实验十四 用多用电表测量电学中的物理量 讲义 2027届高三物理一轮复习

该高中物理讲义围绕多用电表测量电压、电流、电阻、二极管及黑箱探测等高考核心实验考点，按仪器原理、测量操作、综合应用的逻辑架构梳理知识，通过考点梳理、方法指导（如欧姆调零步骤）、真题训练（典例1-5）等环节，帮助学生突破量程选择、故障分析等难点，体现复习的系统性和针对性。 资料以实验探究为主线，融合科学探究与科学思维素养，如典例4通过欧姆挡检测电路断路，引导学生结合电压示数推理故障位置，强化实验操作规范与问题解决能力。设置基础操作到综合应用的分层训练，助力学生高效掌握实验题解题策略，为教师把控复习节奏提供清晰路径。

实验十四　用多用电表测量电学中的物理量 讲义 必备知识： 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)。 (3)多用电表测电流、电压和电阻的原理 原理图如图所示，当选择开关掷到1、2时为电流表，掷到3、4时为电阻表，掷到5、6时为电压表。 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表盘的中央时，有，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表内电源正极接黑表笔，负极接红表笔，但是红表笔插入“＋”插孔，黑表笔插入“－”插孔，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指针定位螺丝;欧姆零点是指刻度盘右侧的“0”位置，调整的是欧姆调零旋钮。 ③欧姆表读数时注意乘以相应挡位的倍率。 ④使用多用电表时，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，否则不但影响测量结果，甚至可能损坏电表。 ⑥测量电阻时，每换一次挡必须重新欧姆调零。 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.用多用电表探测黑箱内的电学元件 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 典例1：指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器。 (1)多用电表未接入电路时，指针如图1所示，需要调节部件________(选填“A”“B”或“C”)，使指针停在电流挡“0”刻度线位置。 (2)调节好后，将选择开关拨至“50 V”直流电压挡测量电压，指针如图2所示，则读数为________V。 (3)下列四幅图选择开关均已旋转到合适挡位，下列操作正确的是________。 A．甲图是用多用电表直流电压挡测量小灯泡两端的电压 B．乙图是用多用电表直流电流挡测量电路中的电流 C．丙图是用多用电表电阻挡测量小灯泡的电阻 D．丁图是用多用电表电阻挡测量二极管的反向电阻 [答案]　(1)A　(2)20.0　(3)B [解析]　(1)多用电表未接入电路时，指针如题图1所示，需要调节部件A(指针定位螺丝)，使指针停在电流挡“0”刻度线位置。 (2)调节好后，将选择开关拨至“50 V”直流电压挡测量电压，指针如题图2所示，则读数为20.0 V。 (3)使用多用电表时电流方向是“红进黑出”，甲图中红表笔应该接小灯泡的左端，故A错误；乙图是用多用电表直流电流挡测量电路中的电流，红表笔接外部电源的正极，故B正确；丙图是用多用电表电阻挡测量小灯泡的电阻，应该把小灯泡与电源断开，故C错误；丁图是用多用电表电阻挡测量二极管的反向电阻，红表笔应该接二极管的正极(左侧)，故D错误。 典例2：某同学只用以下给定仪器组装如图甲所示的简易多用电表，仪器不得重复使用。 A．电流表(0～200 μA,100 Ω) B．电阻箱(0～999 Ω) C．电阻箱(0～9 999 Ω) D．定值电阻R2(1 kΩ) E．变阻器(0～300 Ω) F．变阻器(0～800 Ω) G．干电池(1.5 V，r＝0) H．干电池(9 V，r＝0) I．导线若干 该多用电表需设置0、1为量程0～1 mA的电流挡，0、3为量程0～3 V的电压挡，0、2为电阻挡。 该同学通过计算并选择器材(器材选择只填器材前的字母)。 (1)量程0～1 mA的电流挡中电阻箱R1应该选择________，将其调节为________Ω； (2)量程0～3 V的电压挡中电阻箱R4应该选择________，将其调节为________Ω； (3)0、2的电阻挡中变阻器R3应该选择________，电源应该选择________； (4)该同学用上述简易多用电表的电阻挡测量某一未知电阻，他首先进行了电阻挡调零，然后将电阻接在0、2之间，发现电流表指针偏转如图乙所示，示数为________μA，由此可求得未知电阻为________Ω。 [答案]　(1)B　25　(2)C　2 980　(3)F　G　(4)120　1 000 [解析]　(1)把小量程电流表改装成1 mA的电流表需要并联分流电阻，阻值R＝＝ Ω＝25 Ω，电阻箱R1应该选择B，改装后电流表内阻RA＝＝ Ω＝20 Ω。 (2)把电流表改装成3 V的电压表需要串联分压电阻阻值R＝－RA＝ Ω－20 Ω＝2 980 Ω，则电阻箱R4应选择C。 (3)电阻表应选择干电池G作内置电源，电阻表内阻R内＝＝ Ω＝1 500 Ω，欧姆调零时变阻器R3接入电路的阻值R3＝R内－R2－RA＝1 500 Ω－1 000 Ω－20 Ω＝480 Ω，0、2的电阻挡中变阻器R3应该选择F。 (4)由题图乙所示表盘可知，电流表示数为120 μA，因为电流表量程扩大了5倍，则流过电路的电流I＝5×120 μA＝600 μA＝0.6×10－3 A，由闭合电路的欧姆定律可知I＝，即0.6×10－3 A＝，解得Rx＝1 000 Ω。 典例3：在测绘发光二极管在导通状态下的伏安特性曲线实验中， (1)用多用电表欧姆挡判断发光二极管的正负极，选用×100挡时，变换表笔与二极管两极的连接方式，发现电表指针均不偏转，选用　　　　挡(选填“×10”或“×1 k”)重新测试，指针仍不偏转，更换二极管极性后，发现指针偏转，此时与多用电表红色表笔相连的是二极管　　　　(选填“正极”或“负极”)。  (2)图甲是已完成部分连线的实物图，为实现电压可从零开始调节，并完成实验，P应连接　　　　接线柱(选填“a”“b”“c”或“d”)，Q应连接　　　　接线柱(选填“a”“b”“c”或“d”)。某次选用多用电表量程为50 mA挡测量，指针如图乙所示，则电流I＝　　　　mA。  (3)根据测得数据，绘出伏安特性曲线如图丙所示，说明该二极管是　　　　元件(选填“线性”或“非线性”)，正常发光时电压在　　　　V范围。  [答案]　(1)×1 k负极(2)a　d　45.0(44.9~45.1均可)　(3)非线性　1.9~2.5 [解析]　(1)发现电表指针均不偏转，说明阻值过大，应选用更高倍率的挡位重新测试，即换用×1 k挡重新测试，根据电流“红进黑出”规律可知，导通情况下，红色表笔应与二极管负极相连。 (2)要求电压可从零开始调节，则滑动变阻器应采用分压式接法，即P应接a接线柱，根据题图甲中用两节干电池(3 V)作电源可知，电压表应选用3 V量程，即Q应接d接线柱。根据多用电表的读数规则结合题图乙可知，电流I＝45.0 mA。 (3)由题图丙可知二极管的I－U图线为曲线，说明该二极管为非线性元件，有电流通过，即正常发光时，电压在1.9~2.5 V范围。 考点二　故障检测和元件探测 用多用电表检测电路故障 1.断路故障的检测方法 (1)用直流电压挡 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。 (2)用直流电流挡 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，若有阻值说明元件完好，若电阻无穷大说明此元件断路。 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，若串联在电路中的电流表示数不为零，故障应是短路。 典例4：在描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验中，某同学连接了如图甲所示的实物图。闭合开关，发现小灯泡不亮，电流表的示数为零。 (1)他借助多用电表检查小灯泡，先断开开关，把多用电表的选择开关旋到电阻“×1”挡，再进行________调零；又将红、黑表笔分别接触①、②接线柱，多用电表的表盘如图乙所示，说明小灯泡正常，此时灯丝的电阻为________Ω。 (2)他将多用电表的选择开关旋于某直流电压挡，将红、黑表笔分别接触②、③接线柱，闭合开关，发现电压表的示数约等于电源的电动势，说明②、③接线柱间的导线出现了________(选填“断路”或“短路”)。 (3)排除故障后，为了使电流表的示数从零开始，要在________(选填“①、④”或“③、④”)接线柱间再连接一根导线，并在闭合开关前把滑动变阻器的滑片置于最________(选填“左”或“右”)端。 [答案]　(1)欧姆　6.0　(2)断路　(3)③、④　左 [解析] (1)多用电表测电阻时应先进行欧姆调零；多用电表的表盘的读数为6.0 Ω。 (2)电压表的示数约等于电源电动势，说明②、③接线柱间的导线出现了断路。 (3)为了使电流表的示数从零开始，滑动变阻器要采用分压式接法，要在③、④接线柱间再连接一根导线；初始时刻灯泡两端电压最小，滑片应置于最左端。 用多用电表探测“黑箱问题” 应用挡位 现象 判断结果 电压挡 两接线柱正、反接时示数均为零 无电源 电阻挡 两接线柱正、反接时示数相同 电阻 电阻挡 正接时示数很小，反接时示数很大 二极管 电阻挡 指针先指向某一小阻值，后逐渐增大到“∞” 电容器 电阻挡 示数由“∞”逐渐减小到某一较小的固定示数 电感线圈 典例5：如图甲所示，电学实验室的“黑盒子”表面有A、B、C三个接线柱，盒内总共有两个电学元件(一只定值电阻和一只半导体二极管)，每两个接线柱之间最多连接一个元件。为了探明盒内元件的连接方式，小华同学用多用电表进行了如下探测：用多用电表电阻挡进行测量，把红、黑表笔分别与接线柱A、B、C连接，测量结果如表。 红表笔 A C C B A B 黑表笔 C A B C B A 阻值 有阻值 阻值同 AC测量值 很大 很小 很大 接近AC 间电阻 (Ⅰ)在图乙虚线框中画出黑箱内的电路结构图。 (Ⅱ)小华为了精确测量黑箱内二极管的正向电阻值和定值电阻阻值，又进行了如下实验： (1)如图丙所示，将电源(电动势未知，内阻不计)、电阻箱、开关连接，将e与________(选填“A”或“B”)相连，f与________(选填“A”或“B”)相连，A、B之间再接入一个电压表，闭合开关，改变电阻箱R的阻值大小，读出多组对应的电压表示数，记录为U1。 (2)将e、f按照正确方式与A、C相连，闭合开关，改变电阻箱R的阻值大小，读出对应的电压表示数，记录为U2。 (3)分别作出-R和-R图像，发现两图线均为直线，若直线纵截距分别为a1、a2，斜率分别为k1、k2，则电源电动势为________，黑箱内定值电阻阻值为________，二极管正向电阻值为________。 [解析]　(Ⅰ)AC与CA间电阻相同，说明AC间是定值电阻，在测量BC之间电阻时，黑表笔接C时电阻很小，接B时电阻很大，说明BC之间有二极管，而且C接二极管的正极，则电路如图所示。 (Ⅱ)(1)因为电流从A到B才能正向流过该二极管，且f与电源正极相连，故f接A，e接B。 (3)e与B、f与A相连时，A、B之间的电压表测的是二极管和定值电阻的总电压，设电源电动势为E，二极管正向电阻为RD，定值电阻阻值为R0，则由题意得U1＝E× 即＝×R＋ 故在-R关系图像中，纵截距a1＝ 斜率k1＝ 故电源电动势E＝ 同理可得U2＝E× 即＝×R＋ 故在-R关系图像中，纵截距a2＝，斜率k2＝，故电源电动势E＝， 定值电阻R0＝ 在-R关系图像中，将a1＝，R0＝代入k1等式中， 可得二极管正向电阻阻值RD＝。 [答案]　(Ⅰ)见解析图　(Ⅱ)(1)B　A　(3)或 学科网（北京）股份有限公司 $