第十章 第6课时 实验十三：用多用电表测量电学中的物理量（教师用书word）-【步步高】2025年高考物理大一轮复习讲义（人教版 广东专用）

第6课时　实验十三：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.学会用多用电表测量电压、电流。3.学会用多用电表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。 考点一　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、电阻等物理量，并且每一种测量项目都有几个量程。 (2)外形如图所示：上半部分为刻度显示盘，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)原理图： 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(选填“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＝，此时指针指在满偏电流Ig处(欧姆表内阻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 两点说明：(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＝，故中值电阻R中＝RΩ。 (2)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。 (3)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，机械调零调节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，欧姆调零调节的是欧姆调零旋钮。 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)。 例1　(2022·广东惠州市一模)某同学想利用多用电表欧姆挡测量电压表内阻，所选用电压表有3 V和15 V两个量程。 (1)测量电压表3 V量程的内阻 ①先对多用电表进行机械调零，再将选择开关旋至欧姆挡“×100 Ω”倍率处，短接两表笔，进行________；测量时，电压表的“―”极连接多用电表的________(填“红表笔”或“黑表笔”)； ②测量时欧姆表的指针如图，则电压表3 V量程的内阻为________。 (2)电压表15 V量程和3 V量程由同一个表头改装的，则可推算出15 V量程的内阻等于________。 (3)若该多用电表欧姆挡可选用电动势为“1.5 V”或“9 V”两个规格的干电池，根据欧姆表盘及电压表示数，可以推断选择“×100 Ω”倍率时所用干电池电动势为________ V。 答案　(1)①欧姆调零　红表笔　②3 000 Ω　(2)15 000 Ω　(3)1.5 解析　(1)①先对多用电表进行机械调零，再将选择开关旋至欧姆挡“×100 Ω”倍率处，短接两表笔，进行欧姆调零。 测量时，欧姆表的黑表笔接多用电表电源的正极，则电压表的“―”极连接多用电表的红表笔。 ②电压表3 V量程的内阻为RV＝30×100 Ω＝3 000 Ω (2)由串联分压＝ 15 V量程的内阻等于R＝＝ Ω＝15 000 Ω (3)选择“×100 Ω”倍率时所用干电池电动势为 E＝U＋R中＝1 V＋×1 500 V＝1.5 V 例2　(2022·湖南卷·12)小梦同学自制了一个两挡位(“×1”“×10”)的欧姆表，其内部结构如图所示，R0为调零电阻(最大阻值为R0m)，Rs、Rm、Rn为定值电阻(Rs＋R0m<Rm<Rn)，电流计G的内阻为RG(Rs≪RG)。用此欧姆表测量一待测电阻的阻值，回答下列问题： (1)短接①②，将单刀双掷开关S与m接通，电流计G示数为Im；保持电阻R0滑片位置不变，将单刀双掷开关S与n接通，电流计G示数变为In，则Im________In(选填“大于”或“小于”)； (2)将单刀双掷开关S与n接通，此时欧姆表的挡位为________(选填“×1”或“×10”)； (3)若从“×1”挡位换成“×10”挡位，调整欧姆零点(欧姆零点在电流计G满偏刻度处)时，调零电阻R0的滑片应该________调节(选填“向上”或“向下”)； (4)在“×10”挡位调整欧姆零点后，在①②间接入阻值为100 Ω的定值电阻R1，稳定后电流计G的指针偏转到满偏刻度的；取走R1，在①②间接入待测电阻Rx，稳定后电流计G的指针偏转到满偏刻度的，则Rx＝________ Ω。 答案　(1)大于　(2)×10　(3)向上　(4)400 解析　(1)根据题意可知Rm<Rn，所以开关拨向m时电路的总电阻小于开关拨向n时电路的总电阻，电源电动势E不变，根据I＝可知Im>In； (2)当开关S拨向n时，全电路的总电阻较大，中值电阻较大，能够接入待测电阻的阻值也更大，所以开关S拨向n时对应欧姆表的挡位倍率较大，即×10； (3)从“×1”挡位换成“×10”挡位，即开关S从m拨向n，全电路电阻增大，干路电流减小，①②短接时，为了使电流表满偏，则需要增大通过电流计G所在支路的电流，所以需要将R0的滑片向上调节； (4)在“×10”挡位，电路图结构简化如图所示 当①②短接时，全电路的总电阻为 R＝Rn＋ 通过干路的电流为I＝ 电流计满偏，根据并联电路中电流之比等于电阻反比可知＝ 当①②之间接入R1＝100 Ω时，全电路总电阻为R＋R1，通过干路的电流为I1＝ 电流计偏转了量程的，则有＝ 解得R＝2R1＝200 Ω 当①②之间接入Rx时，全电路总电阻为Rx＋R，通过干路的电流为Ix＝ 电流计偏转了量程的，则有＝，解得Rx＝400 Ω。 例3　某同学利用多用电表的欧姆挡测量未知电阻阻值以及判断二极管的正负极。 (1)他选择“×100”倍率的欧姆挡按照正确的步骤测量未知电阻时，发现表针偏转角度很小，如图甲中虚线①的位置所示。为了能获得更准确的测量数据，他应该将倍率调整到________(选填“×10”或“×1 k”)的挡位；并把两支表笔直接接触，进行“欧姆调零”，调整好此挡位的欧姆表后再正确测量上述未知电阻，若表针指在如图甲中虚线②的位置，则未知电阻的测量值为________ Ω。 (2)若用已调好的多用电表欧姆挡“×100”挡来探测一只完好的二极管的正、负极(如图乙所示)。当两表笔分别接二极管的正、负极时，发现表针指在如图甲中的虚线①的位置，此时红表笔接触的是二极管的________极(选填“正”或“负”)。 答案　(1)×1 k　13 000　(2)正 解析　(1)表针偏转角度很小说明所测电阻阻值较大，要换较大挡位“×1 k”； 欧姆表的读数为指针所指刻度乘以倍率，所以未知电阻的阻值为13×1 kΩ＝13 000 Ω (2)二极管具有单向导电性，表针指在如题图甲中的虚线①的位置，说明此时二极管电阻很大，电流是从二极管的负极流向正极，由于黑表笔接欧姆表内置电源的正极，红表笔接内置电源负极，所以此时红表笔接触的是二极管的正极。 考点二　欧姆表检测电路故障 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； 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(只有一处)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)。 课时精练 1．用多用电表测量某一电阻： (1)将选择开关旋转到欧姆挡的“×10”挡，指针指在图中a位置。为减小测量误差，应当将选择开关旋转到__________(选填“×1”“×100”或“×1 k”)挡位置。 (2)接下来的实验操作步骤为__________(请按操作顺序写出)。 A．将红表笔和黑表笔接到待测电阻两端 B．将红表笔和黑表笔短接 C．调节欧姆调零旋钮使指针指向欧姆零点 D．调节欧姆调零旋钮使指针指向电流的0刻度线 (3)经以上正确操作后指针指在图中b位置，则该电阻的测量值为__________ Ω。 (4)该同学想进行如图所示的操作，下列说法正确的是__________。 A．图甲中将选择开关旋转到直流电压挡，选择合适量程可测量小灯泡两端电压 B．图乙中将选择开关旋转到直流电流挡，选择合适量程可测量流经小灯泡的电流 C．图丙中将选择开关旋转到欧姆挡，选择合适量程可测量闭合电路中小灯泡的电阻 D．图丁中将选择开关旋转到欧姆挡，选择合适量程可观察到此时欧姆表示数很小 (5)该同学在实验室找到一个10 000 μF的电容器，他认为电容器由彼此绝缘的两个电极板构成，当欧姆表两个表笔分别与电容器的两电极相连时，欧姆表的指针不会发生偏转。该同学选用欧姆表的“×10”挡，将红、黑两表笔分别与该电容器的两电极相连，准备验证自己的想法。请你分析该同学会看到什么现象，并说明依据。_________________________ ________________________________________________________________________ 答案　(1)×100　(2)BCA　(3)1 900　(4)ABD　(5)见解析 解析　(1)选择开关置于“×10”挡位置，指针指在题图中a位置，偏转角度较小，证明此电阻较大，为准确测量，需要更换大挡位，把开关置于“×100”挡。 (2)换挡后需要重新进行欧姆调零，把红、黑表笔短接，然后调节欧姆调零旋钮，使指针指向欧姆零点，将红表笔和黑表笔接到待测电阻两端，再测量进行读数，故正确的顺序是BCA。 (3)欧姆表读数时需要用刻度乘以倍率，所以题图中示数为19×100 Ω＝1 900 Ω。 (4)题图甲中将选择开关旋转到直流电压挡，并联在小灯泡两端，选择合适量程可测量小灯泡两端电压，故A正确；题图乙中将选择开关旋转到直流电流挡，与小灯泡串联，选择合适量程可测量流经小灯泡的电流，故B正确；测量小灯泡电阻时，小灯泡必须与外部电路断开，故C错误；二极管的正向电阻很小，题图丁中欧姆表测量二极管的正向电阻，将选择开关旋转到欧姆挡，选择合适量程可观察到此时欧姆表示数很小，故D正确。 (5)会看到欧姆表指针先向右偏转，然后缓慢回到最左端。 原因是多用电表欧姆挡电路中有电源，与电容器连接时，电源给电容器充电，回路中有电流，指针向右偏转；电容器充电过程中，电流逐渐减小至0，指针缓慢回到最左端。 2．(2023·广东广州市执信中学模拟)电流表G1的量程为0～5 mA，内阻为290 Ω。把它改装成如图所示的一个多量程多用电表，电流和电压的测量都各有两个量程。当开关S接到1或2位置时为电流挡，其中小量程为0～10 mA，大量程为0～100 mA。 (1)对于此多用电表，当开关S接到位置6时是______挡；开关S接到位置5时的量程比接到位置6时的量程______。 (2)开关S接位置______(选填“1”或“2”)时是小量程的电流挡，图中电阻R2＝______ Ω。 (3)已知图中的电源E′的电动势为9 V，短接A、B表笔进行欧姆调零后，此欧姆挡的内阻为______ Ω。现用该挡测一未知电阻的阻值，指针偏转到电流表G1满刻度的处，则该未知电阻的阻值为______ Ω。 答案　(1)电压　小　(2)2　261　(3)900　600 解析　(1)当开关S接到位置6时，电流表与电阻R3、R4串联，电阻R3、R4起到分压作用，多用电表为电压表；开关S接到位置5与接到位置6相比，接到6时串联的电阻大，分压作用也大，电压表的量程也更大，因此开关S接到位置5时的量程比接到位置6时的量程小。 (2)当开关S接到2位置时，并联的电阻大，分流小，其电流表的量程小，因此开关S接位置2时是小量程的电流挡； 设开关S接1时的最大电流为I1，接2时最大电流为I2，由题意可知，当开关接到1时，有 Ig(r＋R2)＝(I1－Ig)R1 当开关接到2时，有Igr＝(I2－Ig)(R1＋R2) 代入数据解得R2＝261 Ω (3)由上述分析可知，当开关S接到位置4时，电路中的满偏电流Im＝10 mA 根据闭合电路欧姆定律可得 R内＝＝ Ω＝900 Ω 由指针偏转到电流表G1满刻度的处可得 Im＝，解得Rx＝600 Ω。 3．某同学根据图甲所示的欧姆表原理图，利用微安表(满偏电流为300 μA、内阻为100 Ω)、滑动变阻器R(最大值为10 kΩ)和一节干电池，将微安表改装成欧姆表。 (1)将两表笔短接，调节R使微安表指针指在“________ μA”处； (2)当两表笔之间接入阻值为2.4 kΩ的定值电阻时，微安表指针指在如图乙所示位置，则其读数为________ μA，电池的电动势为________ V，欧姆表的内阻为________ kΩ； (3)将微安表上的μA处标明“Ω”，“300”位置处标明“0”，“100”位置处标明“________”，并在其他位置标明相应的电阻刻度值，这样就把微安表改装成了欧姆表； (4)经过一段时间之后，电池的电动势降低，内阻增大，则重新欧姆调零之后，测得的电阻阻值将________(填“偏大”“不变”或“偏小”)。 答案　(1)300　(2)200　1.44　4.8　(3)9 600　(4)偏大 解析　(1)两表笔短接调零时，应使表的指针指在微安表的电流满偏位置，即指针指在300 μA处； (2)由题图乙可知微安表的指针指在200 μA处；根据闭合电路欧姆定律，两表笔短接时有Ig＝，接入阻值为2.4 kΩ的定值电阻时， 有Ig＝ 解得E＝1.44 V，R内＝4.8 kΩ (3)当电流100 μA时有Ig＝ 解得R1＝9 600 Ω (4)由Ig＝和I＝，可得I＝ 则电动势减小，测量同一未知电阻时对应的微安表示数减小，则电阻阻值增大。 4．(2023·广东汕头市三模)一只欧姆表表盘的刻度线清晰完整，但刻度值模糊不清。某学习小组为恢复其刻度值，需要测量欧姆表的内阻，请完善下列实验步骤： (1)将选择开关拨至“×10 Ω”挡，机械调零后，将欧姆表的红、黑表笔________，并调节欧姆调零旋钮，使欧姆表的指针指到表盘的________。 (2)图甲为连接好的实物电路图，其中a为________(填“红”或“黑”)表笔。 (3)调节滑动变阻器的阻值，记录多组电流表和电压表的读数，把数据绘制成如图乙所示的U－I图像，则该欧姆表的电动势为________V(结果保留两位有效数字)，内阻为________Ω(结果保留整数)。若考虑电流表内阻影响，则内阻测量值与真实值相比________(填“偏大”或“偏小”)。 (4)断开开关，取下表盘，则正中央刻度应标记的数值为________；占满偏电流值的处的刻度应标记的数值为________。(结果均保留整数) 答案　(1)短接　最右端刻度线或0刻度处　(2)红　(3)1.5　311(300至320之间的整数均可)　偏大　(4)31　10 解析　(1)欧姆表机械调零后，将欧姆表的红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮使指针偏转到最右端，指向最右端刻度线或0刻度处。 (2)根据欧姆表中电流由红表笔流入，黑表笔流出可知，题图甲中a为红表笔。 (3)根据题意，由闭合电路欧姆定律有U＝E－Ir内 结合U－I图像可得E＝1.5 V，r内＝ Ω≈311 Ω 若考虑电流表内阻影响，则有U＝E－I(r内＋Rg) 即测量值为内阻和电流表内阻之和，则内阻测量值比真实值大。 (4)根据题意，设满偏电流为Ig，则有Ig＝ 当指针指在正中央刻度时，电流为满偏电流的一半，设此时被测电阻为R，则有＝，解得R＝r内＝311 Ω 由于选择开关拨至“×10 Ω”挡，则正中央刻度应标记的数值为31；电流为满偏电流的时，设此时被测电阻为R1，则有Ig＝，解得R1≈104 Ω，则刻度应标记的数值为10。 5．(2023·广东广州市一模)如图(a)是一种双量程电流表内部各元件的连接图。 (1)这种电流表“3 A”量程的内阻________0.22 Ω(选填“大于”或“小于”)； (2)某同学用多用电表的欧姆挡检测这种电流表，选择“×10”挡，欧姆调零后将红、黑表笔分别接到电流表的“－”“0.6 A”接线柱，指针指示如图(b)，示数为________ Ω，保持黑表笔不动，将红表笔从“－”接线柱移到“3 A”接线柱，示数几乎与图(b)相同，由此可知电流表内部阻值为0.88 Ω的电阻发生________故障(选填“断路”或“短路”)。 答案　(1)小于　(2)140　断路 解析　(1)电流表接“3 A”的量程时，根据并联电路的总电阻小于任一支路的总电阻，由题图(a)可知此时电流表的内阻为电路的总电阻，小于支路的电阻0.22 Ω； (2)欧姆表表盘10～15之间有5格，每小格代表1，据读数规则，且倍率为“×10”，故读数为14.0×10 Ω＝140 Ω； 根据欧姆表电流流向“红进黑出”，由题图(a)可知，140 Ω为接线柱中间两电阻10 Ω、130 Ω之和，说明此时10 Ω、130 Ω两电阻并未与0.22 Ω、0.88 Ω两电阻并联；保持黑表笔不动，将红表笔从“－”接线柱移到“3 A”接线柱，示数几乎与图(b)相同，说明更换接线柱后，电流表总电阻的阻值几乎未发生变化，故可推知电流表内部10 Ω、130 Ω与0.22 Ω串联，阻值为0.88 Ω的电阻发生断路，若短路则欧姆表示数应为0。 学科网（北京）股份有限公司 $