚为二极管的正极，故短管脚为负极． (2)从“×1”挡、“×10”挡、“×100”挡到“×1k”挡，多用电表的内阻越来越大，根据闭合电路欧姆定律I＝可知，通过二极管的电流越来越小，根据P＝I2R可知二极管的亮度越来越小． 考点二　用多用电表判断电路故障 例4　在如图甲所示的电路中，四节干电池串联，小灯泡A、B的规格均为“3.8 V　0.3 A”.合上开关S后，无论怎样移动滑片，A、B灯都不亮． (1)用多用电表的直流电压挡检查故障： ①选择开关置于下列量程的________挡较为合适；(用字母序号表示) A．2.5 V B．10 V C．50 V D．250 V ②测得c、d间电压约为5.8 V，e、f间电压为0，则故障是________． A．A灯丝断开 B．B灯丝断开 C．d、e间连线断开 D．B灯短路 (2)接着用欧姆表的“×1”挡测电阻，欧姆表经过“欧姆调零”， ①测试前，一定要将电路中的开关S________； ②测c、d间和e、f间电阻时，某次测量结果如图乙所示，读数为________ Ω，此时测量的是________间电阻，根据小灯泡的规格计算出的电阻为________ Ω，它不等于测量值，原因是_____________________________________________________________________________. 答案　(1)①B　②A　(2)①断开　②6　e、f 12．7　温度高时灯丝电阻率大，计算出的电阻是灯丝温度高时的电阻(或测量出的电阻是常温下灯丝的电阻) 解析　(1)①因为电源的电动势大约为6 V，要使电压挡选择的量程安全以及准确，则选择开关应选择10 V的量程，故B正确；②测得c、d间电压约为5.8 V，接近电源电动势，e、f间电压为0，可知灯泡A断路，故A正确． (2)①用欧姆表测量电阻时，开关应断开，使得待测电阻与电源不相连．②欧姆表的读数为6×1 Ω＝6 Ω，因为c、d间断路，知测量的是e、f间的电阻．根据R＝得，小灯泡正常发光时的电阻为R＝ Ω≈12.7 Ω.它不等于测量值，原因是温度高时灯丝电阻率大，计算出的电阻是灯丝温度高时的电阻(或测量出的电阻是常温下灯丝的电阻)． 考点三　探索创新实验 例5　(2019·全国卷Ⅲ·23)某同学欲将内阻为98.5 Ω、量程为100 μA的电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准，要求改装后欧姆表的15 kΩ刻度正好对应电流表表盘的50 μA刻度．可选用的器材还有：定值电阻R0(阻值14 kΩ)，滑动变阻器R1(最大阻值1 500 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值500 Ω)，电阻箱(0～99 999.9 Ω)，干电池(E＝1.5 V，r＝1.5 Ω)，红、黑表笔和导线若干． (1)欧姆表设计 将图(a)中的实物连线组成欧姆表．欧姆表改装好后，滑动变阻器R接入电路的电阻应为________ Ω；滑动变阻器选________(填“R1”或“R2”)． (2)刻度欧姆表表盘 通过计算，对整个表盘进行电阻刻度，如图(b)所示．表盘上a、b处的电流刻度分别为25和75，则a、b处的电阻刻度分别为________、________. (3)校准 红、黑表笔短接，调节滑动变阻器，使欧姆表指针指向________ kΩ处；将红、黑表笔与电阻箱连接，记录多组电阻箱接入电路的电阻值及欧姆表上对应的测量值，完成校准数据测量．若校准某刻度时，电阻箱旋钮位置如图(c)所示，则电阻箱接入的阻值为________ Ω. 答案　(1)如图所示　900　R1 (2)45　5　(3)0　35 000.0 解析　(1)由题知当两表笔间接入15 kΩ的电阻时，电流表示数为50 μA，由闭合电路欧姆定律有＝，代入数据解得R＝900 Ω，所以滑动变阻器选择R1. (2)欧姆表的内阻Rg′＝Rg＋r＋R0＋R＝15 kΩ，当电流为25 μA时，有＝，可得Rx′＝45 kΩ；当电流为75 μA时，有＝，可得Rx″＝5 kΩ. (3)红、黑表笔短接，调节滑动变阻器，使欧姆表指针指向0 kΩ处．题图中电阻箱读数为35 000.0 Ω. 课时精练 1．某实验小组在练习使用多用电表时，他们正确连接好电路如图甲所示．闭合开关S后，发现无论如何调节电阻箱R0，灯泡都不亮，电流表无示数，他们判断电路可能出现故障．经小组讨论后，他们尝试用多用电表的欧姆挡来检测电路．已知保护电阻R＝15 Ω，电流表量程为0～50 mA.操作步骤如下： ①将多用电表挡位调到欧姆×1挡，再将红、黑表笔短接，进行欧姆调零； ②断开图甲电路开关S，将多用电表两表笔分别接在a、c上，多用电表的指针不偏转； ③将多用电表两表笔分别接在b、c上，多用电表的示数如图乙所示； ④将多用电表两表笔分别接在c、e上，调节R0＝20 Ω时，多用电表示数如图丙所示，电流表的示数如图丁所示． 回答下列问题： (1)图丙中的多用电表示数为________ Ω；图丁中的电流表示数为________ mA. (2)操作步骤④中，多用电表红表笔应接________(选填“c”或“e”)点． (3)电路的故障可能是________． A．灯泡短路 B．灯泡断路 C．保护电阻R短路 D．保护电阻R断路 (4)根据以上实验得出的数据，还可以计算出多用电表内部电源的电动势E′＝________ V(结果保留三位有效数字)． 答案　(1)24　38.0　(2)e　(3)B　(4)1.48 解析　(1)欧姆表的示数为24×1 Ω＝24 Ω，电流表的最小分度是1 mA，需估读到0.1 mA，所以题图丁中的电流表示数为38.0 mA. (2)根据电流必须从电流表的正接线柱流入，电流从欧姆表的红表笔流入，黑表笔流出，电路中电流经过电流表的方向为d→e，则操作步骤④中，多用电表黑表笔应接c点，红表笔应接e点． (3)将多用电表两表笔分别接在a、c上，多用电表的指针不偏转，说明a、c间有断路．将多用电表两表笔分别接在b、c上，多用电表的示数不为零，所以电路的故障是灯泡断路． (4)操作步骤③中多用电表指针正好指在中间刻度，根据欧姆表的中值电阻等于其内阻，知欧姆表的内阻为R欧＝15 Ω.根据闭合电路欧姆定律得I＝，又R0＋RmA＝24 Ω，故E′＝I(R0＋RmA＋R欧)＝38.0×10－3×(24＋15) V≈1.48 V. 2．(2023·福建泉州市质检)某同学利用多用电表的欧姆挡进行实验研究．欧姆挡所用电池的电动势为9 V，刻度盘中央刻度值为“15”，选择旋钮打在“×1 k”挡． (1)该同学用欧姆挡测量某一量程为15 V的电压表内阻． ①指针指在图甲所示位置，此测量值为________ kΩ；查阅资料发现该电压表内阻真实值为15 kΩ，测量值与真实值偏差较大，可能原因是该同学未进行欧姆调零就直接测量，若此时把两表笔短接，则指针应指在欧姆挡零刻度线的________侧(选填“左”或“右”)． ②进行欧姆调零后再测量，多用电表指针恰好指在“15”刻度线，此时电压表示数为________ V(结果保留2位有效数字)． (2)该同学接着用欧姆挡探测只有一个元件的黑箱，如图乙所示，当两表笔接触黑箱接线柱a、b时，发现电表指针快速摆向右边后再摆回最左边刻度线，则该元件可能是________． A．电阻 B．电感线圈 C．电容器 D．二极管 答案　(1)①25　左　②4.5　(2)C 解析　(1)①指针指在题图甲所示位置，此测量值为25 kΩ；查阅资料发现该电压表内阻真实值为15 kΩ，测量值与真实值偏差较大，可能原因是该同学未进行欧姆调零就直接测量，若此时把两表笔短接，则指针应指在欧姆挡零刻度线的左侧． ②进行欧姆调零后再测量，多用电表指针恰好指在“15”刻度线，即电压表的内阻等于欧姆表的中值电阻，即电压表的内阻等于欧姆表的内阻，则此时电压表示数为欧姆表内电源电动势的一半，即4.5 V. (2)当两表笔接触黑箱接线柱a、b时，发现电表指针快速摆向右边后再摆回最左边刻度线，即电路接通后电流又逐渐变为零，则该元件可能是电容器，电路接通后先充电，充电结束后电路中电流为零，故C正确． 3．某实验小组设计了如图(a)所示的欧姆表电路，仅用一节干电池通过控制开关S，就可使“欧姆表”具有“×10”和“×100”两种倍率．电路中使用的实验器材如下： 干电池：电动势E＝1.5 V，内阻r＝1 Ω； 毫安表：满偏电流Ig＝1 mA，内阻Rg＝125 Ω； 滑动变阻器R0，阻值调节范围足够大； 定值电阻R1、R2和R3，其中R1＝1 000 Ω； 开关S，红、黑表笔各一支，导线若干． (1)按照图(a)连接好电路，表笔1为________(选填“红”或“黑”)表笔． (2)当开关S断开时，将两表笔短接，调节滑动变阻器R0, 使电流表达到满偏，此时R0＝________ Ω，“欧姆表”的倍率是________________(选填“×10”或“×100”)． (3)闭合开关S使“欧姆表”倍率改变，电阻R2＝__________ Ω.将两表笔短接，调节滑动变阻器R0，使电流表达到满偏． (4)保持开关闭合，在表笔间接入电阻R3(图中未画出)，电流表指针指向图(b)所示的位置时，电阻R3＝________ Ω. 答案　(1)红　(2)374　×100　(3)125　(4)225 解析　(1)按照多用电表使用规则，欧姆表内电路的电源负极应与红表笔相接，即表笔1为红表笔． (2)当开关S断开时，由闭合电路欧姆定律得 ＝r＋Rg＋R1＋R0，解得R0＝374 Ω. 开关S闭合后，电流表满偏时干路电流变大，欧姆表内阻变小，中值电阻变小，欧姆表的倍率变小，故开关S闭合时，欧姆表的倍率是小倍率，开关S断开时的倍率是大倍率，故填“×100”． (3)闭合开关S，倍率为原来的，干路电流最大值应为原来的10倍，则I2＝9 mA，故有＝，解得R2＝125 Ω. (4)由题图(b)可知此时毫安表读数为0.40 mA，则干路电流为4.0 mA，电路总电阻为375 Ω，而欧姆表此倍率的内阻为＝150 Ω，则可知R3＝225 Ω. 4．(2023·浙江温州市模拟)(1)某同学用多用电表来粗测小灯泡的电阻，用欧姆表“×1”挡进行正确测量，指针位置如图甲所示，则小灯泡的阻值约为________ Ω. (2)测完灯泡电阻后，该同学想利用实验来测欧姆表“×1”挡的电源电动势(约为3 V)，所用实验器材和部分连线如图乙所示． ①请在图乙中完成实验电路连线． ②实验前欧姆表________(填“需要”或“不需要”)欧姆调零． ③某次测量时，电压表指针偏转位置如图丙所示，则此次电压表读数为________ V. ④根据实验数据作出U－I图像如图丁所示，则欧姆表电源的电动势E＝________ V(结果保留2位有效数字)． 答案　(1)12　(2)①见解析图　②不需要　③1.90　④2.9 解析　(1)由题图甲知，小灯泡的阻值约为12 Ω. (2)①电源电动势约为3 V，故电压表量程选0～3 V，又红表笔与电表负极相连，则电路连接如图所示． ②实验要测的是欧姆表“×1”挡的电源电动势，设电动势为E，电压表示数为U，毫安表示数为I，由闭合电路欧姆定律有U＝E－Ir内，可以测出电动势和欧姆表内阻，如果不进行欧姆调零，只是影响测量内电阻，但不影响测量电源电动势． ③电压表量程为0～3 V，故读数为1.90 V. ④把U－I图线延长与坐标轴相交，图线与纵轴交点的纵坐标表示欧姆表电源的电动势，为E＝2.9 V. 5．(2023·浙江省模拟)多用电表是实验室中常用的测量仪器，如图甲所示为多量程多用电表示意图． 通过一个单刀多掷开关S，接线柱B可以分别与触点1、2、3、4、5接通，从而实现使用多用电表测量不同物理量的功能．图中的E是电池的电动势，R3是电池内阻，R6是欧姆调零电阻，A、B分别与黑、红表笔相接．R1、R2、R4、R5都是定值电阻，表头G的满偏电流为20 mA，内阻为Rg.已知R1＋R2＝4Rg，R4＝360 Ω，R5＝1 600 Ω. (1)关于此多用电表，下列说法正确的是________； A．图中B是红表笔 B．当S接触点1或2时，多用电表处于测量电流的挡位，且接1时的量程比接2时大 C．当S接触点3时，多用电表处于测量电阻的挡位，倍率越大，滑动变阻器接入电路的阻值越大 D．当S接触点4、5时，多用电表处于测量电压的挡位，且接4比接5时量程大 (2)该学习小组将“B”端与“3”相接，将A、B表笔短接，调节R6.进行欧姆调零后测量未知电阻．得到通过表头G的电流与被测未知电阻的关系如图乙所示，由此可知多用电表中电池的电动势E＝________ V(计算结果保留三位有效数字)．通过分析可知该小组使用多用电表的________(填“×1”“×10”或“×1k”)倍率的欧姆挡进行测量未知电阻． (3)实验小组用多用电表测量电源的电动势和内阻．器材有：待测电源(电动势约为8 V), 定值电阻R0＝8.0 Ω，多用电表一只，电阻箱一只，连接实物如图丙所示，测得并记录多组数据后，得到对应的－图，如图丁所示，则内阻r＝________ Ω(结果保留三位有效数字)． 答案　(1)ABC　(2)3.75　×10　(3)1.00 解析　(2)“B”端与“3”相接时，由 IgRg＝(I－Ig)(R1＋R2)，R1＋R2＝4Rg， 可得I＝Ig， 根据闭合电路欧姆定律有I＝， 可得Ig＝， 结合题图乙解得R内＝150 Ω，E＝3.75 V 通过分析可知欧姆表中值电阻为150 Ω，则该小组使用多用电表的“×10”倍率的欧姆挡进行测量未知电阻． (3)根据题图丁和闭合电路欧姆定律可知 E＝U＋(R0＋r) 整理可得，＝＋· 结合图像的截距和斜率可知 b＝＝0.12 V－1，k＝＝1.08 Ω·V－1 解得r＝1.00 Ω. 学科网（北京）股份有限公司 $$