(新高考)高考物理一轮复习课时练习第9章实验十二《用多用电表测量电学中的物理量》(含解析)

这是一份(新高考)高考物理一轮复习课时练习第9章实验十二《用多用电表测量电学中的物理量》(含解析)，共12页。试卷主要包含了欧姆表原理，多用电表，二极管的单向导电性等内容，欢迎下载使用。

一、欧姆表原理(多用电表测电阻原理)
1.构造
如图1所示，欧姆表由电流表G、电池、调零电阻R和红、黑表笔组成。
,图1)
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
闭合电路欧姆定律I＝eq \f(E,Rg＋R＋r＋Rx)。
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＝eq \f(Ig,2)时，Rx＝Rg＋R＋r，此电阻值等于欧姆表的内阻值，Rx叫中值电阻。
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2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。
图2
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)。
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3甲所示。
图3
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。
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，则可用小螺丝刀调节定位螺丝，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4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。
图4
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，将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡。
1.多用电表使用注意事项
(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)测电阻时每换一次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用直流电压挡
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(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。
(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。
命题点一 多用电表的原理
【例1】 (2019·全国卷Ⅲ，23)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。
甲
(1)欧姆表设计
将图5甲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________(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，如图乙所示。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________、________。
乙
(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丙所示，则电阻箱接入的阻值为________Ω。
丙
图5
答案 (1)如图所示 900 R1 (2)45 kΩ 5 kΩ (3)0 35 000.0
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刻度上。电阻箱的阻值为35 000.0 Ω。
【变式1】 (2017·全国卷Ⅲ，23)图6甲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。
图6
(1)图甲中的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乙所示。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 (2)B (3)160 880 (4)1.41 mA
1.10×103 Ω 2.82 V
解析 (1)与欧姆表内电源正极相连的是黑表笔。
(2)R6是可变电阻，它的作用就是欧姆表调零的作用，也就是使用欧姆挡时，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。
(3)换挡开关接2时，是量程较小的电流表，所以
R1＋R2＝eq \f(IgRg,I－Ig)＝160 Ω；
换挡开关接4时，是量程较小的电压表，这时表头与R1、R2并联组成新表头，新表头的内阻
r＝eq \f(（R1＋R2）Rg,R1＋R2＋Rg)＝120 Ω，
新表头的量程是1 mA，所以
R4＝eq \f(U1,I1)－r＝eq \f(1,1×10－3) Ω－120 Ω＝880 Ω
(4)某次测量时该多用电表指针位置如图乙所示。若此时B端与“1”相连，则多用电表是量程为2.5 mA的电流表，则读数为1.41 mA；若此时B端与“3”相连接，多用电表是欧姆×100 Ω挡，则读数为11.0×100 Ω即1.10×103 Ω；若此时B端与“5”相连接，多用电表是量程为5 V电压表，则读数为2.82 V。
命题点二 多用电表的使用和读数
【例2】 (2020·广东佛山市二模)小明手里有一块多用电表A，其功能完好，但刻度值已不清晰。他想通过实验测定该多用表(简称A表，下同)“×10 Ω”挡欧姆调零后的内阻R0和内置电源的电动势E。
他找来了另一个多用电表B(简称B表，下同)、一个电阻箱、一个开关和若干导线作为实验的器材。
图7
实验的操作如下：
(1)小明将A表调到“×10 Ω”挡，将B表调到“mA”挡，准备如图7甲将所有的器材串联起来作为实验电路。请你在图中连好剩余的导线。
(2)先使用B表的电流挡测量A表“×10 Ω”挡的满偏电流。将电阻箱阻值调为0，将A表调到欧姆挡“×10 Ω”挡位置。几次试测后，确定B表应使用“10 mA”挡，调节A表的欧姆调零旋钮直至A表满偏，此时B表的读数如图乙所示，记录下B表读数为__________ mA。
(3)断开开关，保持A、B表挡位不变，将A表__________短接进行欧姆调零，然后重新连入原来电路。
(4)调节电阻箱，闭合开关，当B表读数为6.0 mA时，读出电阻箱阻值为R1；继续调节电阻箱阻值，当B表读数为4.0 mA时，读出电阻箱阻值为R2；
(5)断开电路，整理器材。
(6)数据处理。根据以上测量数据，可算出A表“×10 Ω”挡内置电源的电动势E＝__________ V，A表“×10 Ω”挡欧姆调零后的内阻R0＝__________ Ω，B表量程“10 mA”挡的内电阻RB＝__________ Ω。(以上3空的结果用R1、R2表示)
答案 (1)连线图见解析 (2)8.0 (3)红、黑表笔
(6)eq \f(3（R2－R1）,250) eq \f(3（R2－R1）,2) eq \f(R2－3R1,2)
解析 (1)电路连线如图。
(2)因为B表应使用“10 mA”挡，则B表读数为8.0 mA。
(3)断开开关，保持A、B表挡位不变，将A表红黑表笔短接进行欧姆调零，然后重新连入原来电路。
(6)设电表A欧姆×10挡的内阻为R0，则有
I0＝eq \f(E,R0)＝8 mA
设电表B量程为10 mA挡的内阻为RB，
eq \f(E,R0＋RB＋R1)＝6 mA
eq \f(E,R0＋RB＋R2)＝4 mA
解得E＝eq \f(3（R2－R1）,250) V
R0＝eq \f(3（R2－R1）,2) Ω
RB＝eq \f(R2－3R1,2) Ω。
【变式2】 (2020·北京市昌平区二模练习)用如图8所示的多用电表测量定值电阻。
图8
(1)待测电阻的阻值约为20 Ω，测量步骤如下：
①调节指针定位螺丝，使多用电表指针对准__________(选填“直流电流、电压”或“电阻”)“0”刻线。
②将选择开关转到电阻挡的__________(选填“×1”“×10”或“×100”)的位置。
③将红、黑表笔插入“＋”、“－”插孔，并将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使电表指针对准电阻的__________(选填“0刻线”或“∞刻线”)。
④将两表笔分别与待测电阻相接，读取数据。
(2)测量后需要继续测量一个阻值大约是2 kΩ左右的电阻。在红黑表笔接触这个电阻两端之前，请从下列选项中挑出必要的步骤，并按__________的顺序进行操作，再完成读数测量。
A.调节定位指针螺丝，使多用电表指针对准“0”刻线
B.将红黑表笔接触
C.把选择开关旋转到“×1 k”位置
D.把选择开关旋转到“×100”位置
E.调节欧姆调零旋钮，使电表指针对准电阻的“0”刻线
答案 (1)①直流电流、电压 ②×1 ③0刻线 (2)DBE
解析 (1)①调节指针定位螺丝，进行机械调零，使多用电表指针对准直流电流、电压“0”刻线。
②因待测电阻约为20 Ω，则将选择开关转到电阻挡的“×1”的位置。
③将红、黑表笔插入“＋”、“－”插孔，并将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使电表指针对准电阻的“0刻线”。
(2)测量后要继续测量一个阻值大约是2 kΩ左右的电阻，则需先将选择开关旋转到“×100”位置，然后两表笔短接调零，使电表指针对准电阻的“0”刻线。故为D、B、E。
命题点三 多用电表的应用
【例3】 (2020·东北三省三校第二次联考)如图9甲所示，某叠层电池是由多块干电池块串联在一起组成，它与普通干电池性质相似。现用该电池与表头、滑动变阻器组装成一个×10 k倍率的欧姆表，其原理图如图乙所示。为了将表头电流刻度改为电阻刻度，该同学进行了如下操作：
①将两表笔短接，调整滑动变阻器，使表头指针指到右侧“0”刻度线处；
②在两表笔间接入电阻箱，调节电阻箱阻值为150 kΩ时，表头示数为30 μA；再调节电阻箱阻值为450 kΩ时，表头示数为15 μA。
根据以上信息，回答下列问题：
(1)图乙中a表笔是____________(填“红表笔”或“黑表笔”)；
(2)叠层电池的电动势为__________ V，改装的欧姆表内阻是________ kΩ，表头的满偏电流Ig＝________ μA；
(3)将电流刻度改为电阻刻度，电流为7.5 μA处对应的电阻值为__________ kΩ。
图9
答案 (1)红表笔 (2)9 150 60 (3)1 050
解析 (1)因为a表笔与电源负极相连，故是红表笔。
(2)根据闭合电路欧姆定律可知，设欧姆表内阻为r，有E＝I(Rx＋r)，即
E＝30×10－6×(150×103＋r)
E＝15×10－6×(450×103＋r)
联立解得E＝9 V，r＝150 kΩ
表头满偏电流Ig＝eq \f(E,r)＝60 μA。
(3)电流为7.5 μA处对应的电阻值为
Rx＝eq \f(E,I)－r＝1 050 kΩ。
【变式3】 (2020·北京市海淀区上学期期末)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。
图10
(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大，如图10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______的挡位(选填“×10”或“×1 k”)；并把两支表笔直接接触，调整“欧姆调零旋钮”，使表针指向______ Ω。调整好此挡位的欧姆表后再正确测量上述未知电阻，表针指在如图中虚线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“×10”挡来探测一只二极管的正、负极(如图11所示)。当两表笔分别接二极管的正、负极时，发现表针几乎不发生偏转(即表示电阻接近无限大)；再将两表笔与二极管两极的连接情况对调，发现表针指在如图中的虚线①的位置，此时红表笔接触的是二极管的______极(选填 “正”或“负”)。
图11
答案 (1)×10 0 160 (2)负
解析 (1)指针偏转角度过大，说明待测量的阻值较小，所以更换较小的“×10”挡位；欧姆调零的目的是需要将指针调至欧姆表盘的0刻度位置，即使指针指向0 Ω；欧姆挡读数需要用刻度值乘以倍率16×10 Ω＝160 Ω。
(2)红表笔与欧姆挡内部的电源负极相连，根据题意可知二极管的电阻较小，此时电流从二极管的正极流入，负极流出，所以红表笔接触的是二极管的负极。