专题18+实验：练习使用多用电表（精讲）-2019年高考物理双基突破（二）

专题18+实验：练习使用多用电表（精讲）-2019年高考物理双基突破（二）

实验目的 ‎1．了解多用电表的构造和原理，掌握多用电表的使用方法。‎ ‎2．会使用多用电表测电压、电流及电阻。‎ ‎3．会用多用电表探索黑箱中的电学元件。‎ 知识点一、欧姆表（多用电表测电阻原理）‎ ‎1．构造：如图所示，欧姆表由电流表G、电池、调零电阻R和红、黑表笔组成。‎ 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：依据闭合电路欧姆定律制成，它是由电流表改装而成的。闭合电路欧姆定律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”。（图甲）‎ ‎（2）当I＝0时，Rx→∞，在I＝0处标为“∞”。（图乙）‎ ‎（3）当I＝时，Rx＝Rg＋R＋r，此电阻值等于欧姆表的内阻值，Rx叫中值电阻。‎ ‎4．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倍率。电流、电压挡是量程范围挡。‎ 在不知道待测电阻估计值时，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）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。‎ ‎（3）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。‎ 知识点二、多用电表 ‎1．多用电表可以用来测量电流、电压、电阻等，并且每一种测量都有几个量程。‎ ‎2．外形如图所示：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。‎ ‎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）。‎ 知识点三、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，它的符号如图甲。‎ ‎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。‎ ‎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。‎ 知识点四、练习使用多用电表 实验器材：多用电表、电学黑箱、直流电源、开关、导线若干、小电珠、二极管、定值电阻（大、中、小）三个。‎ 实验步骤 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。‎ ‎1．机械调零：检查多用电表指针是否停在表盘刻度左端零位置。若不指零，则可用小螺丝刀进行机械调零。‎ ‎2．将红、黑表笔分别插入“＋”、“－”插孔。‎ ‎3．测量小灯泡的电压和电流 ‎（1）按如图甲所示连好电路，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。‎ ‎（2）按如图乙连好电路，将选择开关置于直流电流挡，测量通过小灯泡的电流。‎ ‎4．测量定值电阻——用多用电表测电阻的步骤：‎ ‎（1）调整定位螺丝，使指针指向电流的零刻度。‎ ‎（2）选择开关置于“Ω”挡的“×1”，短接红、黑表笔，调节欧姆调零旋钮，然后断开表笔，再使指针指向∞。‎ ‎（3）将两表笔分别接触阻值为几十欧的定值电阻两端，读出指示的电阻值，然后断开表笔，与标定值进行比较。‎ ‎（4）选择开关改置“×100”挡，重新进行欧姆调零。‎ ‎（5）再将两表笔分别接触标定值为几千欧的电阻两端，待指针稳定后读数；用读数乘以所选挡位的倍率，即得测量结果；然后断开表笔，与标定值进行比较。‎ ‎（6）测量完毕，将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡。‎ ‎5．测量二极管的正、反向电阻 ‎（1）二极管常用半导体材料制成，它有两个极，一个正极，一个负极，符号为。‎ ‎（2）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，电路导通。反之电阻示数很大，电路截止。（如图所示）由此可判断出二极管的正、负极。‎ ‎（3）测正、反向电阻 ‎①测正向电阻：用多用电表的电阻挡，量程拨到“×10”的位置上，将红表笔插入“＋”插孔，黑表笔插入“－”插孔，然后两表笔短接进行欧姆调零后，将黑表笔接触二极管正极，红表笔接触二极管负极，稳定后读取示数乘上倍率求出正向电阻R1。‎ ‎②测反向电阻：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。‎ ‎6．探索黑箱内的电学元件 项目 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 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 线圈 欧姆挡 示数由“∞”渐减小到某一较小固定示数 ‎7．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。‎ 注意事项——多用电表使用的“七大注意”‎ ‎（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，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。使用前要机械调零。‎ ‎（2）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”。即两表笔在使用时，电流总是“红入”“黑出”。‎ ‎（3）选择开关的功能区域，要分清是测电压、电流、电阻，还要分清是交流还是直流。‎ ‎（4）电压、电流挡为量程范围挡，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挡位的倍率。‎ ‎（5）刻度线有三条：上为电阻专用，中间为电压、交流、直流共用，下为交流2.5 V专用。‎ ‎（6）测电阻时：‎ ‎①待测电阻与电路、电源一定要断开，否则不但影响测量结果，甚至可能损坏电表。‎ ‎②两手一定不要同时接触两笔金属杆。特别是在测电阻时，更应注意不要用手接触表笔的金属杆。‎ ‎③指针指中值附近较准，否则换挡。‎ ‎④每换一挡必须重新欧姆调零。‎ ‎⑤读出示数要乘以倍率。‎ ‎（7）使用完毕，选择开关要置于“OFF”挡或交流电压最高挡，长期不用应取出电池。‎ 突破点一、考查多用电表的原理及读数 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、电流表刻度盘 ‎（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。‎ ‎【题1】某学生实验小组利用图所示电路，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）将图中多用电表的红表笔和________（选填“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所示，这时电压表的示数如图所示。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 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 kΩ 3.60 V（4）12 kΩ（5）9.00 V ‎（5）15.0 kΩ为多用电表电阻挡的中值电阻，中值电阻阻值即内电路阻值，所以电阻“×1 k”挡内部电路的总电阻为15.0 kΩ，设内电路电池电动势为E，则当电压表示数为4.00 V时，＝，解得：E＝9.00 V。 ‎ ‎【题3】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3位有效数字）‎ ‎【答案】（1）黑色（2）B（3）160 Ω 880 Ω（4）1.47 mA 1.10 kΩ 2.94 V ‎（2）在使用多用电表之前，调整表头螺丝使电表指针指在表盘左端电流“0”位置，选项A错误；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，选项B正确；使用电流挡时，电阻R6不在闭合电路中，调节无效，选项C错误。‎ ‎（3）根据题给条件可知，当B端与“2”连接时，表头与R1、R2组成的串联电路并联，此时为量程1 mA的电流挡，由并联电路两支路电流与电阻成反比知，＝＝，解得R1＋R2＝160 Ω。‎ 当B端与“4”连接时，表头与R1、R2组成的串联电路并联后再与R4串联，此时为量程1 V的电压挡，表头与R1、R2组成的串联电路并联总电阻为120 Ω，两端电压为0.12 V，由串联电路中电压与电阻成正比知：R4两端电压为0.88 V，则R4电阻为880 Ω。‎ ‎（4）若此时B端是与“1”连接的，多用电表作为直流电流表使用，量程为2.5 mA，读数为1.47 mA。‎ 若此时B端是与“3”连接的，多用电表作为欧姆表使用，读数为11×100 Ω＝1.10 kΩ。‎ 若此时B端是与“5”连接的，多用电表作为直流电压表使用，量程为5 V，读数为2.94 V。 ‎ 突破点二、多用电表的使用　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎【题4】某照明电路出现故障，其电路如图所示，该电路用标称值12 V的蓄电池为电源，导线及其接触完好。维修人员使用已调好的多用表直流50 V挡检测故障。他将黑表笔接在c点，用红表笔分别探测电路的a、b点。‎ ‎（1）断开开关，红表笔接a点时多用表指示如图所示，读数为_____V，说明________正常（选填：蓄电池、保险丝、开关、小灯）。‎ ‎（2）红表笔接b点，断开开关时，表针不偏转，闭合开关后，多用表指示仍然和图相同，可判定发生故障的器件是________。（选填：蓄电池、保险丝、开关、小灯）‎ ‎【答案】（1）11.5 V 蓄电池（2）小灯 ‎【解析】（1）由于多用电表的挡位选为直流50 V，所以读数时可选用0～50 V的刻度，故读数应为11.5 V，两表笔接a、c时，测量电池两端的电压，此读数等于蓄电池的电动势，说明蓄电池是正常的。‎ ‎（2）若两表笔接b、c两点时，电压表读数仍为11.5 V，说明a、b之间是通路，保险丝和开关正常，b、c之间是断路，小灯发生断路故障。‎ ‎【题5】某实验小组利用一滑动变阻器和未知内阻的微安表，来测量多用电表“×1 k”挡内部电池的电动势E。‎ ‎（1）该小组采用图甲的电路进行实验，请将图乙中的实物连线连接完整。‎ ‎（2）请将下面的实验步骤补充完整：‎ a．插上红、黑表笔，把多用电表的选择开关拨到欧姆挡的“×1 k”位置，将红、黑表笔______，调整“欧姆调零旋钮”，使指针指到“0 Ω”。‎ b．按照电路图连接好电路。‎ c．接通开并，改变滑动变阻器的阻值，得到多用电表和微安表的示数分别如图所示。多用电表和微安表的读数分别为______kΩ和________μA。‎ d．断开开关，拔下红、黑表笔，把多用电表的选择开关扳到________位置。‎ ‎（3）由以上信息可得多用电表“×1 k”挡内部电池的电动势为________V（保留两位有效数字）。‎ ‎【答案】（1）见解析（2）22 kΩ，242 μA或243 μA或244 μA OFF （3）9.0 V ‎（3）根据闭合电路欧姆定律可得E＝I（R＋R0），I表示微安表的示数、R表示多用电表的读数、R0表示多用电表的内阻，代入数据有E＝242×10－6×（22＋15）×103 V＝8.954 V≈9.0 V。‎ ‎【题6】在“多用电表的使用”实验中，‎ ‎（1）甲同学利用多用电表测量电阻。他用电阻挡“×100”测量时发现指针偏转角度过小，为了得到比较准确的测量结果，下列选项中合理的步骤为________（填写选项前的字母）。‎ A．将选择开关旋转到电阻挡“×1k”的位置，再将两表笔分别接被测电阻的两根引线进行测量 B．将选择开关旋转到电阻挡“×1k”的位置，将两表笔短接，进行欧姆调零后，再将两表笔分别接被测电阻的两根引线完成测量 C．将选择开关旋转到电阻挡“×10”的位置，再将两表笔分别接被测电阻的两根引线进行测量 D．将选择开关旋转到电阻挡“×10”的位置，将两表笔短接，进行欧姆调零后，再将两表笔分别接被测电阻的两根引线完成测量 ‎（2）如图所示，为一正在测量中的多用电表表盘。如果用电阻挡“×100”测量，则读数为________Ω。‎ ‎（3）乙同学利用多用电表测量图所示电路中小灯泡正常工作时的有关物理量。以下操作正确的是________。‎ ‎　‎ A．将选择开关旋转到合适电压挡，闭合开关，利用图甲的电路测量小灯泡两端的电压 B．将选择开关旋转到合适电阻挡，闭合开关，利用图甲的电路测量小灯泡的电阻 C．将选择开关旋转到合适电流挡，闭合开关，利用图乙的电路测量通过小灯泡的电流 D．将选择开关旋转到合适电流挡，把图乙中红、黑表笔接入电路的位置互换，闭合开关，测量通过小灯泡的电流 ‎（4）丙同学利用多用电表探测如图所示黑箱时发现：用直流电压挡测量，E、G两点间和F、G两点间均有电压，E、F两点间无电压；用电阻挡测量，黑表笔接E点，红表笔接F点，阻值很小，但反接阻值很大。那么该黑箱内元件的接法可能是下图中的________。‎ ‎ ‎ ‎【答案】（1）B（2）2 800 Ω（3）AC（4）B ‎（2）用电阻挡“×100”测量，由图示表盘示数可知，其读数为：28×100 Ω＝2 800 Ω。‎ ‎（3）多用电表一定是“红入黑出”，图甲是测电压，图乙是测电流，表笔位置正确。‎ ‎（4）用直流电压挡测量，E、G两点间和F、G两点间均有电压，说明E、G与F、G间可能有电源存在；用欧姆挡测量，因电流从黑表笔出来通过导体再从红表笔进入欧姆表，由二极管的单向导电性知，该黑箱内元件的接法可能是B。‎ 突破点三、用多用电表进行故障分析 ‎【题7】某同学在做“测电源的电动势和内阻”的实验中，串联了一只R0＝1.5 Ω的保护电阻，实验电路如图所示。则：‎ ‎（1）用完好的导线连好电路后，该同学闭合开关S，发现电流表示数为零，电压表示数不为零，检查各接线柱均未接错，且接触良好。他用多用电表的电压挡检查电路。‎ ‎①在使用多用电表前，发现指针不在左边“0”刻度线处，应先调整图中多用电表的____（选填“A”、“B”或“C”）。‎ ‎②将两表笔分别接a、b，b、c，d、e时，示数均为零，两表笔接c、d时，示数与电压表示数相同，由此可推断故障原因是_________________。‎ ‎（2）排除故障后，该同学顺利完成实验，测得下列数据，并且根据数据在坐标系中描出了对应的点，如图，请画出U－I图象。‎ I/A ‎0.10‎ ‎0.17‎ ‎0.23‎ ‎0.30‎ ‎0.40‎ U/V ‎1.20‎ ‎1.00‎ ‎0.80‎ ‎0.60‎ ‎0.55‎ ‎（3）由U－I图象求出实验中电源的电动势E＝_____V，内阻r＝________Ω。‎ ‎（4）本次实验产生系统误差的原因是_________。‎ ‎【答案】（1）A（2）见解析（3）1.5 V（1.42～1.56均可） 1.4 Ω（1.2～1.6均可）（4）误差原因来自电压表分流 ‎（2）由描点法得出U－I图象如图所示。‎ ‎（3）U－I图线是一条倾斜的直线，纵轴截距为电源电动势，所以E＝1.5 V（1.42～1.56均可）。‎ 图线的斜率的绝对值|k|＝||＝ Ω＝2.9 Ω 则内阻r＝（2.9－1.5） Ω＝1.4 Ω（1.2～1.6均可）。‎ ‎（4）由电路图可知，将保护电阻作为内阻处理后，可以视为相对电源的电流表外接法，电压表并联在电源两端，故误差原因来自电压表分流。‎