最新高考物理一轮突破实验十三 用多用电表测量电学中的物理量

实验十三　用多用电表测量电学中的物理量

【实验过程】

(1)实验前准备。

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。

(2)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。

(3)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。

(4)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，它的符号如图甲所示。

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，电阻较小，反之电阻很大，由此可判断出二极管的正、负极。

(5)用多用电表检测电路故障。

【数据处理】

1．测电阻时，电阻值等于指针的示数与倍率的乘积。指针示数的读数一般读两位有效数字。

2．测电压和电流时，如果所读表盘的最小刻度为1、0.1、0.01等，读数时应读到最小刻度的下一位；若表盘的最小刻度为0.2、0.02、0.5、0.05等，读数时只读到与最小刻度位数相同即可。

【误差分析】

1．系统误差：

(1)电池用旧后，电动势会减小，致使电阻测量值偏大，要及时更换新电池。

(2)测电流、电压时，由于电表内阻的影响，测得的电流、电压值均小于真实值。

2．偶然误差：

(1)欧姆表的表盘刻度不均匀，估读时易带来误差，要注意其左密右疏的特点。

(2)读数时易形成偶然误差，要垂直表盘正对指针读数。

(3)由于欧姆表刻度的非线性，表头指针偏转过大或过小都会使误差增大，因此要选用恰当挡位，使指针指中值附近。

【注意事项】

多用电表使用的“八大注意”

(1)使用前要机械调零。

(2)两表笔在使用时，电流总是“红进”“黑出”。

(3)选择开关的功能区域，要分清是测电压、电流还是电阻，还要分清是交流还是直流。

(4)电压、电流挡为量程范围挡，欧姆挡为倍率挡。

(5)刻度线有三条：上为电阻专用，中间为电流、电压直流、交流共用，下为电压交流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。

②两手一定不要同时接触两表笔金属杆。

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才为电阻阻值。

(7)测电学黑箱时，一定要先用大量程电压挡判断其内部有无电源，无电源方可用欧姆挡。

(8)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。

【实验创新】

　用多用电表能测量电压、电流、电阻，本实验的创新有三个视角。

视角一：不变装置变目的(检测电路故障)

视角二：不变装置变目的( 探测黑箱 )

视角三：不变目的变装置(电流表改装成欧姆表)

教材原型实验

【典例1】某探究小组进行“练习使用多用电表”的实验，请帮他们完成下列几个问题。

(1)如图甲是多用电表的刻度盘，当选用量程为0～50 mA的电流挡测量电流时，表针指示图示刻度，则所测电流为__________mA；当选用量程为0～250 V的电压挡测电压时，其示数为__________V。

(2)图乙是图甲中多用电表的简化电路图，当转换开关S旋转到位置3时，可用来测量__________；转换开关接2时，多用电表为一个倍率为“×10”的欧姆表，若图甲中E为该量程对应表盘刻度的中间位置，刻度值为15，则欧姆表内阻为__________Ω；若表头A的满偏电流为50 mA，则图乙中电源的电动势为__________V。

(3)将红、黑表笔分别插入正、负表笔插孔，将一个二极管的两极分别记作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。则该二极管的正极是__________(选填“a”或“b”)端。

创新型实验

类型一　不变装置变目的(检测电路故障)

【典例2】某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图甲所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15 mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。继电器的电阻约20 Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如表所示。

(1)提供的实验器材有：电源E1(3 V，内阻不计)、电源E2(6 V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200 Ω)、滑动变阻器R2(0～500 Ω)、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0～999.9 Ω)、开关S、导线若干。

为使该装置实现对30～80 ℃之间任一温度的控制，电源E应选用__________(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用__________(选填“R1”或“R2”)。

(2)实验发现电路不工作。某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图乙所示的选择开关旋至__________(选填“A”“B”“C”或“D”)。

(3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查。在图甲中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针__________(选填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针__________(选填“偏转”或“不偏转”)。

(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50 ℃时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是__________(填写各步骤前的序号)。

①将热敏电阻接入电路

②观察到继电器的衔铁被吸合

③断开开关，将电阻箱从电路中移除

④合上开关，调节滑动变阻器的阻值

⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 Ω

类型二　不变装置变目的(探测黑箱)

【典例3】(2021·潍坊模拟)如图所示，已知黑箱外有A、B、C三只接线柱，黑箱内有一只定值电阻和一个二极管，它们的两端都直接接在接线柱上。用多用电表依次测三只接线柱间的阻值，结果如表所示。请判定黑箱内的结构。

类型三　不变目的变装置　(电流表改装成欧姆表)

【典例4】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。

答案解析

教材原型实验

【典例1】某探究小组进行“练习使用多用电表”的实验，请帮他们完成下列几个问题。

(1)如图甲是多用电表的刻度盘，当选用量程为0～50 mA的电流挡测量电流时，表针指示图示刻度，则所测电流为__________mA；当选用量程为0～250 V的电压挡测电压时，其示数为__________V。

(2)图乙是图甲中多用电表的简化电路图，当转换开关S旋转到位置3时，可用来测量__________；转换开关接2时，多用电表为一个倍率为“×10”的欧姆表，若图甲中E为该量程对应表盘刻度的中间位置，刻度值为15，则欧姆表内阻为__________Ω；若表头A的满偏电流为50 mA，则图乙中电源的电动势为__________V。

(3)将红、黑表笔分别插入正、负表笔插孔，将一个二极管的两极分别记作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。则该二极管的正极是__________(选填“a”或“b”)端。

【解析】(1)当选用量程为0～50 mA的电流挡测量电流时，其分度值为1 mA，示数为31.0 mA；当选用量程为0～250 V的电压挡时，其分度值为5 V，示数为155 V。

(2)当转换开关S旋到位置3时，相当于给电流表加了一个分压电阻，可用来测量电压；转换开关接2时，由图甲所示，指针指在E处时，E处对应电阻为中值电阻，则欧姆表内阻为Rg＝150 Ω，由于表头A满偏电流为Ig＝50 mA，指针指E时，表头电流为I＝25 mA，由I＝，则电源电动势E＝I(R＋Rg)＝0.025×300 V＝7.5 V。

(3)二极管的正向电阻很小，反向电阻无穷大，红表笔接b端、黑表笔接a端时，电流从a端流入b端流出，指针偏转角很大说明电阻很小，故正极是a端。

答案：(1)31.0　155　(2)电压　150　7.5　(3)a

创新型实验

类型一　不变装置变目的(检测电路故障)

【典例2】某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图甲所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15 mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。继电器的电阻约20 Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如表所示。

(1)提供的实验器材有：电源E1(3 V，内阻不计)、电源E2(6 V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200 Ω)、滑动变阻器R2(0～500 Ω)、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0～999.9 Ω)、开关S、导线若干。

为使该装置实现对30～80 ℃之间任一温度的控制，电源E应选用__________(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用__________(选填“R1”或“R2”)。

(2)实验发现电路不工作。某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图乙所示的选择开关旋至__________(选填“A”“B”“C”或“D”)。

(3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查。在图甲中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针__________(选填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针__________(选填“偏转”或“不偏转”)。

(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50 ℃时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是__________(填写各步骤前的序号)。

①将热敏电阻接入电路

②观察到继电器的衔铁被吸合

③断开开关，将电阻箱从电路中移除

④合上开关，调节滑动变阻器的阻值

⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 Ω

【解析】(1)为保持继电器的灵敏度，即电路中的电流易超过 15 mA，应选电动势大的电源E2；当温度为80 ℃时，滑动变阻器接入电路的最小电阻为R＝－Rt＝350.9 Ω，故滑动变阻器应选R2。

(2)因电路中有电源，排查电路故障应选用多用电表的直流电压挡，故选C。

(3)只有b、c间断路，表笔接入a、b间时，电表与电源之间不能形成闭合电路，则电表指针不偏转，表笔接入a、c间时，能形成闭合电路，电表指针发生偏转。

(4)欲使衔铁在50 ℃被吸合，由表中数据可知，此时热敏电阻的阻值为108.1 Ω，操作步骤应是先断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 Ω，闭合开关，调节滑动变阻器的阻值，观察到继电器的衔铁被吸合，然后断开开关，将电阻箱从电路中移除，再将热敏电阻接入电路原位置，故步骤顺序应为⑤④②③①。

答案：(1)E2　R2　(2)C　(3)不偏转　偏转

(4)⑤④②③①

　【创新解读】　(1)本实验利用多用电表检查电路故障，同时考查热敏电阻的特性。

(2)电路中有电源，选用多用电表的直流电压挡进行排查。

类型二　不变装置变目的(探测黑箱)

【典例3】(2021·潍坊模拟)如图所示，已知黑箱外有A、B、C三只接线柱，黑箱内有一只定值电阻和一个二极管，它们的两端都直接接在接线柱上。用多用电表依次测三只接线柱间的阻值，结果如表所示。请判定黑箱内的结构。

【解析】先由二极管的反向截止的性质分析，由表可知，接BC和CB时测量结果不同，故在BC间一定有二极管存在；同理可知在AC间也有二极管存在，并且AC间的正向电阻大于BC之间的正向电阻，说明AC间包含电阻；而接AB和BA时电阻不变，故说明AB间只有电阻，BC间接二极管。所以黑箱内的结构为：

答案：见解析

　【创新解读】　(1)通过探讨黑箱问题考查考生对多用电表的理解和应用。

(2)考查了二极管的单向导电性。

类型三　不变目的变装置　(电流表改装成欧姆表)

【典例4】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)将电源与电流表、定值电阻R0以及滑动变阻器R串联起来即可将电流表改装为欧姆表；将红、黑表笔短接时，滑动变阻器接入电路的电阻应该满足使电流表恰好达到满偏电流，由闭合电路欧姆定律，有Ig＝，则R＝－(Rg＋R0＋r)＝900 Ω，故滑动变阻器应选择R1。

(2)当电路中的电流为25 μA时，电路中的总电阻R总＝＝60 kΩ，则接入电路的阻值即a处的电阻刻度R′＝R总－(Rg＋R0＋r＋R)＝45 kΩ，同理可得b处的电阻刻度R″＝－(Rg＋R0＋r＋R)＝5 kΩ。

(3)红、黑表笔短接的目的是进行欧姆调零，即使欧姆表指针指向0 kΩ处；图(c)中×10 k的旋钮指向3，×1 k的旋钮指向5，其余旋钮都指向0处，故读数为35 000.0 Ω。

答案：(1)如图所示　900　R1

(2)45　5　(3)0　35 000.0

　【创新解读】　(1)本实验将定值电阻和小量程电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准，全面考查考生对多用电表的理解。