(全国版)高考物理一轮复习讲义第9章 实验十一 练习使用多用电表(含解析)

实验十一　练习使用多用电表

目标要求　1.了解多用电表的构造和工作原理.2.会用多用电表测量电压、电流.3.测量定值电阻和二极管的正负极.4.会用多用电表进行简单的电路故障分析．

实验技能储备

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．

图1

(2)外形如图1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)．

2．用多用电表测量小灯泡的电压和电流

按如图2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．

3．用多用电表测定值电阻的阻值

(1)原理

(2)测量步骤

①估测待测电阻值．

②欧姆挡调零．

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”挡或交流电压最高挡，长期不用应取出电池．

(3)注意事项

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，机械调零对应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，欧姆调零对应的是欧姆调零旋钮．

②使指针指在中值附近，否则换挡．

③测电阻时每换一次挡必须重新欧姆调零．

④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．

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3所示，左端为正极，右端为负极．

图3

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)用多用电表测二极管的正、反向电阻

①测二极管正向电阻：将多用电表的选择开关选至低倍率的欧姆挡，欧姆调零之后将黑表笔接触二极管的正极，红表笔接触二极管的负极(如图4甲)．

②测二极管反向电阻：将多用电表的选择开关选至高倍率的欧姆挡，欧姆调零之后将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)．

图4

使用二极管前，常常需要辨明它的正负极，若标识模糊，可用欧姆表测量两个方向的电阻判断二极管的正负极．

考点一　教材原型实验

　　　　　 欧姆表的原理和使用

例1　图5(a)为多用电表的示意图，其中S、K、T为三个可调节的部件，现用此电表测量一阻值约1 000 Ω的定值电阻．

图5

(1)测量的某些操作步骤如下：

①调节可调部件________，使电表指针停在________(选填“电流0刻度”“欧姆0刻度”)位置．

②调节可调部件K，使它的尖端指向________(选填“×1 k”“×100”“×10”“×1”)位置．

③将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔，笔尖相互接触，调节可调部件________，使电表指针指向________(选填“电流0刻度”“欧姆0刻度”)位置．

④将红、黑表笔笔尖分别接触待测电阻的两端，当指针稳定后，读出表头的示数，如图(b)所示，再乘以可调部件K所指的倍率，得出该电阻的阻值Rx＝________.

⑤测量完毕，应调节可调部件K，使它的尖端指向“OFF”或交流电压“×500”位置．

(2)欧姆挡进行调零后，用“×10”挡测量另一个阻值未知的电阻，发现指针偏转角度很小，则下列说法和做法中正确的是________．

A．这个电阻的阻值较小

B．这个电阻的阻值较大

C．为测量更准确些，电表应当换用欧姆“×1”挡，并且重新调零后进行测量

D．为测量更准确些，电表应当换用欧姆“×100”挡，并且重新调零后进行测量

答案　(1)①S　电流0刻度　②×100　③T　欧姆0刻度　④1 100 Ω　(2)BD

　　　　　 多用电表的原理和使用

例2　(2017·全国卷Ⅲ·23)图6(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．

图6

(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　(2)B　(3)160　880　(4)1.47 mA

1．10 kΩ　2.94 V

解析　(1)当B端与“3”连接时，内部电源与外部电路形成闭合回路，电流从A端流出，故A端与黑色表笔相连接．

(2)在使用多用电表之前，调整表头指针定位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后的总电阻为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.

　　　　　 使用多用电表测量二极管

例3　(2020·浙江名校协作体模拟)钱华同学的爸爸是个电气工程师，钱华经常看到爸爸用多用电表进行一些测量．在高中物理课堂上学习了多用电表的用法之后，爸爸给他出了一道题目，让他通过测量找到发光二极管的负极．

(1)钱华同学做了如下两步具体的操作：第一，将多用电表选择开关旋转到电阻挡的“×1”挡，经过________之后，他把红表笔接在二极管的短管脚上，把黑表笔接在二极管的长管脚上，发现二极管发出了耀眼的白光；然后他将两表笔的位置互换以后，发现二极管不发光．这说明二极管的负极是________(选填“长管脚”或“短管脚”)所连接的一极．

(2)钱华同学的好奇心一下子就被激发起来了，他琢磨了一下，然后又依次用电阻挡的“×1挡”、“×10挡”、“×100挡”、“×1 k挡”分别进行了二极管导通状态的准确的测量，他发现二极管发光的亮度越来越________(选填“大”或“小”)，请帮助他分析一下具体的原因：_____________________________________________________________

答案　(1)欧姆调零　短管脚　(2)小　原因见解析

解析　(1)在测量电阻时，选择挡位后首先要进行欧姆调零；二极管发光时处于正向导通状态，因为黑表笔所接的长管脚为二极管的正极，故短管脚为负极．

(2)从×1挡、×10挡、×100挡到×1 k挡，多用电表的内阻越来越大，根据闭合电路欧姆定律I＝可知，通过二极管的电流越来越小，根据P＝I2R可知二极管的亮度越来越小．

1.如图7是一个多用电表欧姆挡内部电路示意图．电流表满偏电流为0.5 mA，内阻为10 Ω；电池电动势为1.5 V，内阻为1 Ω；滑动变阻器阻值为0～5 000 Ω.

图7

(1)该欧姆表的刻度值是按电池电动势为1.5 V标定的，当电池的电动势下降到1.45 V、内阻增大到4 Ω时仍可调零，调零后R0的阻值将变________(选填“大”或“小”)；若测得某电阻阻值为300 Ω，则这个电阻的真实值是________ Ω.

(2)该欧姆表换了一个电动势为1.5 V、内阻为10 Ω的电池，调零后测量某电阻的阻值，其测量结果________(选填“偏大”“偏小”或“准确”)．

答案　(1)小　290　(2)准确

解析　(1)电池的电动势减小、内阻增大时，要使表头的示数仍为原来的大小，则R0的阻值应该变小；因为该欧姆表的刻度值是按电池电动势为E＝1.5 V设置的，所以测得某电阻阻值为300 Ω时，电流表中的电流I＝，其中RΩ＝，当电池电动势下降到E′＝1.45 V时，此时欧姆表内阻RΩ′＝，由闭合电路欧姆定律得I＝，解得真实值R′＝290 Ω.

(2)若电池的内阻变大，欧姆调零后的中值电阻不变，故测量的结果仍是准确的．

考点二　拓展创新实验

　　　　　 欧姆表检测电路故障

断开电路，用多用电表的欧姆挡测量待测部分的电阻，若检测部分示数正常，说明两点间电路正常；若检测部分电阻很小(几乎为零)，说明该部分短路；若检测部分指针几乎不动，说明该部分有断路．

例4　(1)某同学按如图8所示的电路图连接元件后，闭合开关S，发现A、B灯都不亮．该同学用多用电表的欧姆挡检查电路的故障．检查前，应将开关S________.(选填“闭合”或“断开”)

图8

(2)若(1)中同学检查结果如表所示，由此可以确定________．

A.灯A断路

B．灯B断路

C．灯A、B都断路

D．d、e间导线断路

答案　(1)断开　(2)D

解析　(1)用欧姆挡检查电路需将电路断开．

(2)b、f之间电阻无穷大说明b、f间有断路，b、e之间电阻无穷大说明b、e间有断路，d、e之间电阻无穷大说明d、e间有断路，b、d间电阻有一定的数值，说明b、d间没有断路，所以断路在d、e之间．

　　　　　 组装欧姆表

例5　(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．

图9

(1)欧姆表设计

将图9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10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________、________.

图10

(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11所示，则电阻箱接入的阻值为________ Ω.

图11

答案　(1)如图所示　900　R1

(2)45　5　(3)0　35 000.0

解析　(1)由题知当两表笔间接入15 kΩ的电阻时，电流表示数为50 μA，由闭合电路欧姆定律有＝，代入数据解得R＝900 Ω，所以滑动变阻器选择R1.

(2)欧姆表的内阻Rg′＝Rg＋r＋R0＋R＝15 kΩ，当电流为25 μA时，有＝，可得Rx′＝45 kΩ；当电流为75 μA时，有＝，可得Rx″＝5 kΩ.

(3)红、黑表笔短接，调节滑动变阻器，使欧姆表指针指向0 kΩ处．题图中电阻箱读数为35 000.0 Ω.

2．(2019·安徽皖江名校联盟摸底大联考)某实验小组在练习使用多用电表时，他们正确连接好电路如图12甲所示．闭合开关S后，发现无论如何调节电阻箱R0，灯泡都不亮，电流表无读数，他们判断电路可能出现故障．经小组讨论后，他们尝试用多用电表的欧姆挡来检测电路．已知保护电阻R＝15 Ω，电流表量程为0～50 mA.操作步骤如下：

图12

①将多用电表挡位调到欧姆×1挡，再将红、黑表笔短接，进行欧姆调零；

②断开图甲电路开关S，将多用电表两表笔分别接在a、c上，多用电表的指针不偏转；

③将多用电表两表笔分别接在b、c上，多用电表的示数如图乙所示；

④将多用电表两表笔分别接在c、e上，调节R0＝20 Ω时，多用电表示数如图丙所示，电流表的示数如图丁所示．

回答下列问题：

(1)图丙中的多用电表读数为________ Ω；图丁中的电流表读数为________ mA.

(2)操作步骤④中，多用电表红表笔应接________(选填“c”或“e”)点．

(3)电路的故障可能是________．

A．灯泡短路   B．灯泡断路

C．保护电阻R短路   D．保护电阻R断路

(4)根据以上实验得出的数据，同学们还计算出多用电表内部电源的电动势E′＝______ V(结果保留三位有效数字)．

答案　(1)24　38.0　(2)e　(3)B　(4)1.48

解析　(1)欧姆表的读数为24×1 Ω＝24 Ω，电流表的最小分度是1 mA，需估读到0.1 mA，所以图丁中的电流表读数为38.0 mA.(2)根据电流必须从电流表正接线柱流入，电流从欧姆表的红表笔流入，黑表笔流出，电路中电流表在e端为负极，即电流经过电流表的方向为d→e，则操作步骤④中，多用电表黑表笔应接c点，红表笔应接e点．(3)将多用电表两表笔分别接在a、c上，多用电表的指针不偏转，说明ac间有断路．将多用电表两表笔分别接在b、c上，多用电表的示数不为零，所以电路的故障是灯泡断路．(4)由操作步骤③中多用电表指针正好指在中间刻度，根据欧姆表的中值电阻等于其内阻，则知欧姆表的内阻为R欧＝15 Ω.操作步骤④中，根据闭合电路欧姆定律得：I＝，又R0＋RmA＝24 Ω，故E′＝I(R0＋RmA＋R欧)＝38.0×10－3×(24＋15) V≈1.48 V.