2021高考物理鲁科版一轮复习教师用书：第八章实验十一　练习使用多用电表

实验十一　练习使用多用电表

实验解读·核心突破

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分类研习·拓展提升

类型一  常规实验

[例1] (2019·四川南充高三适考)如图(甲)为一个多用电表的表盘,图中S,K,T为三个可调节部件,该多用电表用作欧姆表的原理如图(乙).

(1)现用此多用电表测量一个阻值约为十几欧的定值电阻,主要操作步骤如下:

①调节可调节部件　　　     　　,使电表指针停在表盘左侧零位置; 

①     节可调节部件　　　　  　,选择“×1”挡位置; 

③将红、黑表笔分别插入“+”“-”插孔,笔尖相互接触,调节可调节部件　　　　 　,使表笔指针指向右侧零位置; 

④将红、黑表笔的笔尖分别接触电阻的两端,由表头指针示数则得电阻值.

(2)选择欧姆表的“×1k”挡,两表笔笔尖相互接触且调零时,图(乙)中电源电动势和内阻分别为E,r,表头G的内阻为Rg,滑动变阻器的阻值为R,则表头G的满偏电流Ig=　　　　　　(用题给符号表示);再把表笔的笔尖和某电阻接触,欧姆表的示数如图(丙),若电源电动势E=6 V,则通过表头G的电流I=　　　　　mA. 

解析:(1)①多用电表的使用首先进行机械调零:调节可调部件S,使电表指针停在表盘左边的零刻度位置.②调节可调部件K选择合适的倍率:因电阻约为十几欧,为使指针指在中央刻度附近,则选择欧姆“×1”挡位.③欧姆表选好挡后进行欧姆调零,即短接两红、黑表笔,调节T,使电表指针指向右边的零刻度位置.

(2)两表笔笔尖相互接触且调零时Rx=0 Ω,此时电流为满偏电流Ig,由闭合电路欧姆定律可得Ig=;欧姆表选择的“×1 k”挡,中值电阻值为“15”,则RΩ=Rg+R+r=15×1 000 Ω,而E=6 V,则Ig== A=0.4 mA,现接待测电阻后指针所在位置对应电阻Rx=15×1 000 Ω,则I==0.2 mA.

答案:(1)①S　②K　③T　(2)　0.2

[例2] (2019·山东聊城模拟)图(甲)是某实验小组在“练习使用多用电表”实验中的电路图.使用的器材有:

A.多用电表

B.电压表:量程5 V,内阻十几千欧

C.滑动变阻器:最大阻值5 kΩ

D.导线若干

实验进行了如下操作:

(1)将多用电表挡位调到电阻“×1 k”挡,再将红表笔和黑表笔　　,调节“欧姆调零旋钮”使指针指到“0 Ω”. 

(2)将图(甲)中多用电表的红表笔和　　　　　(选填“1”或“2”)端相连,黑表笔连接另一端. 

(3)多用电表的示数如图(乙)所示,读数为　　　　　Ω. 

(4)多用电表电阻挡内部电路可等效为一个电池,一个满偏电流Ig=0.6 mA的电流表和一个滑动变阻器串联而成的电路,如图(丙)所示.实验中一同学先调节图(甲)中滑动变阻器的滑片,使其接入电路的阻值为零,用欧姆挡正确测量时,多用电表和电压表的读数分别为12.0 kΩ和4.00 V.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. 

(5)该欧姆表用久后,电池因老化造成其电动势减小、内阻增大但该欧姆表仍能进行欧姆调零,则用其测得的电阻值　　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值. 

解析:(1)欧姆表使用前一定要进行欧姆调零,即红、黑表笔直接接触(短接)后,调节欧姆调零旋钮,使指针指到0欧姆.

(2)多用电表使用时,电流应从红表笔流入、从黑表笔流出电表;则图(甲)中电流从电压表正接线柱流入,故红表笔接触1.

(3)欧姆表读数=表盘读数×倍率=15×1 kΩ=15 kΩ=1.5×104 Ω.

(4)图(丙)中多用电表选用欧姆挡,欧姆调零后,相当于是一个内阻r=15 kΩ的“电源”,正确接入图(甲)电路,电压表的内阻RV=12 kΩ,则有E=U2+·r=9 V.

(5)当欧姆表中的电池电动势变小,内阻变大时,根据闭合电路欧姆定律知,相同的待测电阻通过多用电表的电流减小,指针偏转角度减小,指针指示的读数变大,则测量值将变大.

答案:(1)直接接触(短接)　(2)1　(3)1.5×104　(4)9

(5)大于

题组训练

1.(2019·广东深圳模拟)如图1所示,是多用电表欧姆挡内部的部分原理图,已知电源电动势E=1.5 V、内阻r=1 Ω,小量程电流表(表头)满偏电流Ig=10 mA、内阻rg=90 Ω.表盘如图2所示,欧姆表表盘中值刻度为“15”.

(1)多用电表的选择开关旋至“Ω”区域的某挡位时,将多用电表的红、黑表笔短接,进行欧姆调零,调零后多用电表的总内阻为　　　　　Ω.某电阻接入红、黑表笔间,表盘如图2所示,则该电阻的阻值为　　　　 Ω. 

(2)若将选择开关旋至“×1”,则需要将表头　　　　(选填“串联”或“并联”)一阻值为　　　　 Ω的电阻,再进行欧姆调零. 

(3)多用电表长时间使用后,电源内阻变大,电动势变小,此因素会造成被测电阻的测量值比真实值　　　　(选填“偏大”“不变”或“偏小”). 

解析:(1)根据多用电表欧姆挡电路,欧姆调零时有=Ig,即R内= Ω=150 Ω,欧姆表表盘中值刻度为“15”,则该挡位对应“×10”,因此某电阻接入红黑表笔间,表盘如图2所示,则该电阻的阻值为R=6×10 Ω=60 Ω.

(2)若将选择开关旋至“×1”,则中值电阻为15 Ω,把电流表量程扩大至100 mA,需要将表头并联一阻值为10 Ω的电阻,再进行欧姆调零.

(3)多用电表长时间使用后,电源内阻变大,电动势变小,测量同样的电阻,多用电表的指针偏转角度减小,所指欧姆刻度盘上数值较大,会造成被测电阻的测量值比真实值偏大.

答案:(1)150　60　(2)并联　10　(3)偏大

2.在物理课外活动中,某同学制作了一个简易的多用电表,图(甲)为电表的电路图.已知选用的表头内阻Rg=10 Ω,满偏电流Ig=10 mA,当选择开关接“3”时量程为250 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内阻和表内电源的电动势,该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　　　　　,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)所示,则C处刻度应为　　　　　Ω. 

③计算得到多用电表内电源的电动势为　　　　　V.(保留两位有效数字) 

④欧姆调零后,将电表红、黑表笔与某一待测电阻相连,若指针指在图(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,量程为10 mA,而表盘分度值为0.2 mA,其示数为6.8 mA;选择开关接“3”时测电压,量程为250 V,而表盘分度值为5 V,其示数为170 V.

(2)①选择开关接“2”:多用电表改为欧姆表,红、黑表笔应短接,调节R1的阻值使电表指针偏满.②由图(丙)可知,电阻箱示数为0×1 000 Ω+1×100 Ω+5×10 Ω+0×1 Ω=150 Ω,此时电表内阻与电阻箱相等,即C处刻度为150 Ω.③当电表指针指在C处时,电表示数为5 mA,此时总电阻为电表内电阻的2倍,而电表内阻为R=150 Ω,则电源电动势E=IR总=0.005×300 V=1.5 V.④由闭合电路的欧姆定律,I=,即6.8×10-3 A=,解得Rx=71 Ω.

答案:(1)6.8 mA　170 V

(2)①短接　②150　③1.5　④71

类型二创新实验

[例3] (2019·全国Ⅲ卷,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.

(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　　　　(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×10k的旋钮指向3,×1k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

[例4] (2017·全国Ⅲ卷,23)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)黑表笔接欧姆表内电源的正极,故A端与黑色表笔相连接.

(2)R6与电源串联,作为欧姆表的欧姆调零电阻,选项B正确.

(3)当B端接2时为1 mA量程电流挡,由电流表原理得R1+R2== Ω=160 Ω.

当B端接4时为1 V直流电压挡,

由电压表原理得R4== Ω=880 Ω.

(4)当B端接1时为2.5 mA,电流挡电表读数为1.47 mA,

当B端接3时为欧姆挡,读数为11.0×102 Ω,

当B端接5时为5 V直流电压挡,读数为2.95 V.

答案:(1)黑　(2)B　(3)160　880

(4)1.47 mA　11.0×102 Ω　2.95 V

题组训练

1.(2019·上海静安区期末)二极管具有单向导电性,其正向电阻很小,反向电阻很大,现有一个二极管其正极记为A、负极记为B.某同学研究二极管正、反向电阻的相关实验操作过程如下:

(1)先用多用电表的欧姆挡测量其电阻,其正向电阻约为10 Ω,反向电阻约为50 kΩ,则在测量二极管的正向电阻时,电表的红表笔应接　　　　　(选填“A”或“B”). 

(2)该同学设计了如图所示的电路用伏安法进一步测量该二极管正反向电压均为2 V时的电阻值,二极管接在1,2之间,电压表的内阻约为40 kΩ,选用多用电表的直流电流挡作为电流表接在3,4之间.该多用电表的直流电流有三个量程,量程和对应的内阻分别为:①50 μA,内阻约为100 Ω;②50 mA,内阻约为50 Ω;③250 mA,内阻约为10 Ω.则在实验过程中,多用电表的红表笔应与接线柱　　　　　(选填“3”或“4”)相连;测二极管的反向电阻时电流表的量程应选用　　　　　(选填“①”“②”或“③”),单刀双掷开关S2应拨向接点　　　　　(选填“5”或“6”). 

解析:(1)多用电表测电阻时红表笔接表内电池的负极,所以测二极管的正向电阻时应与二极管的负极相连,即与B相连.(2)多用电表使用时应使电流从红表笔流入,黑表笔流出,因此多用电表作直流电流表使用时,红表笔应与接线柱3相连;电压为2 V时,二极管加反向电压时的电流约为ID′= A=40 μA,所以电流挡应选用量程①;二极管的反向电阻约为50 kΩ,与电压表内阻比较接近,与电流表内阻相差很大,因此应采用电流表内接法,所以单刀双掷开关S2应拨向接点6.

答案:(1)B　(2)3　①　6

2.(2019·湖南衡阳模拟)指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器,请回答下列问题:

(1)在使用多用电表测量时,若选择开关扳至“25 V”挡,指针的位置如图(a)所示,则测量结果为　　　　　V. 

(2)多用电表测量未知电阻阻值的电路如图(b)所示,电源的电动势为E,R0为调零电阻.某学习小组将待测电阻用电阻箱代替,依次改变阻值,用多用电表测对应的电路中电流I并作出IRx关系图象如图(c)所示,则此时多用电表的内阻为　　　　　Ω,该电池的电动势E=　　　　　V. 

(3)下列判断正确的是　　　　　. 

A.在图(b)中、电表的左、右插孔处的标注为“-”“+”

B.由图线(c)的特点可知,欧姆表的刻度盘上的数字左小右大

C.欧姆表调零的实质是通过调节R0,使Rx=0时电路中的电流达到满偏电流

D.电阻Rx的变化量相同时,Rx越小,则对应的电流变化量就越小

(4)如果随着使用时间的增长,该多用电表内部的电源电动势减少,内阻增大,但仍然能够欧姆调零,如仍用该表测电阻,则测量结果将　　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”). 

解析:(1)选择开关置于“25 V”挡时,选择表盘中间一排刻度的“250”量程进行读数,分度值为0.5 V,对应刻度示数为11.5 V.

(2)根据闭合电路的欧姆定律得Ig=,I=

由题图可得Ig=0.8 mA,当I=0.4 mA时,Rx=15 kΩ,解得R内=15 kΩ=1.5×104 Ω,E=12 V.

(3)根据多用电表的电流应红进黑出,电流进入孔标注为“+”,流出孔标注为“-”.在题图(b)中,电表的左插孔处的标注为“-”,故A正确;函数图象是非线性变化,导致欧姆表刻度不均匀,且外电阻变大时电流变小,即欧姆表的刻度盘上的示数左大右小,故B错误;欧姆表调零是通过调节滑动变阻器R0,使待测电阻Rx为零(即两表笔短接)时,电流表满偏,对应欧姆表示数为零,故C正确;欧姆表刻度不均匀的原因是待测电阻和电路电流关系非线性变化,而且IRx图线的切线斜率大小随待测电阻值增大而减小,即Rx阻值变化量对应电流变化量随待测电阻增大而减小,欧姆表刻度左密右疏,故D错误.

(4)根据闭合电路欧姆定律,若电池电动势变小、内阻变大时,欧姆表仍能重新欧姆调零,即满偏电流Ig不变,由公式Ig=可知,其内阻R中变小,则I===,则同一Rx的电流变小,对应电阻刻度值偏大.

答案:(1)11.5　(2)1.5×104　12　(3)AC　(4)偏大

[创新分析]

[(] ●注意事项

1.多用电表使用注意事项

(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只要换挡必须重新欧姆调零.

③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.

2.电路故障检测注意事项

(1)将多用电表拨到直流电压挡,在电源完好时,将红、黑表笔与外电路的某部分电路并联,若电压表示数等于电源电动势,则说明该部分电路中有断点.

(2)将多用电表拨到直流电流挡,在电源完好时,将红、黑表笔串联接入外电路某两点间,若有示数说明原两点间断路;若无示数说明该两点外其他部分有断路.

●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.