新高考物理一轮复习实验重难点专题实验12 用多用电表测量电学中的物理量（含解析）

实验12 用多用电表测量电学中的物理量

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.测量定值电阻和判断二极管的正负极.

4.会用多用电表进行简单的电路故障分析．

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．

(2)外形如图所示：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．红表笔接电势高(填“高”或“低”)的点．

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．此时电流从红色表笔流入电表．

3．用多用电表测定值电阻的阻值

(1)原理

(2)注意：①黑表笔与电源的正极连接，红表笔与电源的负极连接，电流方向为“红进黑出”．

②当多用电表指针指在中央时＝，知中值电阻R中＝RΩ.

(3)测量步骤

①估测待测电阻阻值．

②欧姆调零．

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．

(4)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，它的符号如图所示，左端为正极，右端为负极．

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)用欧姆挡判断二极管的正负极

将多用电表欧姆挡调零之后，若多用电表指针偏角很大，则黑表笔接触二极管的正极，红表笔接触二极管的负极(如图甲)；若多用电表指针偏角很小，则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)．

5．探索黑箱内的电学元件

【典例1】（2022·全国·高三课时练习）指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器。

（1）如图甲所示为某同学设计的多用电表的原理示意图。虚线框中S为一个单刀多掷开关，通过操作开关，接线柱B可以分别与触点1、2、3接通，从而实现使用多用电表测量不同物理量的不同功能。关于此多用电表，下列说法中正确的是___________。（选填选项前面的字母）

A．当S接触点1时，多用电表处于测量电流的挡位，其中接线柱B接的是黑表笔

B当S接触点2时，多用电表处于测量电压的挡位，其中接线柱B接的是黑表笔

C．当S接触点2时，多用电表处于测量电阻的挡位，其中接线柱B接的是黑表笔

D．当S接触点3时，多用电表处于测量电压的挡位，其中接线柱B接的是红表笔

（2）用实验室的多用电表进行某次测量时，指针在表盘的位置如图乙所示。

a.若所选挡位为直流50 mA挡，则示数为___________ mA。

b.若所选挡位为电阻“×10”挡，则示数为___________ Ω。

c.若所选挡位为电阻“×10”挡，则欧姆表表头内阻为___________ Ω。

（3）用表盘为图乙所示的多用电表正确测量了一个约15Ω的电阻后，需要继续测量一个阻值约2kΩ的电阻。在用红、黑表笔接触这个电阻两端之前，请选择以下必需的步骤，并按操作顺序逐一写出步骤的序号：___________。

A．将红表笔和黑表笔接触

B．把选择开关旋转到“×100”位置

C．把选择开关旋转到“×1k”位置

D．调节欧姆调零旋钮使表针指向欧姆零点

（4）某小组同学们发现欧姆表的表盘刻线不均匀，分析在同一个挡位下通过待测电阻的电流I和它的阻值Rx关系，他们分别画出了如图所示的几种图像，其中可能正确的是___________。

A．   B．   C．   D．     

（5）图丙为上题（图乙表盘的）多用电表电阻挡中某一挡位的原理示意图，其中电流表的满偏电流Ig=100 μA，内阻Rg=100 Ω，电池的电动势E=1.5V，内阻r=0.5Ω，则此时欧姆表为电阻___________挡。

【答案】     AC     22.0     190     150     BAD     AC     ×1k

【解析】（1）[1]BC．当S接触点2时，内部接电源，则多用电表处于测量电阻的挡位，因黑表笔接内部电源的正极，则接线柱B接的是黑表笔，故B错误，C正确；

A．当S接触点1时，电阻与表头并联，则多用电表处于测量电流的挡位，其中接线柱B接的是黑表笔，故A正确；

D．当S接触点3时，表头与电阻串联，则多用电表处于测量电压的挡位，其中接线柱B接的是黑表笔，故D错误。

故选AC。

（2）[2]a．若所选挡位为直流50 mA挡，则示数为22.0 mA；

[3]b．若所选挡位为电阻×10 Ω挡，则示数为

19×10 Ω=190 Ω

[4]c．若所选挡位为电阻×10 Ω挡，则欧姆表表头内阻等于中值电阻，即为

15×10 Ω=150 Ω。

（3）[5]用表盘为题图乙所示的多用电表正确测量了一个约15Ω的电阻后，需要继续测量一个阻值约2kΩ的电阻，则必须要换成“×100”挡，然后两表笔短接调零，其正确步骤是BAD。

（4）[6]根据闭合电路的欧姆定律可知

则

故选AC。

（5）[7]由闭合电路的欧姆定律

Ig=

即

100×10-6 A=

解得

R内=15kΩ

则此时欧姆表为电阻“×1k”挡。

【典例2】（2022·全国·高三专题练习）（1）如图甲所示，当电流表使用的量程为0～0.6 A时，对应刻度盘上每一小格代表___________ A，图中表针所指位置的示数为___________ A；当电流表使用的量程为0～3 A时，对应刻度盘中每一小格代表___________ A，图中表针所指位置的示数为___________ A。

（2）如图乙所示，当电压表使用的量程为0～3 V时，每一小格代表___________ V，图中表针所指位置的示数为___________ V；当电压表使用的量程为0～15 V时，则表盘刻度每一小格代表___________ V，图中表针所指位置的示数为___________ V。

【答案】     0.02     0.36     0.1     1.80     0.1     2.10     0.5     10.5

【解析】（1）[1][2]当电流表使用0～0.6 A量程时，刻度盘上的每一小格代表0.02 A，表针所指位置的示数为0.36 A；

[3][4]当电流表使用0～3 A量程时，每一小格代表0.1 A，表针所指位置的示数为1.80 A。

（2）[5][6]当电压表使用0～3 V量程时，每一小格代表0.1 V，表针所指位置的示数为2.10 V；

[7][8]当电压表使用0～15 V量程时，每一小格代表0.5 V，表针所指位置的示数为10.5 V。

【典例3】（2022·黑龙江·哈九中模拟预测）实验小组利用现有实验仪器测一电阻阻值Rx，测量过程如下：

（1）组员先用多用电表粗测电阻：如图甲所示，红、黑表笔插入“+”、“－”插孔，此时黑表笔与表内电源的___________（选填“正”或“负”）极相连；选用多用电表“×10”倍率的欧姆挡测量其阻值时，发现指针偏转角太大，为了测量结果比较精确，组员按以下步骤进行了实验：

①应换用___________（选填“×1”或“×100”）倍率的欧姆挡；

②两表笔短接，通过调节___________（选填“S”、“T”或“K”），进行欧姆调零；

③重新测量并读数，若这时刻度盘上的指针位置如图乙所示，测量结果是___________Ω。

（2）除待测电阻Rx外，实验室还提供了下列器材：

A．电流表A1（量程为200mA，内阻r1=10.0Ω）

B．电流表A2（量程为500mA，内阻r2=1.0Ω）

C．滑动变阻器R（0~10Ω）

D．定值电阻R1=10Ω

E．定值电阻R2=20Ω

F．电源（电动势E=4.5V，内阻可以忽略）

G．开关S、导线若干

①实验要求测量尽可能精确，且通过电阻的电流调节范围尽量大，请将设计好的电路图画在虚线框中（要标出器材的符号）。(      )

②按正确的电路连接，闭合开关，记录电流表A1、A2的示数I1和I2，移动滑动变阻器的滑片，记录多组数据，并作出I1—I2图线如图所示，则该待测电阻为Rx=___________Ω（结果保留两位有效数字），测量值与真实值相比___________（选填“偏大”、“偏小”或“相等”）。

【答案】     正     ×1     T     15.0          12.3     相等

【解析】（1）[1]欧姆表的红表笔与内电源的负极连接，黑表笔与表内电源的正极连接。

[2]选用多用电表“×10”倍率的欧姆挡测量其阻值时，发现指针偏转角太大，说明此时所测电阻较小，所以应换小倍率进行测量，即应换用“×1”倍率的欧姆挡。

[3]两表笔短接，应通过调节欧姆挡调零旋钮，进行欧姆调零，即调节“T”使指针指在处。

[4]由图可知，指针示数为15.0，因所选倍率为“×1”的，所以该电阻的阻值为15.0。

（2）[5]由于实验要求通过电阻的电流调节范围尽量大，则滑动变阻器要选择分压式接法。由于题干没有给出电压表，实验又要求测量尽可能精确，故可将电流表与定值电阻串联改装成一个电压表，量程为

由于改装后电压表量程小于电源电动势的4.5V，故可将电流表A2外接，使得电流表A2分得部分电压，从而使电路更为安全，故选用电流表外接，所得电路如下图所示

[6]根据串并联电路的电流电压关系有

即有

结合图像的斜率有

带入数据可得，该待测电阻为

[7]由于已经考虑到改装后电压表的分流影响，所以测量值与真实值相等。

【典例4】（2022·浙江·高三专题练习）实验室有一额定电压为220V的白炽灯，吴同学欲了解其低压伏安特性，为此设计了系列实验，请依次解决下列问题：

（1）吴同学用多用电表粗测白炽灯的电阻，正确操作后得到图甲，则该情况下白炽灯的电阻为___________Ω。

（2）吴同学随后用学生电源供电（其调节的情况如图乙），选择合适的滑变器和其他器材，连接电路如图丙，打算直接闭合开关开始测量。请你指出连接图中存在的问题（至少列举两条）。

①___________；

②___________；

（3）吴同学改掉所有问题后，正确测量过程中得到的一组电流表、电压表示数如图丁，则两表的读数分别为___________A、___________V。

（4）吴同学根据测量的数据，作了图像，下列图像中最可能正确的是___________（选填字母“A”、“B”或“C”）

【答案】     40     电流表量程选错     滑动变阻器滑片位置错误     0.20     3.9     A

【解析】（1）[1]由图可知，选择档位为，则其读数为

（2）[2][3]由图可知，电源选择15V稳压，则流过灯泡的最大电流

可知电流表量程选择错误；为了保护电路，闭合开关前，滑动变阻器应处于最大阻值处；

（3）[5]电流量程为0.6A，分度值为0.02A，其读数为0.20A

[6]电压表选择量程为15V，分度值为0.5V，其读数为3.9V；

（4）[7]电灯泡的电阻随温度的升高而升高，随着实验过程中电压增大，其阻值增大，则图线上的点与原点连线的斜率随着电压增大而增大，故A可能，BC不可能。

【典例5】（2022·海南·嘉积中学三模）某同学用多用电表欧姆挡“×100”挡估测某一电压表内阻时，发现指针位置如图中虚线所示。

（1）应将挡位换为___________挡（选填“×10”或“×1k”），并将红、黑表笔短接，进行___________（选填“机械调零”或“欧姆调零”）后再测量；

（2）重新正确测量后，刻度盘上的指针位置如图中实线所示，则该欧姆表在此挡位时的内阻为___________Ω；

（3）如图所示为用多用电表测量电压表内阻的电路图，其中a是___________表笔（选填“红”或“黑”）。

【答案】     ×1k     欧姆调零     15k##15000##1.5×104     黑

【解析】（1）[1]指针偏转幅度过小，说明待测电阻的阻值相对所选挡位偏大，为了使指针能够尽可能指在表盘中央附近以减小误差，应将挡位换为更大的“×1k”挡。

[2]更换量程后，将红、黑表笔短接，进行欧姆调零后再测量。

（2）[3]设欧姆表某挡位下内阻为r，表内电源电动势为E，表头满偏电流为I，则

当指针指在中央刻度时，有

所以

因此表盘上中央刻度值乘以对应倍率等于该挡位下欧姆表的内阻，则该欧姆表在此挡位时的内阻为15kΩ。

（3）[4]电流从黑表笔流出，从电压表正接线柱流入，所以a是黑表笔。

【典例6】（2022·重庆·西南大学附中高三阶段练习）某学习小组在老师的指导下研究二极管的伏安特性。

（1）二极管如图a所示，为了弄清楚二极管的正负极，学习小组用多用电表欧姆档进行检测，检测情况如图b，可知二极管的______端（选填“a”或“b”）为正极；

（2）小组设计了如图c所示电路，仔细调节滑动变阻器的滑片直到通过灵敏电流计的电流为零，此时电流表A的读数______（选填“大于”“小于”或“等于”）通过二极管的电流；

（3）图d是实验小组根据实验数据画出的二极管伏安特性曲线，根据二极管的特性，其中电源电动势E（1.5V，内阻可忽略），电流表A（量程0~50mA，内阻可忽略），为了保护电流表，电阻箱阻值不能小于______Ω（电流表的内阻很小，可忽略）；

（4）实验小组想用图e研究二极管的伏安特性（图e中电压表内阻约），请从系统误差角度说出这种方法的存在的问题：______。

【答案】     a     等于     30     电压表分流效果明显

【解析】（1）[1]由图b可知电流由黑表笔流出，则当由a流入二极管时电阻值较小，a为正极。

（2）[2]仔细调节滑动变阻器R2的滑片直到通过灵敏电流计的电流为零，由图c可知此时电流表A的读数等于通过二极管的电流。

（3）[3]当二极管阻值为0时，不能超出电流表量程，有

（4）[4]由于二极管两端电压升高时阻值较大，此时电压表分流效果明显，造成误差。