高中物理高考 新课标2020年高考物理一轮总复习实验十一练习使用多用电表

实验十一　练习使用多用电表

[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．

[实验原理]

1．外部构造(如图所示)

(1)转动选择开关可以使用多用电表测量电流、电压、电阻等．

(2)表盘的上部为表头，用来表示电流、电压和电阻的多种量程．

2．欧姆表原理

(1)内部电路简化如图所示．

(2)根据闭合电路欧姆定律：

①当红、黑表笔短接时，Ig＝；

②当被测电阻Rx接在红、黑表笔两端时，I＝；

③当I中＝Ig时，中值电阻R中＝Rg＋R＋r.

[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．

热点一　考查多用电表的原理及读数

[典例1]　(2017·全国卷Ⅲ)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)．

解析：(1)与多用电表内电源正极相连的是黑表笔．

(2)R6是可变电阻，它的作用是欧姆表调零，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．故选B.

(3)B端与“2”相连时，是量程较小的电流表，所以R1＋R2＝＝160 Ω；B端与“4”相连时，是量程较小的电压表，所以R4＝＝880 Ω.

(4)若此时B端与“1”相连，多用电表是量程为2.5 mA的电流表，则读数为1.47 mA；若此时B端与“3”相连，多用电表是欧姆×100 Ω挡，则读数为11×100 Ω＝1.10×103 Ω；若此时B端与“5”相连，多用电表是量程为5 V的电压表，则读数为2.95 V.

答案：(1)黑　(2)B　(3)160　880　(4)1.47 mA(或1.48 mA)　1.10×103 Ω　2.95 V

1．(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    (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，为了得到此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)如图所示，为多用电表的表盘，测电阻时，若用的是“×100”挡，这时指针所示被测电阻的阻值应为    Ω；测直流电流时，用的是100 mA的量程，指针所示电流值为   mA；测直流电压时，用的是50 V量程，则指针所示的电压值为    V.

解析：(1)电表使用前要调节调零旋钮，使指针指在0刻线位置，故旋动S旋钮．

(3)欧姆表测量前要进行欧姆调零，故调节T旋钮使指针指向电阻0刻线．

(4)指针偏转度过小，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ADC.

(5)①欧姆表读数＝刻度盘读数×倍率＝16×100 Ω＝1 600 Ω；②选用量程为100 mA的电流挡，读数选取中间刻度第二排，读数为48 mA，选用量程为50 V的电压挡，读数选取中间刻度第二排，读数为24 V.

答案：(1)①S　③T　0刻线　④ADC   (2)1 600　48　24

[反思总结]

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，电阻零刻度与电流、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指针示数的读数一般取两位有效数字．

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．

热点二　多用电表的使用

[典例2]　某同学为了将一量程为3 V的电压表改装成可测量电阻的仪表——欧姆表．

(1)先用如图a所示电路测量该电压表的内阻，图中电源内阻可忽略不计，闭合开关，将电阻箱阻值调到3 kΩ时，电压表恰好满偏；将电阻箱阻值调到12 kΩ时，电压表指针指在如图b所示位置，则电压表的读数为    V．由以上数据可得电压表的内阻RV＝    kΩ.

(2)将图a的电路稍作改变，在电压表两端接上两个表笔，就改装成了一个可测量电阻的简易欧姆表，如图c所示，为将表盘的电压刻度转换为电阻刻度，进行了如下操作：闭合开关，将两表笔断开，调节电阻箱，使指针指在“3.0 V”处，此处刻度应标阻值为    (填“0”或“∞”)；再保持电阻箱阻值不变，在两表笔间接不同阻值的已知电阻找出对应的电压刻度，则“1 V”处对应的电阻刻度为    kΩ.

(3)若该欧姆表使用一段时间后，电池内阻不能忽略且变大，电动势不变，但将两表笔断开时调节电阻箱，指针仍能满偏，按正确使用方法再进行测量，其测量结果将    ．

A．偏大　 B．偏小　

C．不变　 D．无法确定

解析：(1)由图(b)所示电压表表盘可知，其分度值为0.1 V，示数为1.50 V；电源内阻不计，由图a所示电路图可知，电源电动势E＝U＋IR＝U＋R，由题意可知E＝3＋×3 000，E＝1.5＋×12 000，解得RV＝6 000 Ω＝6 kΩ，E＝4.5 V.

(2)两表笔断开，处于断路情况，相当于两表笔之间的电阻无穷大，故此处刻度应标阻值为∞，当指针指向3 V时，电路中的电流为Ig＝  A＝0.000 5 A，此时滑动变阻器的阻值为R＝ Ω＝3 kΩ，当电压表示数为1 V时，有1＝，解得Rx＝1 kΩ.

(3)根据闭合电路欧姆定律可知电池新时有

Ig＝＝，

测量电阻时电压表示数为U＝，

欧姆表用一段时间调零时有Ig＝，

测量电阻时U＝，

比较可知r＋R＝r′＋R′，所以若电流相同则R′x＝Rx，即测量结果不变，C正确．

答案：(1)1.50　6　(2)∞　1　(3)C

2．小明同学想测量一节旧干电池的电动势和内电阻，身边仅有下列器材：一个多用电表、一个定值电阻R1、一个滑动变阻器R2(0～20 Ω)、一个开关S、导线若干．小明设计了实验原理图(如图甲所示)，并进行了如下实验：

甲

①根据原理图，连接实验器材，且S断开；

②多用电表选择欧姆表的“×1”挡，先    ，后用红表笔接a端，黑表笔接b端，记录下R1示数(如图乙所示)；

③S闭合，多用电表选择“直流电压2.5 V”挡，    表笔接a端，    表笔接b端(填“红”或“黑”)，记录下示数U1，然后再测出b、c间的电压，记录下示数U2；

④调节滑动变阻器，重复步骤③，得到如下表所示的6组数据．

(1)请你完成上述操作步骤中的三处填空；

(2)由图乙可知R1测量值为    Ω；

(3)请在如图丙所示的坐标纸中画出U2－U1关系图；

(4)该电池的内电阻为    Ω.(保留两位有效数字)

解析：(1)运用多用电表欧姆挡测电阻要先进行欧姆调零，测直流电压要“红正黑负”，红表笔接a端，黑表笔接b端．

(2)因多用电表选择欧姆表的“×1”挡，由题图可知R1测量值为8 Ω.

(3)U2－U1关系图如图所示．

(4)由闭合电路欧姆定律可知E＝U1＋U2＋r，所以U2＝E－U1－r＝E－(1＋)U1；由图可知1＋＝，解得r＝4.0 Ω.

答案：(1)②欧姆调零　③红　黑　(2)8　(3)图见解析

(4)4.0

1．(1)在“练习使用多用电表”的实验中，某同学用多用电表的欧姆挡测量阻值约为十几千欧的电阻Rx.

(1)该同学列出了以下可能的操作步骤，其中S为选择开关，P为欧姆挡调零旋钮，把你认为正确步骤前的字母按合理的顺序填写在横线上：    .

A．将两表笔短接，调节P使表针指向欧姆零点，断开两表笔

B．将两表笔分别连接到被测电阻的两端，读出Rx的阻值后，断开两表笔

C．旋转S至×1k位置     D．旋转S至×100位置

E．旋转S至OFF位置，并拔出两表笔

(2)该同学按正确的步骤测量Rx，表针位置如图所示，被测电阻Rx的阻值约为     Ω.

解析：(1)欧姆表每次使用应该先选挡位，然后欧姆调零，最后测量，欧姆表指针指在中间附近时，读数最准确，故即选“×1k”挡，欧姆调零，测量读数；最后旋到交流电压最大挡或OFF位置，防止漏电，故在用红、黑表笔接触这个电阻两端之前，操作步骤必需的是：选挡和欧姆调零，故有用的操作顺序为：CABE.

(2)欧姆表的示数乘以相应挡位的倍率即为待测电阻的阻值，即为14×1 000＝1.4×104 Ω.

答案：(1)CABE　(2)1.4×104

2．某同学制作了一个简单的多用电表，图甲为电表的电路图．已知选用的电流表内阻Rg＝5 Ω、满偏电流Ig＝25 mA，当选择开关接3时为量程100 V的电压表．该多用电表表盘如图乙所示，下排刻度均匀，C为上排刻度线的中间刻度，由于粗心，上排刻度线对应数据没有标出．

(1)若指针指在图乙所示位置，选择开关接1时其读数为    ；选择开关接3时其读数为    ．

(2)为了测该多用电表电阻挡的电阻和表内电源的电动势，这位同学在实验室找到了一个电阻箱，设计了如下实验：

①将选择开关接2，红黑表笔短接，调节R1的阻值使电表指针满偏；

②将电表红黑表笔与电阻箱相连，调节电阻箱使电表指针指C处，此时电阻箱的示数如图丙，则C处刻度应为     Ω；

③计算得到多用电表内电池的电动势为     V；(保留两位有效数字)

(3)调零后将电表红黑表笔与某一待测电阻相连，若指针在图乙所示位置，则待测电阻的阻值为     Ω.(保留两位有效数字)

解析：(1)选择开关接1时测电流，其分度值为0.5 mA，示数为17.3 mA；选择开关接3时测电压，其分度值为2 V，其示数为69 V；

(2)②由图丙所示电阻箱可知，电阻箱示数为0×1 000 Ω＋1×100 Ω＋5×10 Ω＋0×1 Ω＝150 Ω；

(3)由图乙所示可知，指针指在C处时，电流表示数为12.5 mA＝0.0125 A，C处电阻为中值电阻，则电表内阻为150 Ω，电源电动势E＝I(R＋r)＝0.0125×(150＋150) V＝3.8 V；

(3)根据第(1)问可知，表头所示电流为17.3 mA；调零后将电表红黑表笔与某一待测电阻相连，此时电路中的电流值也为17.3 mA，而表内电池的电动势为E＝3.8 V，表内总电阻为150 Ω，由欧姆定律可知R＝(－150) Ω≈70 Ω，所以待测电阻的阻值为70 Ω.

答案：(1)17.3 mA(17.2～17.4 mA)　69 V

(2)②150　③3.8　(3)70(67～71)

3．现有一满偏电流为500 μA、内阻为1.0×103 Ω的电流表，某同学想把它改装成中值电阻为500 Ω的欧姆表，实验室提供如下器材：

A．一节干电池(电动势为1.5 V，内阻不计)

B．电阻箱R1(最大阻值99.99 Ω)

C．电阻箱R2(最大阻值999.9 Ω)

D．滑动变阻器R3(0～100 Ω)

E．滑动变阻器R4(0～1 kΩ)

F．导线若干及两个接线柱

(1)由于电流表的内阻较大，该同学先把电流表改装成量程为0～3.0 mA的电流表，则电流表应    (填“串”或“并”)联一个电阻箱，将该电阻箱的阻值调为     Ω.

(2)将改装后的电流表改装成欧姆表，请选择适当的器材在方框内把改装后的电路图补画完整(含电流表的改装)，并标注所选电阻箱和滑到变阻器的符号．

(3)用改装后的欧姆表测量一电阻，电流表的示数为200 μA，则该电阻的阻值为     Ω，通过该电阻的电流为  m A.

解析：(1)将电流表改装为3 mA的电流表应该并联一个分流电阻，并联电阻阻值R＝＝ Ω＝200 Ω.

(2)改装后的电流表内阻R＝＝ Ω≈167 Ω，把表头改装成中值电阻为500 Ω的欧姆表，则需要串联的电阻R″＝500－167＝333 Ω，所以选择电阻箱R2和滑动变阻器R4，实验电路图如图所示．

(3)改装后电流表量程是原电流表G量程的＝6倍，电流表G的示数为200 μA，电路电流I＝200 μA×6＝1200 μA＝1.2 mA，待测电阻阻值RX＝－R内＝(－500) Ω＝750 Ω.

答案：(1)并　 200　(2)图见解析　(3)750　1.2