2020-2021年高三物理考点专项突破：多用电表改装

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2020-2021 年高三物理考点专项突破：多用电表改装 1．某学生实验小组利用图甲所示电路，测量多用电表内电池的电动势和电阻“×1 k”挡内部电路的总电阻。 使用的器材有： 多用电表； 电压表：量程 5 V，内阻十几千欧； 滑动变阻器：最大阻值 5 kΩ； 导线若干。 回答下列问题： (1)将多用电表挡位调到电阻“×1 k”挡，再将红表笔和黑表笔________，调零点。 (2)将图甲中多用电表的红表笔和________(填“1”或“2”)端相连，黑表笔连接另一端。 (3)将滑动变阻器的滑片调到适当位置，使多用电表的示数如图乙所示，这时电压表的示数如图丙所示，多 用电表和电压表的读数分别为______kΩ 和______V。 (4)调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零。此时多用电表和电压表的读数分别为 12.0 kΩ 和 4.00 V。从测量数据可知，电压表的内阻为________kΩ。 (5)多用电表电阻挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、一个理想电流表和一个电阻串联而成的电路， 如图丁所示。根据前面的实验数据计算可得，此多用电表内电池的电动势为________V，电阻“×1 k”挡内部 电路的总电阻为________kΩ。 【答案】：(1)短接 (2)1 (3)15.0 3.60 (4)12.0 (5)9.00 15.0 【解析】：(1)使用多用电表测电阻时，换挡后需重新进行欧姆调零，故应将两表笔短接进行调零。 (2)电流应从多用电表的红表笔流入、黑表笔流出，故红表笔应接“1”。 (3)从题图乙可以看出指针指向欧姆挡 15.0位置，电阻挡为“×1 k”，故读数为 15.0 kΩ；由于电压表量程为 5 V， 指针所指位置为 3.60，故读数为 3.60 V。 (4)当滑动变阻器接入电路中的电阻为零时，多用电表读数即为电压表内阻，所以电压表内阻为 12.0 kΩ。 (5)设多用电表内电池的电动势为 E、多用电表内阻为 R，由第(3)、(4)问可知 E R＋15.0 kΩ＝ 3.60 V 12.0 kΩ， E R＋12.0 kΩ ＝ 4.00 V 12.0 kΩ，两式联立解得：E＝9.00 V，R＝15.0 kΩ。 2．(2017·全国卷Ⅲ)图(a)为某同学组装完成的简易多用电表的电路图。图中 E 是电池；R1、R2、R3、R4 和 R5 是固定电阻，R6 是可变电阻；表头 的满偏电流为 250 μA，内阻为 480 Ω。虚线方框内为换挡开关，A 端和 B 端分别与两表笔相连。该多 用电表有 5 个挡位，5 个挡位为：直流电压 1 V 挡和 5 V 挡，直流电流 1 mA 挡和 2.5 mA 挡，欧姆×100 Ω 挡。 (1)图(a)中的 A 端与________(填“红”或“黑”)色表笔相连接。 (2)关于 R6 的使用，下列说法正确的是________(填正确答案标号)。 A．在使用多用电表之前，调整 R6 使电表指针指在表盘左端电流“0”位置 B．使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整 R6 使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置 C．使用电流挡时，调整 R6 使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置 (3)根据题给条件可得 R1＋R2＝_______ Ω，R4＝_______ Ω。 (4)某次测量时该多用电表指针位置如图(b)所示。若此时 B 端是与“1”相连的，则多用电表读数为________； 若此时 B 端是与“3”相连的，则读数为________；若此时 B 端是与“5”相连的，则读数为________。(结果均 保留三位有效数字) 【答案】：(1)黑 (2)B (3)160 880 (4)1.47 mA 1．10×103 Ω 2.95 V 【解析】：(1)A 端与电池正极相连，电流从 A 端流出，A 端与黑表笔相连。 (2)使用多用电表前，应机械调零，即应调整“指针定位螺丝”，使指针指在表盘左端电流“0”位置，与 R6 无关， 选项 A 错；使用欧姆挡时，需要红、黑表笔短接，调整 R6 使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置，选项 B 对； 使用电流挡时，B 端与“1”或“2”相连，与 R6 无关，C 错。 (3)B 端与“1”“2”相连时，该多用电表挡位分别为直流 2.5 mA 挡、直流 1 mA 挡，如图甲所示，由电表的改 装原理可知，B 端与“2”相连时，有 I2＝IG＋ IGrG R1＋R2 ，解得 R1＋R2＝160 Ω；B 端与“4”相连时，如图乙所示， 多用电表为直流电压 1 V 挡，表头并联部分电阻 R0＝IGrG I2 ，R4＝U4 I2 －R0＝880 Ω。 (4)B 端与“1”相连时，电表读数为 1.47 mA；B 端与“3”相连时，多用电表为欧姆×100 Ω 挡，读数为 11.0×100 Ω＝1.10×103 Ω；B 端与“5”相连时，多用电表为直流电压 5 V 挡，读数为147.5 250 ×5 V＝2.95 V。 3．在“练习使用多用电表”实验中： (1)某同学欲测量一节干电池的电压，下述操作正确的是____(填字母)。 A．欧姆调零，选择挡位，表笔接触电池两极(其中红表笔接触正极)，读数 B．机械调零，选择挡位，表笔接触电池两极(其中红表笔接触正极)，读数 C．选择挡位，机械调零，表笔接触电池两极(其中黑表笔接触正极)，读数 D．选择挡位，欧姆调零，表笔接触电池两极(其中黑表笔接触正极)，读数 (2)该同学欲测量如图甲所示生活用电中插座的电压，则应把多用电表的选择开关打到如图乙所示的 ________位置(选填 A、B、C、…、Q)。 (3)经过正确操作后，电表指针指向如图丙所示，则插座的电压为________ V。 【答案】：(1)B (2)H (3)215 【解析】：(1)使用多用电表测电压时，应该先机械调零，然后选择适当的挡位，表笔接触电池两极(其中红 表笔接触正极)，待示数稳定后读数即可，故 B 正确，A、C、D 错误。 (2)题图甲所示插座的电压为 220 V 交流电源，所以应把多用电表的选择开关打到题图乙所示的 H 位置。 (3)多用电表表盘最下面一排刻度线左侧标有“ V ～”，是用于测交流电压的，根据电表指针可知，插座的电压 为 U＝215 V。 4．某同学为了将一量程为 3 V 的电压表改装成可测量电阻的仪表——欧姆表，进行了如下操作： (1)先用如图甲所示电路测量该电压表的内阻，图中电源内阻可忽略不计，闭合开关，将电阻箱阻值调到 3 kΩ 时，电压表恰好满偏；将电阻箱阻值调到 12 kΩ 时，电压表指针指在如图乙所示位置，则电压表的读数为 ________V。由以上数据可得电压表的内阻 RV＝________kΩ。 (2)将图甲的电路稍作改变，在电压表两端接上两个表笔，就改装成了一个可测量电阻的简易欧姆表，如图 丙所示，为将表盘的电压刻度转换为电阻刻度，进行了如下操作：闭合开关，将两表笔断开，调节电阻箱， 使指针指在“3.0 V”处，此处刻度应标阻值为________(填“0”或“∞”)；再保持电阻箱阻值不变，在两表笔间接 不同阻值的已知电阻找出对应的电压刻度，则“1 V”处对应的电阻刻度为________kΩ。 (3)若该欧姆表使用一段时间后，电池内阻不能忽略且变大，电动势不变，但将两表笔断开时调节电阻箱， 指针仍能满偏，按正确使用方法再进行测量，其测量结果将________。 A．偏大 B．偏小 C．不变 D．无法确定 【答案】：(1)1.50 6 (2)∞ 1 (3)C 【解析】：(1)由题图乙所示电压表表盘可知，其分度值为 0.1 V，示数为 1.50 V；电源内阻不计，由题图甲 所示电路图可知，电源电动势：E＝U＋IR＝U＋ U RV R， 由题意可知：E＝3＋ 3 RV ×3 000，E＝1.5＋1.5 RV ×12 000， 解得：RV＝6 000 Ω＝6 kΩ，E＝4.5 V。 (2)两表笔断开，处于断路情况，相当于两表笔之间的电阻无穷大，故此处刻度应标阻值为∞，当指针指向 3 V 时，电路中的电流为 IV＝ 3 6 000 A＝0.000 5 A，此时电阻箱的阻值为 R＝4.5－3 0.000 5 Ω＝3 kΩ。 当电压表示数为 1 V 时，有 1＝ 4.5 R＋ RxRV Rx＋RV ·RxRV Rx＋RV ，解得 Rx＝1 kΩ。 (3)根据闭合电路欧姆定律可知电池新时有 IV＝ E r＋RV＋R＝ E r＋R ＋RV ， 测量电阻时电压表示数为 U＝ E r＋R ＋ RVRx RV＋Rx ·RVRx RV＋Rx ， 欧姆表用一段时间调零时有 IV＝ E r′＋RV＋R′， 测量电阻时 U＝ E r′＋R′ ＋ RVRx′ RV＋Rx′ ·RVRx′ RV＋Rx′， 比较可知 r＋R＝r′＋R′，所以若电流相同，则 Rx′＝Rx，即测量结果不变，C 正确。 5．某同学在测量一只小灯泡电阻的实验中，连接了如图甲所示的实物电路图。闭合开关，发现灯泡不亮， 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欧姆挡的“×1”挡，再进行________ 调零；然后将红、黑表笔分别接触①、②接线柱，多用电表的表盘恰好如图乙所示，说明小灯泡正常，此 时的电阻为________Ω。 (2)他将多用电表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)故障排除后，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(或 6.0) (2)断路 (3)③、④ 左 【解析】：(1)根据欧姆表的使用方法可知，每次选完挡后应重新进行欧姆调零；欧姆表的读数为 R＝6.0×1 Ω ＝6.0 Ω。 (2)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电动势，说明②、③接 线柱间的导线出现了断路。 (3)为使电流表的示数从零开始，滑动变阻器应采用分压式接法，所以应在③、④接线柱间再连接一根导线； 闭合开关前应将滑片置于输出电压最小的最左端。 6．(2019·全国卷Ⅰ)某同学要将一量程为 250 μA 的微安表改装为量程为 20 mA 的电流表。该同学测得微安表 内阻为 1 200 Ω，经计算后将一阻值为 R 的电阻与该微安表连接，进行改装。然后利用一标准毫安表， 根据图(a)所示电路对改装后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表)。 图(a) 图(b) (1)根据图(a)和题给条件，将图(b)中的实物连线。 (2)当标准毫安表的示数为 16.0 mA 时，微安表的指针位置如图(c)所示。由此可以推测出所改装的电表量程 不是预期值，而是________。(填正确答案标号) 图(c) A．18 mA B．21 mA C．25 mA D．28 mA (3)产生上述问题的原因可能是________。(填正确答案标号) A．微安表内阻测量错误，实际内阻大于 1 200 Ω B．微安表内阻测量错误，实际内阻小于 1 200 Ω C．R 值计算错误，接入的电阻偏小 D．R 值计算错误，接入的电阻偏大 (4)要达到预期目的，无论测得的内阻值是否正确，都不必重新测量，只需要将阻值为 R 的电阻换为一个阻 值为 kR 的电阻即可，其中 k＝________。 【答案】：(1)见解析图 (2)C (3)AC (4)99 79 【解析】：(1)实物连线如图所示。 (2)串联电路中电流处处相等，根据比例关系得，毫安表示数为 16.0 mA 时，对应微安表的刻度为 160.0 μA， 当微安表指针到满量程 250 μA 时，毫安表的示数应为 25 mA，即为改装后电表的量程。选项 C 正确。 (3)根据 IgRg＝(I－Ig)R 得 I＝IgRg R ＋Ig 出现该情况可能是微安表内阻测量错误，实际电阻大于 1 200 Ω，或者并联的电阻 R 计算错误，接入的电阻 偏小。选项 A、C 正确。 (4)若微安表的满偏电压为 U，则对并联的电阻 R 有 U＝(25－0.25)×10－3R U＝(20－0.25)×10－3kR 解得 k＝99 79。 7．(2018·全国卷Ⅲ)一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测电阻 Rx 的阻值。图中 R0 为标准定值电阻 (R0＝20.0 Ω)； 可视为理想电压表；S1 为单刀开关，S2 为单刀双掷开关；E 为电源；R 为滑动变阻器。 采用如下步骤完成实验： (1)按照实验原理线路图(a)，将图(b)中实物连线。 (2)将滑动变阻器滑动端置于适当的位置，闭合 S1。 (3)将开关 S2 掷于 1 端，改变滑动变阻器滑动端的位置，记下此时电压表 的示数 U1；然后将 S2 掷于 2 端， 记下此时电压表 的示数 U2。 (4)待测电阻阻值的表达式 Rx＝________(用 R0、U1、U2 表示)。 (5)重复步骤(3)，得到如下数据。 1 2 3 4 5 U1/V 0.25 0.30 0.36 0.40 0.44 U2/V 0.86 1.03 1.22 1.36 1.49 U2 U1 3.44 3.43 3.39 3.40 3.39 (6)利用上述 5 次测量所得U2 U1 的平均值，求得 Rx＝________ Ω。(保留一位小数) 【答案】：(1)见解析图 (4) 2 0 1 1U RU   (6)48.2 【解析】：(1)根据原理图，沿电流的流向依次连接。 ①先将 E、R、S1 连接起来，组成闭合回路。 ②将 R0、Rx 与 R 连接起来。 ③将 、S2 与 Rx 连接起来。 实物连线如图所示。 (4)由于 为理想电压表，故 S2 接 1，或接 2 时流过 R0、Rx 的电流相等。根据欧姆定律和串联电路的特点得 U1 R0 ＝ U2 R0＋Rx ，解得 Rx＝ 2 0 1 1U RU   (6)求出 5 次U2 U1 的平均值为 3.41，代入 Rx＝ 得，Rx＝48.2 Ω。 8.某兴趣小组用伏安法测未知金属丝的电阻 Rx 时,先改装电表后测未知电阻。 (1)先改装电表,将表盘刻度均匀、量程为 100 μA、内阻为 100 Ω 的电流表串联一个 29900 Ω 的电阻,将它改装 成电压表,则该电压表的量程是 V。用它来测量电压时,表盘指针位置如图甲所示,此时电压表的示数 为 V。 (2)若不知道 Rx 的阻值范围,为了选择正确的电路接法以减小误差,可将电路按如图乙所示连接,只空出电压表 的一个接头 S,然后将 S 分别与 a、b 接触一下,观察到电压表示数有显著变化,S 应接 (选填“a”或“b”)。 图丙中部分电路已经连接好,请完成实验电路的连接。 丙 (3)用伏安法测未知电阻 Rx 时,这个小组的同学在坐标纸上建立 U、I 坐标系,用测量数据描绘出 U-I 图线如图 丁所示。由图线得到金属丝的阻值 Rx= Ω。(结果保留 2 位有效数字) 丁 【答案】：(1)3 2.4 (2)a 实验电路的连接如下图所示 (3)4.5(4.3~4.7 均可) 【解析】：(1)电流表串联一个大电阻改装成电压表，则有：U=IgR+IgRg=3 V。图甲中电流表示数为 80 μA, 则此时电压表读数为 6 6 8010 32.48010 V     。 (2)若 S 分别接触 a、b, 电压表示数变化显著,则说明电流表的分压作用强,即 Rx 是一个小阻值电阻,应选用外 接法测量,S 应接 a,实验电路的连接如上图所示。 (3)图线的斜率反映了金属丝的电阻,因此金属丝的阻值 Rx=4.5 Ω。 9.(2018·广东质检)某多用电表内部的部分电路如图所示,已知微安表表头内阻 Rg=100 Ω、满偏电流 Ig=200 μA, 定值电阻 R1=2.5 Ω、R2=22.5 Ω,电源电动势 E=1.5 V,则关于该多用电表： (1)A 接线柱应该与 (选填“红”或“黑”)表笔连接。 (2)当选择开关接 (选填“a”或“b”)挡时，其对应的电阻挡的倍率更高。 (3)若接 a 挡测量电阻,则原表盘 100 μA 的刻度,对应的电阻刻度值应当为 Ω；原表盘 50 μA 的刻度, 对应的电阻刻度值应当为 Ω。 【答案】：(1)黑 (2)b (3)150 450 【解析】：(1)根据多用电表的接线柱原理“红进黑出”可知，A 接线柱应该与黑表笔连接。 (2)当选择开关接 a 挡时，流过 R1 的电流大，而流过微安表的电流相等，总电流大，总电阻小，所以当选择 开关接 b 挡时其对应的电阻挡的倍率更高。 (3)若选 a 挡测量电阻则有：E=(퐼g + 퐼g푅2+퐼g푅g 푅1 )r，解得：r=150 Ω。表盘为 100 μA 的刻度有： E=(퐼1 + 퐼1푅2+퐼1푅g 푅1 )(r+R),联 立解 得对应的 电阻 刻度值 为 150 Ω;原 表盘 50 μA 的 刻度，有 E=(퐼2 + 퐼2푅2+퐼2푅g 푅1 )(r+R),联立解得对应的电阻刻度值应当为 450 Ω。 10.某同学做电表改装和测量电源电动势和内阻的实验: 甲 (1)有一个电流表,满偏电流 Ig=3 mA,内阻 Rg=50 Ω,刻度盘如图甲所示,电流表读数为 mA。如果将这 个电流表改装成量程为 0.6 A 的电流表,那么要与该电表并联一个电阻 R1，则 R1= (结果保留 2 位有 效数字)Ω。 (2)现用以上改装后的电流表和一只电压表(量程为 3 V,内阻约为 1.5 kΩ)去测量一电池的电动势 E(约为 2.4 V) 和内阻 r(约为 0.8 Ω),实验室还提供了如下器材:滑动变阻器 R(最大阻值为 10 Ω,额定电流为 1 A),开关,导线若 干。请在方框中画出能精确测量该电源电动势和内阻的实验的原理图(要求考虑电压表和电流表的内阻影响)。 (3)闭合开关 S 进行实验时,由于改装后的电流表没有更换刻度面板(但接法没有错误),滑动变阻器向另一端移 动的过程中依次记录了滑片在两个位置时电压表和电流表的数据分别为 2.2 V 和 1.0 mA、1.9 V 和 2.5 mA。 根据此数据可求得该电源电动势 E= V,内阻 r= Ω。(结果均保留 2 位有效数字) 【答案】：(1)2.80(2.78~2.82 均可) 0.25 (2)如下图所示 (3)2.4 0.75 【解析】：(1)电流表读数为 2.80 mA。由并联电压相等特点有 R1(I—Ig)=IgRg,代入数据解得 R1≈0.25 Ω。 (2)由于要考虑电表的内阻的影响，电压表内阻约为 1.5 kΩ 改装后的电流表的内阻 RA≈0.25 Ω 且要精确测量 电源的电动势和内阻，故可将电流表与电源放在一起组成如上图所示电路，并将测量结果的内阻值减去电 表流内阻即可消除电流表分压造成的误差。 (3)根据实验原理图可知滑片一定是从电阻最大位置向最小一端滑动，根据闭合电路特点可知路端电压一定 减小，由此可得实际两个位置的电表的读数分别为 2.20 V 和 0.20 A,1.90 V 和 0.50 A。根据闭合电路欧姆定 律可得 E=2.20+0.20(r+RA)，E=1.90+0.50(r+RA),解得 E=2.4 V，r=0.75 Ω。 11.在“练习使用多用电表”的实验中。 (1)选用倍率为“×100”的电阻挡测电阻时,表针指示如图甲所示,则所测电阻的阻值为 Ω;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 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。 甲 (2)如图乙所示,闭合开关后发现小灯泡不亮,欲用多用电表检查该电路某处是否发生“断路”,在保持电路完整 的情况下,应使用多用电表的 进行测量。(选填字母代号即可) A.电阻挡 B.电流挡 C.交流电压挡 D.直流电压挡 (3)检查多用电表的机械零点,将红、黑表笔分别插入正、负表笔插孔,将二极管的两个极分别记作 a 和 b,红表 笔接 a 端、黑表笔接 b 端时,表针几乎不转;红表笔接 b 端、黑表笔接 a 端时,表针偏转角很大。则为了测量该 二极管的反向电阻,应将红表笔接二极管的 (选填“a”或“b”)端。 (4)图丙为某种多用电表电阻挡内部原理示意图,已知电流计内阻为 Rg,电池内阻为 r。某同学用其电阻挡测电 阻时进行如下操作:先闭合开关 S,将红、黑表笔分开时,调节可变电阻,当可变电阻接入电路的阻值为 R 时电 流表满偏;再将 Rx 接入 A、B 表笔之间时电流计指针指在表盘的正中央,则待测电阻的阻值 Rx= 。(已 知量用物理量符号 Rg、R、r 表示) 【答案】：(1)1.4×103 31.5 6.3 (2)D (3)a (4) ()g g R r R R r R   【解析】：(1)欧姆表读数：表盘最外圈的读数值约为 14，倍率为“×100”故读数为：1.4×103 Ω。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 故读数为： 31.5 mA;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,故 读数为 6.3 V。 (2)若发生断路,则电路中没有电流,所以无法用电流挡测量,B 项错误。而电路完整的情况下,由于电源的存在 无法用电阻挡,因为电阻挡同样会有内部电源,A 项错误。所以只能选择电压挡测量,断路处电压等于电源电动 势,而电源为直流电源,所以选择直流电压挡,C 项错误,D 项正确。 (3)二极管的正向电阻很小,反向电阻无穷大,故测反向电阻时,红表笔接 a 端。 (4)由闭合电路欧姆定律得 Ig= 퐸 푟+푅g+푅,当 Rx 接入 A、B 表笔之间时,若电流表的指针指在表盘的正中央,由闭合 电路欧姆定律得퐼g 2= 퐸 푟+푅+ 푅g푅푥 푅g+푅푥 · 푅푥 푅g+푅푥 ,联立解得 Rx=(푅+푟)푅g 푅+푟+푅g 。