人教版高考物理一轮复习第8章恒定电流实验12用多用电表测量电学中的物理量学案含答案

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实验十二　用多用电表测量电学中的物理量授课提示：对应学生用书第170页一、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。二、实验原理与要求[基本实验要求]1．实验器材多用电表、电学黑箱、直流电源、开关、导线若干、小灯泡、二极管、定值电阻(大、中、小)三个。2．实验步骤(1)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。(2)机械调零：检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的零位置。若不指零，则可用小螺丝刀进行机械调零。(3)将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔。(4)测量小灯泡的电压和电流。①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。②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。(5)测量定值电阻①根据被测电阻的估计阻值，选择合适的挡位，把两表笔短接，观察指针是否指在欧姆表的“0”刻度，若不指在欧姆表的“0”刻度，调节欧姆调零旋钮，使指针指在欧姆表的“0”刻度处；②将被测电阻接在两表笔之间，待指针稳定后读数；③读出指针在刻度盘上所指的数值，用读数乘以所选挡位的倍率，即得测量结果；④测量完毕，拔出表笔，并将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡。[规律方法总结]1．使用多用电表的注意事项(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)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。(4)使用多用电表时，手不能接触表笔的金属杆，特别是在测电阻时，更应注意不要用手接触表笔的金属杆。(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)测电阻时每换一挡必须重新欧姆调零。(7)使用完毕，选择开关要置于交流电压最高挡或“OFF”挡。长期不用，应把表内电池取出。2．多用电表对电路故障的检测(1)断路故障的检测方法①将多用电表拨到直流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。若电压表示数等于电源电动势，则说明该部分电路中有断点。②将多用电表拨到直流电流挡作为电流表使用，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，若串联在电路中的电流表示数不为零，故障应是短路。授课提示：对应学生用书第171页命题点一　教材原型实验　多用电表的使用及注意事项[典例1]　(2021·山东潍坊检测)(1)用如图所示的多用电表测量电阻，要用到选择开关K和两个部件S、T。请根据下列步骤完成电阻测量：①旋动部件________，使指针对准电流的0刻线。②将K旋转到电阻挡“×100”的位置。③将插入“＋”“－”插孔的表笔短接，旋动部件________。使指针对准电阻的________(选填“0刻线”或“∞刻线”)。④将两表笔分别与待测电阻相接，发现指针偏转角度过小，为了得到比较准确的待测量结果，请从下列选项中挑出合理的步骤，并按________的顺序进行操作，再完成读数测量。A．将K旋转到电阻挡“×1 k”的位置B．将K旋转到电阻挡“×10”的位置C．将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接D．将两表笔短接，旋动合适部件，对电表进行校准(2)在使用多用电表的欧姆挡测量电阻时，下列说法正确的是________。A．双手捏住两表笔金属杆，测量值将偏小B．测量时发现指针偏离中央刻度过大，则必需减小倍率，重新调零后再进行测量C．选择“×100”倍率测量时发现指针位于20与30正中间，则测量值等于2 500 ΩD．欧姆表内的电池使用时间太长，虽然完成调零，但测量值将略偏大[解析]　(1)①电表使用前要调节指针定位螺丝，使指针指在电流的0刻线位置，故调节部件S；③欧姆表测量前要进行欧姆调零，故调节部件T(欧姆调零旋钮)使指针指向电阻0刻线；④指针偏转角度过小，说明电阻偏大，故需选择较大的倍率，每次换挡要重新调零然后测量电阻，故步骤为A、D、C。(2)双手捏住两表笔金属杆，人体与电阻并联，总电阻减小，测量值偏小，故A正确；测量时若发现指针向右偏离中央刻度过大，则必须减小倍率，若向左偏离中央刻度过大，则必须增大倍率，重新调零后再进行测量，故B错误；欧姆表刻度是左密右疏，选择“×100”倍率测量时发现指针位于20与30正中间，则测量值小于2 500 Ω，大于2 000 Ω，故C错误；欧姆表内的电池使用时间太长，电动势减小，内阻增大，电池电动势变小、内阻变大时，欧姆调零时，由于满偏电流Ig不变，由公式Ig＝eq \f(E,R内)，欧姆表内阻R内得调小，待测电阻的测量值是通过电流的示数体现出来的，由I＝eq \f(E,R内＋Rx)＝eq \f(IgR内,R内＋Rx)＝eq \f(Ig,1＋\f(Rx,R内))，可知当R内变小时，I变小，指针跟原来的位置相比偏左，欧姆表的示数偏大，故D正确。[答案]　(1)①S　③T　0刻线　④ADC　 (2)AD　多用电表的原理及读数[典例2]　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________(选填“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)[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，A错；使用欧姆挡时，需要红、黑表笔短接，使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置，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，由电表的改装原理可知，B端与“2”相连时，有I2＝IG＋eq \f(IGrG,R1＋R2)，解得R1＋R2＝160 Ω；B端与“4”相连时，多用电表为直流电压1 V挡，表头并联部分电阻R0＝eq \f(IGrG,I2)，R4＝eq \f(U4,I2)－R0＝880 Ω。(4)B端与“1”相连时，电表读数为1.45 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2.90 V。[答案]　(1)黑　(2)B　(3)160　880(4)1.45 mA　1.10×103 Ω　2.90 V规律总结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．多用电表的读数应注意的问题(1)欧姆表的读数：电阻值等于指针示数与所选倍率的乘积。(2)电压表、电流表的读数：要根据量程确定精确度，精确度是1、0.1时，要估读到最小分度的下一位，精确度是0.02、0.5、5时，估读到最小分度的所在位。命题点二　实验创新设计　实验目的创新[典例3]　(2019·高考全国卷Ⅲ)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________(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。[解析]　(1)欧姆表的中值刻度为欧姆表的内阻，即r＋R0＋RA＋R＝15 kΩ，解得R＝900 Ω。由于滑动变阻器R2的最大阻值为500 Ω，所以滑动变阻器选R1。(2)根据闭合电路欧姆定律，得Ia＝eq \f(E,R内＋Ra)和Ib＝eq \f(E,R内＋Rb)，代入数据解得Ra＝45 kΩ，Rb＝5 kΩ。(3)使用欧姆表测量电阻时，首先要进行电阻调零，此时应将红、黑表笔短接，调整滑动变阻器，使欧姆表指针指在0 kΩ上。电阻箱的阻值为(0.1×0＋1×0＋10×0＋100×0＋1 000×5＋10 000×3) Ω＝35 000.0 Ω。[答案]　(1)如图所示　900　R1(2)45　5　(3)0　35 000.0创新评价本实验创新点体现在由电表的使用变为欧姆表的设计并进行刻度和校准，属于多用电表的原理的迁移与拓展。　　实验目的创新[典例4]　如图1所示的黑箱中有三只完全相同的电学元件，小明使用多用电表对其进行探测。(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2中多用电表的________(选填“A”“B”或“C”)。(2)在用多用电表的直流电压挡探测黑箱a、b接点间是否存在电源时，一表笔接a，另一表笔应________(选填“短暂”或“持续”)接b，同时观察指针偏转情况。(3)在判定黑箱中无电源后，将选择开关旋至“×1”挡，调节好多用电表，测量各接点间的阻值。测量中发现，每对接点间正、反向阻值均相等，测量记录如下表。两表笔分别接a、b时，多用电表的示数如图2所示。请将记录表补充完整，并在黑箱图中画出一种可能的电路。[解析]　(1)多用电表使用前应进行机械调零，机械调零装置为A。(2)在用直流电压挡探测黑箱a、b接点间是否有电源时，一个表笔接a，另一个表笔应短暂接b，防止电流过大烧毁电表。(3)黑箱中无电源且每对接点间正、反阻值相等，故为电阻元件，由多用电表读数可知所缺数据为5.0 Ω。由a、b间电阻为5 Ω，a、c间为10 Ω，b、c间为15 Ω知，电路图如答案图所示。[答案]　(1)A　(2)短暂　(3)5.0　电路图如图创新评价本实验创新之处是利用多用电表探测黑箱内元件、检测电路故障，同时考查了多用电表的读数及电路设计。　　实验设计创新[典例5]　小明在实验室中发现一个外观上像电阻的未知元件D，设计了如图甲所示电路进行实验探究，请按要求回答问题：(1)小明按图甲连接好电路，闭合开关S，将滑动变阻器滑片缓慢地从a端移到b端，发现起始阶段电压表的示数逐渐增大，后续阶段电压表示数保持6 V不变，若D为电阻元件，则该过程中它的电阻值的变化情况可能是________。A．阻值一直为0B．阻值先不变，后续阶段变小C．阻值恒定且远大于R2D．阻值先不变，后阶段变大(2)根据元件D铭牌上的部分信息，小明从网络获知该元件为稳压二极管，它有正、负极之分，在电路中当D的正极接高电势时，其iu图线如图乙中OC所示；当D的负极接高电势时，其iu图线如图乙中OAB所示，其中AB段为D的稳压工作区，由此可判断图甲中D的黑色端是它的________极(选填“正”或“负”)。　(3)小明接着设计了用多用电表欧姆挡按图丙对该元件进行探究，图丙中虚线框部分是其内部等效电路，已知电源电动势E＝9 V，电表满偏电流Ig＝3 mA。实验时小明先进行欧姆调零，则调零后多用电表内部总电阻为________Ω；调零后按图丙连接元件D进行测量，若D恰好处于稳压工作区，则此时测得元件D的阻值应为________Ω。[解析]　(1)因在滑片移动过程中，发现起始阶段电压表的示数逐渐增大，后续阶段电压表示数保持6 V不变，则知元件阻值可能先不变，后续阶段变小，故B正确。(2)结合第(1)问中所给条件，可知D元件黑色部分为负极。(3)由R总＝eq \f(E,Ig)，解得R总＝3 000 Ω；D恰好处于稳压工作区时，其两端电压U＝6 V，而U＝eq \f(ERD,R总＋RD)，解得RD＝6 000 Ω。[答案]　(1)B　(2)负　(3)3 000(或3×103)　 6 000(或6×103)创新评价本实验创新之处体现在实验设计上，由多用电表原理与读数拓展为探究未知元件的特性，充分考查了对多用电表原理的理解。　 两表笔接的接点多用电表的示数a、b________ Ωa、c10.0 Ωb、c15.0 Ω