2021届高考物理一轮复习第8章恒定电流实验13用多用电表测量电学中的物理量教案（含解析）

实验十三　用多用电表测量电学中的物理量

1．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)会使用多用电表测电压、电流及电阻。

(3)会用多用电表探索黑箱中的电学元件。

2．实验原理

(1)欧姆表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。

3．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。

4．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。

甲　　　　　　　乙

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。

5．误差分析

(1)偶然误差

①估读时易带来误差。

②表头指针偏转过大或过小都会使误差增大。

(2)系统误差

①电池用旧后，电动势会减小，内阻会变大，致使电阻测量值偏大，要及时更换电池。

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。

6．注意事项

(1)使用前要机械调零。

(2)两表笔在使用时，电流总是“红入”“黑出”。

(3)测电阻时

①指针指中值附近较准，否则换挡。

②每换一挡必须重新欧姆调零。

③读出示数要乘以倍率。

(4)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。

多用电表的使用和读数

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或倍率。

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。

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)。

4．读数

(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。

1．如图甲为多用电表的示意图，现用它测量一个阻值约为20 Ω的电阻，测量步骤如下：

甲

乙

(1)调节        ，使电表指针停在        (选填“电阻”或“电流”)的“0”刻线。

(2)将选择开关旋转到“Ω”挡的        (选填“×1”“×10”“×100”或“×1 k”)位置。

(3)将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔，并将两表笔短接，调节        ，使电表指针对准        (选填“电阻”或“电流”)的“0”刻线。

(4)将红、黑表笔分别与待测电阻两端相接触，若电表指针读数如图乙所示，该电阻的阻值为         Ω。

(5)测量完毕，将选择开关旋转到“OFF”位置。

[解析]　使用多用电表欧姆挡，先机械调零。  中值电阻为15 Ω，测量20 Ω的电阻时，要使用“×1”的倍率，然后进行欧姆调零；由刻度盘和倍率可知，测量电阻的阻值为19 Ω。

[答案](1)指针定位螺丝　电流　(2)×1　(3)欧姆调零旋钮　电阻　(4)19

2．(2019·西城区月考)如图所示为多用电表的刻度盘。若选用倍率为“×100”的欧姆挡测电阻时，表针如图所示，则：

(1)所测电阻的阻值为        Ω；如果要用此多用电表测量一个阻值约为2.0×104 Ω的电阻，为了使测量结果比较精确，应选用的欧姆挡是        (选填“×10”“×100”或“×1 k”)。

(2)用此多用电表进行测量，当选用量程为50 mA的电流挡测量电流时，表针指于图示位置，则所测电流为          mA；当选用量程为250 mA的电流挡测量电流时，表针指于图示位置，则所测电流为        mA。

(3)当选用量程为10 V的电压挡测量电压时，表针也指于图示位置，则所测电压为        V。

[解析](1)欧姆表读数：对应最上一行刻度值为15，倍率为“×100”，读数为1.5×103 Ω；测2.0×104 Ω电阻时应选“×1 k”的欧姆挡。

(2)选用量程为50 mA直流电流挡，则每一大格表示10 mA，每一小格表示1 mA，测量的精确度为1 mA，应估读到0.1 mA(此时为1/10估读)，指针对应的读数为30.7 mA；选择量程为250 mA的电流挡，则每一大格表示50 mA，每一小格表示5 mA，测量的精确度为5 mA，应估读到1 mA(此时为1/5估读)，指针对应的读数为153 mA。

(3)选择10 V电压挡，则每一大格表示2 V，每一小格表示0.2 V，测量的精确度为0.2 V，应估读到0.1 V(此时应为1/2估读)，指针对应的读数为6.1 V。

[答案](1)1.5×103　×1 k　(2)30.7(30.5～30.9都正确)　153(152～154都正确)　(3)6.1

用多用电表检测电路故障

1．电流挡检测：将多用电表串联在电路中，若示数为零，说明与电流表串联的部分电路断路。

2．电压挡检测：将多用电表与部分电路并联，若示数为零，说明该部分电路完好。若示数等于电动势，说明该部分电路中有断点。

3．欧姆挡检测：将各元件与电源断开，然后接到红、黑表笔间，若电阻无穷大说明此元件断路。

1.某照明电路出现故障，其电路如图甲所示，该电路用标称值12 V的蓄电池为电源，导线及其接触完好，维修人员使用已调好的多用电表直流50 V挡检测故障，他将黑表笔接在c点，用红表笔分别探测电路的a、b点。

甲

(1)断开开关，红表笔接a点时多用表指示如图乙所示，读数为         V，说明        正常(选填：蓄电池、保险丝、开关、小灯)。

乙

(2)红表笔接b点，断开开关时，表针不偏转，闭合开关后，多用电表指示仍然和图乙相同，可判定发生故障的器件是        (选填：蓄电池、保险丝、开关、小灯)。

[解析](1)50 V量程的直流电压表，最小刻度为1 V，要估读到下一位，所以读数为11.3 V；电压表的读数接近电源的电动势，说明蓄电池正常。

(2)红表笔接b点，断开开关时，指针不偏转说明电路是断路，闭合开关后，多用表指示仍然和图乙相同可判断出是小灯断路。

[答案](1)11.3　蓄电池　(2)小灯

2．如图是某同学连接的实验电路实物图。若L1、L2灯都不亮，他采用下列两种方法进行故障检查：

(1)应用多用电表的直流电压挡进行检查，那么选择开关应置于的量程是(　　)

A．0～2.5 V   B．0～10 V

C．0～50 V   D．0～250 V

(2)该同学的测试结果如表1所示，在测试a、b间直流电压时，红表笔应接触        (填“a”或“b”)。根据测试结果，可以判定故障是(　　)

A．灯L1短路   B．灯L2短路

C．cd段断路   D．df段断路

表1

(3)将开关断开，再选择欧姆挡测试，测试结果如表2所示，那么进一步检查出的故障是(　　)

A．灯L1断路   B．灯L2断路

C．灯L1、灯L2都断路   D．de段断路

表2

[解析](1)四节干电池的总电动势为6 V，应用多用电表的直流电压的10 V挡测量，故选B。

(2)在测试a、b间直流电压时，因为电流必须从多用电表正接线柱流入，所以红表笔应当接触a。

A项，若灯L1短路，L1灯不亮，而L2灯亮，与题不符，故A错误；B项，若灯L2短路，L2灯不亮，而L1灯亮，与题不符，故B错误；C项，cd段断路，则d、f间没有电压，无示数，故C错误；D项，df段断路时，电路中无电流，两灯泡都不亮，a、b和d、f间有电压，c、d间无电压，与题相符，故D正确。

(3)欧姆表的刻度无穷大在左端，0刻度在右端，电路断路时，其电阻为无穷大。根据欧姆表的读数可知，d、e间电阻无穷大，说明d、e间导线断路，故D正确。

[答案](1)B　(2)a　D　(3)D

用多用电表探索黑箱内的电学元件

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。

甲　　　　　乙　　　　　　　丙

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.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，结果如下表所示。请画出黑箱内的电路结构。

[解析]　先由二极管反向截止的性质分析，由表可知，接B、C和C、B时测量结果不同，故在B、C间一定有二极管存在；同理可知在A、C间也有二极管存在，并且A、C间的正向电阻大于B、C之间，说明A、C间包含电阻；而接A、B和B、A时电阻不变，故说明A、B间只有电阻，B、C间接二极管。所以黑箱内的结构如图所

示。

[答案]　见解析图

2．如图所示，在黑箱内有一由四个阻值相同的电阻构成的串、并联电路，黑箱面板上有三个接线柱1、2和3。

(1)在使用多用电表前，发现指针不在左边“0”刻度线处，应先调整图中多用电表的        (选填“A”“B”或“C”)。

(2)在用多用电表的直流电压挡探测黑箱内任意两接点间是否存在电源时，要一表笔接某一点(如1)，另一表笔应        (选填“短暂”或“持续”)接另一点(如2)，同时观察指针偏转情况。

(3)在判定黑箱中无电源后，将选择开关旋至“×1”挡，调节好多用电表，测量各接点间的阻值，测量结果如表所示：

在虚线框中画出黑箱中的电阻连接方式。

(4)如果将1、3接线柱用导线连接起来，1、2接线柱之间的电阻为        Ω。

[解析](1)多用电表使用前应进行机械调零，机械调零部件为A。

(2)使用多用电表测量电压时，为保证电表不被损坏，往往要进行试触，即让两表笔进行短暂接触，观察指针偏转情况，若持续接触则有可能损坏电表。

(3)根据已知1、2间电阻为1.0 Ω，2、3间电阻为1.5 Ω，1、3间电阻为2.5 Ω，可画出电阻的连接方式如图甲所示。

甲

(4)若将1、3用导线连接起来，则等效电路图如图乙所示，则 Ω＝0.6 Ω。

乙

[答案](1)A　(2)短暂　(3)见解析图甲　(4)0.6

欧姆表的改装、原理

1．构造：如图所示，欧姆表由电流表G、电池、调零电阻R和红、黑表笔组成。

甲　　　　乙　　　　丙

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＝。

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＝时，Rx＝Rg＋R＋r，此电阻值等于欧姆表的内阻值，Rx叫中值电阻。

1.如图是一个多用表欧姆挡内部电路示意图。电流表满偏电流0.5 mA、内阻10 Ω；电池电动势1.5 V、内阻1 Ω；变阻器R0阻值0～5 000 Ω。

(1)该欧姆表的刻度值是按电池电动势为1.5 V刻度的，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”)。

[解析](1)由闭合电路欧姆定律：Ig＝得：R0＝－Rg－r，因为式中E变小，r变大，故R0将减小；因为该欧姆表的刻度是按电池电动势为E＝1.5 V刻度的。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，此时欧姆表的内阻R′Ω＝，由闭合电路的欧姆定律得I＝，解得真实值R′＝290 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的测量结果准确，因为电源的内阻的变化，可以通过调零电阻的阻值的变化来抵消。

[答案](1)小　290　(2)准确

2．某课外兴趣小组利用图甲所示电路测量多用电表内电池的电动势和欧姆挡“×1”挡内部电路的总电阻。使用的器材有：多用电表；电流表(量程200 mA，内阻为几欧)；滑动变阻器(最大阻值30 Ω)；导线若干。

甲　　　　　　　　乙

丙

回答下列问题：

(1)将多用电表挡位调到欧姆挡“×1”挡，再将红表笔和黑表笔        ，调零点。

(2)将图甲中多用电表的黑表笔和        (填“1”或“2”)端相连，红表笔和另一端相连。

(3)调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零。此时多用电表和电流表的读数分别为5.0 Ω和150.0 mA。从测量数据可知，电流表的内阻为         Ω。

(4)将滑动变阻器滑片调到适当位置，使多用电表的示数如图乙所示，这时电流表的示数如图丙所示。多用电表和电流表的读数分别为         Ω和         mA。

(5)多用电表欧姆挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、一个理想电流表和一个电阻串联而成的电路，如图所示。根据前面的实验数据计算可得，此多用电表内电池的电动势为       V，欧姆挡“×1”挡内部电路的总电阻为         Ω。(结果保留2位有效数字)

[解析](1)使用多用电表测电阻前，应首先将红、黑表笔短接进行欧姆调零。

(2)多用电表电流为“红进黑出”，图甲中外电路电流由2到1，所以黑表笔应连2端。

(3)当滑动变阻器接入电路的阻值为零时，多用电表所测电阻为外电路电阻，即电流表内阻，所以电流表内阻为5.0 Ω。

(4)根据表盘上最上面的刻度线读数可知，结果为10×1 Ω＝10 Ω，由图丙知电流表读数为128 mA。

(5)由闭合电路欧姆定律得E＝I1(rA＋R内)，E＝I2(R外＋R内)，代入数据解得E＝4.4 V，R内＝24 Ω。

[答案](1)短接　(2)2　(3)5.0　(4)10　128　(5)4.4　24