2020版物理新导学浙江选考大一轮精讲讲义：第十四章实验与探究第4讲

第4讲　电学实验(二)
实验9：练习使用多用电表
一、实验原理
1.多用电表可以用来测电流、电压、电阻等，并且每一种测量都有几个量程.
2.测电阻时依据闭合电路欧姆定律，测电流、电压时依据串、并联电路的特点.
二、实验装置图(如图1)

图1
三、多用电表的使用
1.多用电表测电流的方法及读数
(1)选择直流电流挡合适的量程.
(2)将被测电路导线卸开一端，把多用电表串联在电路中.应使电流从红表笔流入电表.
(3)读数时，首先要认清刻度盘上的最小刻度.
2.多用电表测电压的方法及读数
(1)选择直流电压挡合适的量程.
(2)将电表与被测电路并联，注意红表笔接触点的电势要比黑表笔高.
(3)读数时，首先要认清刻度盘上的最小刻度.
3.多用电表欧姆挡刻度的特点：欧姆表的“0”刻度线在刻度盘的最右端，刻度盘的最左端为“∞”刻度线，且刻度不均匀.
4.欧姆挡调零旋钮的使用：将选择开关旋转到欧姆挡上，此时红表笔连接表内电源的负极，黑表笔连接表内电源的正极.选好量程后，先欧姆调零，然后测量.换用不同量程必须重新欧姆调零.测量完毕，应把选择开关旋转到“OFF”挡或交流电压最高挡.
5.欧姆挡倍率选择及电阻测量：利用欧姆挡测电阻时，指针偏转过大或过小，误差都比较大.
(1)合理选择量程，使指针尽可能指在中间刻度线附近，一般应在R中～4R中的范围内.
(2)选挡时若无法估计待测电阻的大小，则应将选择开关旋到“×100”挡，欧姆调零后，将红、黑表笔分别接到电阻两端，若指针偏角太小，则逐渐增大量程，直到指针指到中值电阻附近为止.

图2
6.测量二极管的正、反向电阻：二极管是一种半导体元件，如图2所示，它的特点是电流从正极流入时电阻很小，而从正极流出时电阻很大.
四、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.
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2、0.2、0.02、5、0.5、0.05等，读数时只读到与最小刻度位数相同即可.
五、注意事项
1.使用多用电表前，先调节指针定位螺丝，使指针指在零刻度线.
2.两表笔使用时，总是红入黑出.
3.测电阻时，每换一次挡位都要进行欧姆调零.
4.测量完成后要把表笔拔出，选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡.
例1　(2018·书生中学月考)指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器.
(1)如图3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)

图3
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4所示.

图4
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 Ω挡，则示数为________ Ω；
(3)用表盘为如图所示的多用电表正确测量了一个约15 Ω的电阻后，需要继续测量一个阻值约2 kΩ的电阻.在用红、黑表笔接触这个电阻两端之前，请选择以下必须的步骤，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
答案　(1)AC　(2)21.0　190　(3)BAD
解析　(1)由题图电路图可知，当S接触点1时，表头与分流电阻并联，此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，故A正确；由题图电路图可知，当S接触点2时，表头与电源相连，此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，故B错误，C正确；由题图电路图可知，当S接触点3时，表头与分压电阻串联，此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，故D错误.
(2)若所选挡位为直流50 mA挡，由题图可知，其分度值为1 mA，则示数为21.0 mA.若所选挡位为电阻×10 Ω挡，由题图可知，示数为：19×10 Ω＝190 Ω；
(3)用多用电表正确测量了一个约15 Ω的电阻后，要继续测量一个阻值约2 kΩ的电阻，首先要把选择开关置于×100挡位置，然后进行欧姆调零，把红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮使指针指向欧姆零刻度线位置，最后再测电阻，故合理的步骤是：BAD.
变式1　(2018·杭州市重点中学期末)在做“练习使用多用电表”的实验中，
(1)关于多用电表使用的一些要求，以下说法正确的是(　　)
A.测量电阻时，每次更换倍率后，都应进行欧姆调零
B.测量电压时，每次更换量程后，都应进行机械调零
C.测量未知电阻时，应先选用倍率最大的挡位测量
D.测量未知电压时，应先选用量程最大的挡位测量

(2)为测定一个“220 V　100 W”白炽灯的电阻大小，可以用多用电表的电阻挡进行测量，现将多用电表选择开关打到“×10”挡，发现指针偏转太大，为了较准确地进行测量，应换到________挡，如果换挡后经必要操作后，正确测量得到表盘的示数如图5所示，则该白炽灯的阻值是________ Ω.

图5
(3)小陈同学用多用电表的“2.5 V直流”挡测普通干电池两端的电压，将测到的电压作为电动势，他的这一做法________(选填“基本没问题”或“有严重错误”)；而小吴同学用多用电表的欧姆挡“×1”挡，并正确进行欧姆调零后，将两表笔接到电池两端，将得到的电阻值作为电池的内电阻，他的这一做法_______________(选填“基本没问题”或“有严重错误”).
答案　(1)AD　(2)×1　60　(3)基本没问题　有严重错误
变式2　(2018·台州市高三期末)(1)在“练习使用多用电表”的实验中，小明同学用多用电表测量某一电阻，由于第一次选择的倍率不合适，又改换另一倍率测量，两次测量时电表指针所指的位置如图6中的虚线所示，下面列出这两次测量中的主要操作：

图6
A.将两根表笔短接，并调零
B.将两表笔分别与被测电阻的两端接触，观察指针位置
C.记下电阻值
D.将“选择开关”旋到“×10 Ω”挡
E.将“选择开关”旋到“×1 Ω”挡
F.将“选择开关”旋到交流500 V挡
①根据上述有关操作可知，小明同学两次倍率选择的先后顺序是________(选填“DE”或“ED”)；
②该电阻的阻值是________ Ω.
(2)为了更精确地测定该电阻的阻值，小明欲采用伏安法.现有如下实验器材：①量程为3 V，内阻约为3 kΩ的电压表；②量程为10 mA，内阻约为0.1 Ω的电流表；③阻值为0～20 Ω的滑动变阻器；④内阻可忽略，输出电压为3 V的电源；⑤开关和导线若干.

图7中P点应该________，Q点应该________.(均在下列选项中选择)

图7
A.接a B.接b
C.接c D.不接
答案　(1)①ED　②180　(2)C　A
变式3　在“练习使用多用电表”实验中：
(1)某同学欲测量一节干电池的电压，下述操作正确的是________(填字母).
A.欧姆调零、选择挡位、表笔接触电池两极(其中红表笔接触正极)、读数
B.机械调零、选择挡位、表笔接触电池两极(其中红表笔接触正极)、读数
C.选择挡位、机械调零、表笔接触电池两极(其中黑表笔接触正极)、读数
D.选择挡位、欧姆调零、表笔接触电池两极(其中黑表笔接触正极)、读数
(2)该同学欲测量如图8甲所示插座的电压，则应把多用电表的选择开关打到如图乙所示的________位置.(选填A、B、C、…、Q字母)

图8
答案　(1)B　(2)H
解析　(1)多用电表测电压，应先机械调零，再选择电压挡位，还需使电流从红表笔流入多用电表，从黑表笔流出，所以应选择B.
(2)插座电压大约为220 V，且是交流电，所以多用电表选择开关应打到交流250 V，即应打到题图乙所示的H位置.
实验10：测定电池的电动势和内阻
一、实验原理
在闭合电路中，改变R的阻值，测出两组U、I的值，根据闭合电路欧姆定律可列出两个方程：E＝U1＋I1r和E＝U2＋I2r，联立可解出E、r的值.

二、实验电路图及实物图
如图9甲、乙所示，
　　
图9
三、实验步骤
1.根据实验电路图连接电路，将滑动变阻器滑片滑到阻值最大处.
2.闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数，并记录一组U、I数据.
3.用同样方法测量并记录多组数据.
4.断开开关，整理好器材.
5.根据测得的数据利用方程求出几组E、r值，最后算出它们的平均值.或者根据测得的数据利用U－I图象求得E、r值.
四、数据处理
1.设计实验数据记录表
多次改变滑片的位置，读出对应的多组数据，并一一填入表中.
实验序号
1
2
3
4
5
6
I/A






U/V







2.测量并记录多组U、I的数据：闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数，读出电压表示数U和电流表示数I，并填入事先绘制好的表格(如上表).

图10
3.用U－I图象处理实验数据：以路端电压U为纵轴，干路电流I为横轴，建系、描点、连线，如图10所示，纵轴截距为电动势E，直线斜率k的绝对值为内阻r.
五、注意事项
1.为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻应大些(选用已使用过一段时间的干电池).
2.要测出不少于6组的(I，U)数据，且变化范围要大些，然后用方程组求解，并求平均值.
3.画U－I图线时，由于读数存在偶然误差，描出的点不在一条直线上，在作图时应使图线通过尽可能多的点，并使不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去.这样可以减小偶然误差，从而提高精确度.
4.由于干电池的内阻较小，路端电压U的变化也较小，这时画U－I图线时，纵轴的刻度可以不从零开始，而是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标I必须从零开始).这时图线和横轴的交点不再是短路电流，而图线与纵轴的截距仍为电源电动势，图线斜率的绝对值仍为内阻.
例2　(2018·宁波市重点中学联考)为了测量一节新干电池的电动势和内阻
(1)甲同学使用多用电表粗测了电池的电动势，实验结束后，图11甲中的电表旋钮状态符合实验操作规范的是________(填“①”或“②”)；


图11
(2)乙同学采用图乙的实验电路图，实验时发现，当滑动变阻器在阻值较大的范围内调节，电压表示数变化不明显，其原因是电池内阻________(填“较大”或“较小”)；
(3)丙同学改进了乙同学的电路图，准备用以下给定的器材和一些导线来完成实验，器材如下：
A.量程3 V的电压表V
B.量程0.6 A的电流表A
C.定值电阻R0(R0＝1.5 Ω)
D.滑动变阻器R1(0～10 Ω)；
E.开关S
①请用笔画线代替导线在图12中完成实物连接图.

图12

图13
②实验中，改变滑动变阻器的阻值，得到了六组实验数据，已在图13的U－I图中描点，请作出U－I图象，并根据图象得出该电池的内阻r＝________Ω(结果保留两位有效数字).
答案　(1)②　(2)较小　(3)①如图甲所示　②如图乙所示　0.35(0.32～0.38均可)


变式4　(2017·浙江11月选考·18)小明同学在测定一节干电池的电动势和内阻的实验时，为防止电流过大而损坏器材，电路中加了一个保护电阻R0，根据如图14所示电路图进行实验时，

图14
(1)电流表量程应选择____(填“0.6 A”或“3 A”)，保护电阻应选用_____(填“A”或“B”).
A.定值电阻(阻值10.0 Ω，额定功率10 W)
B.定值电阻(阻值2.0 Ω，额定功率5 W)

(2)在一次测量中电压表的指针位置如图15所示，则此时的电压为________ V.

图15
(3)根据实验测得的5组数据所画出的U－I图线如图16所示.则干电池的电动势E＝______ V，内阻r＝________ Ω(小数点后保留两位).

图16
答案　(1)0.6 A　B　(2)1.20±0.01　(3)1.45±0.01 0.50±0.05
解析　(3)保护电阻可以看作电源内阻一部分，所以通过题图图象可知E＝1.45 V，r＋R0＝ Ω＝2.50 Ω，所以内阻r＝0.50 Ω.
变式5　(2018·杭州市五校联考)某同学要测定一节干电池的电动势和内阻，现有下列器材可供选用：
A.电压表(0～3 V，内阻约5 kΩ)
B.电流表(0～100 mA，内阻约1 Ω)
C.滑动变阻器R1(阻值0～15 Ω)
D.滑动变阻器R2(阻值0～1 000 Ω)
E.开关、导线若干
操作步骤如下：
(1)请用笔画线代替导线在图17甲中完成实物连接图，要求滑动变阻器的滑片P自左向右滑动时电流表示数变小.
(2)为了得到合理的实验结果，滑动变阻器应选________(填“C”或“D”).
(3)用此方法测量该电池的电动势和内阻，并把测量结果记录在图乙中，由图可知电池的电动势为________ V，内阻为________ Ω.


图17
答案　(1)如图所示

(2)C　(3)1.5　1.0
变式6　(2018·温州市六校期末)某同学将铜片和锌片插入水果中制成一个“水果电池”，该同学利用下列所给的器材测量水果电池的电动势E和内阻r.
A.电流表G1(量程2 mA，内阻R1＝15 Ω)
B.电流表G2(量程5 mA，内阻R2约2 Ω)
C.滑动变阻器R1(0～10 000 Ω)
D.电阻箱R2(0～9 999.9 Ω)
E.待测水果电池(电动势E约4 V，内阻约500 Ω)
F.开关S，导线若干
(1)观察所给的实验器材后，该同学决定把电流表G1改装成量程0～4 V的电压表，需______(选填“串联”或“并联”)一个阻值为________ Ω的电阻.该同学用电流表G2和改装成的电压表测量水果电池的电动势和内阻，实物连接如图18所示.

图18
(2)接通开关，逐次调节滑动变阻器，读取电流表G1的示数I1和电流表G2的示数I2，记录了6组数据，并在图中标注出了几个与测量值对应的坐标点，如图19所示.请你在图上把已经描绘出的坐标点连成一条实验图线.

图19
(3)根据描绘出的图线可得水果电池的电动势E＝________ V，内阻r＝________ Ω.(结果均保留2位有效数字)
答案　(1)串联　1 985
(2)如图所示

(3)3.2(3.0～3.4均可)　4.6×102(4.2×102～5.0×102均可)

1.(2019届湖州市质检)(1)如图1为多用电表的示意图，其中S、K、T为三个可调节的部件，现用此电表测量一阻值约为2 000 Ω的定值电阻，某些操作步骤如下：

图1
①调节部件________(选填“S”或“T”)，使电表指针停在电流“0”刻度位置；
②将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔，笔尖相互接触，调节部件________(选填“S”或“T”)，使电表指针停在欧姆“0”刻度位置.
(2)多用电表调零后，用“×10”挡测量该电阻阻值，发现指针偏转角度很小，则下列说法和做法中正确的是________.
A.这个电阻的阻值很小
B.这个电阻的阻值很大
C.为测得更准确些，应当换用“×1”挡，并且重新调零后进行测量
D.为测得更准确些，应当换用“×100”挡，并且重新调零后进行测量
答案　(1)①S　②T　(2)BD
解析　(1)多用电表在使用前要调节指针定位螺丝，使电表指针停在电流“0”刻度位置；使用欧姆挡测电阻，首先要调节欧姆调零旋钮T，进行欧姆调零.(2)多用电表调零后，用“×10”挡测量该电阻阻值，发现指针偏转角度很小，说明读数过大，那么应该换用高挡位让指针指在中央刻度附近，换挡后必须重新进行欧姆调零，B、D正确，A、C错误.
2.(2018·9＋1高中联盟期中)(1)小明同学要用伏安法测量一节干电池的电动势和内阻，实验中需要图2中的哪些器材________(填图中的编号).此实验连接电路至少需要________根导线.


图2
(2)该同学用电压表和电流表测得两组数据如下表所示，可求出电动势和内电阻分别为E＝________，r＝________.(计算结果均保留两位有效数字)
实验次数
1
2
U/V
1.37
1.07
I/A
0.10
0.50

答案　(1)abcefh　6　(2)1.4 V　0.75 Ω
解析　(1)应用伏安法测电源电动势与内阻，需要：电压表、电流表、开关、滑动变阻器、电源、导线，因此需要的实验器材为：a、b、c、e、f、h；把电源、开关、滑动变阻器、电流表串联接入电路，电压表测路端电压，接在电源两端，连接实物电路时至少需要6根导线.(2)在闭合电路中，电源电动势：E＝U＋Ir，由表中实验数据可知：E＝1.37＋0.10r，E＝1.07＋0.50r，解得：E≈1.4 V，r＝0.75 Ω.
3.(2018·绍兴市选考诊断)在“测定电源的电动势和内阻”的实验中，现有如下实验器材：定值电阻R0(阻值5 Ω、额定电流1.5 A)，滑动变阻器R(阻值范围0～50 Ω、额定电流2 A)，电流表(量程0.6 A、内阻约为0.05 Ω)，电压表，干电池一节，开关一个，导线若干.
(1)图3为部分连线的电路图，电压表用来测量路端电压大小，电压表一端与电流表相连，另一端应该________(选填“接a”“接b”“接c”或“不接”).

图3
(2)某次实验中，电压表的指针如图4所示，则电压为________ V.

图4
(3)根据多组实验数据获得U－I图象如图5所示，图中P点所对应的电压和电流的数据________(选填“能”或“不能”)在实验中获得.

图5
(4)在图3中，若电压表的另一端接在滑动变阻器与定值电阻之间的导线上，通过正确的实验操作及数据处理________(选填“能”或“不能”)获得干电池的电动势和内阻.
答案　(1)接b　(2)1.45　(3)不能　(4)能
4.(2018·金华市、丽水市、衢州市十二校联考)在“测定电池的电动势和内电阻”的实验中，备有如下器材：
A.干电池
B.电流表(0～0.6 A，内阻约为0.1 Ω)
C.灵敏电流计G(满偏电流Ig＝200 μA，内阻rg＝500 Ω)
D.滑动变阻器(0～20 Ω，2.0 A)
E.电阻箱R
F.开关、导线若干
(1)由于没有电压表，需要把灵敏电流计G改装成量程为2 V的电压表，电路如图6甲所示，电阻箱的阻值应为________ Ω；
(2)按图甲所示电路图，请在图乙上补充完成实物连线.

图6
(3)在闭合开关S前，将滑动变阻器的滑片移动至图甲中的________(填“a端”“中央”或“b端”).
(4)图7为该实验绘出的I1－I2图线(I1为灵敏电流计G的示数，I2为电流表A的示数)，由图可求得被测电池的电动势E＝________ V，内电阻r＝________ Ω.

图7
答案　(1)9 500　(2)如图所示

(3)b端　(4)1.46(1.45～1.49均可)　0.80(0.75～0.85均可)
5.(2018·宁波市3月选考模拟)老师布置了一个任务，需要测定一个笔记本电脑电池板的电动势和内阻.
(1)某同学先将多用电表的选择开关打到如图8甲所示的位置直接测电池板的两极电压，结果如图乙所示，电动势的粗测值为________ V.


图8
(2)接下来该同学用如图9所示的电路来完成电动势和内阻的测量，图中还缺少一条连线，请你用笔直接画在实物图上.

图9
(3)电路完整后，该同学开始实验，得到了如下的两组数据，第一组如图10甲所示，第二组如图乙所示.


图10
第二组电压表的读数为________ V，请判断，从第一组到第二组，滑动变阻器接入电路的阻值________(填“不变”“变大”或“变小”).


答案　(1)11.0　(2)如图所示

(3)11.5　变大
6.(2018·嘉兴一中期末)某兴趣小组对市场中电线进行调查，
(1)如图11所示，采用绕线法测得该电线直径为______ mm；

图11　　　　　　　　　　　图12
(2)取长度为100 m的电线，欲测其电阻：
①先用多用电表进行粗略测量，将多用表选择开关置于“×10”挡并调零后，两表笔接触待测电阻的两端进行测量，表盘指针如图12所示.为了使测量值更准确，“选择开关”应置于________(填“×1”“×100”或“×1 k”)挡，并将两表笔短接，调节图13中________(“A”或“B”)重新调零后进行测量.

图13
②再用伏安法测量其电阻，并设计图14所示电路，则电压表的另一端应接______(填“a”或“b”)，测量得电压表示数为4.50 V，而电流表读数如图15所示，则所测的电阻为_______ Ω.

图14

图15
答案　(1)1.25　(2)①×1　B　②a　1.80
7.(2018·杭州市期末)某同学为了研究某小灯泡在未发光时的电阻，分别在图16甲、乙两种电路中利用多用电表直流电流100 mA挡、电压表(量程为0～3 V)测量其电阻.他先按甲电路图连接电路，调节滑动变阻器，使得多用电表指针偏转如图丙所示，而电压表示数如图丁所示.接着他仅改变电压表的接法，如图乙所示，闭合开关，发现多用电表指针偏转几乎仍和图丙一样，而电压表示数如图戊所示.已知该同学操作过程均正确无误.
(1)在按甲电路图连接电路时，应将电源的正极与多用电表的________(填“红”或“黑”)表笔相连.



图16
(2)图丙中多用电表的读数是________mA，图戊中电压表的读数是________ V；
(3)若考虑电表内阻对测量的影响，当小灯泡通过图丙所示的电流时，其电阻约为________ Ω.(结果保留1位小数)
答案　(1)红　(2)80　0.75(0.73～0.77)　(3)8.1(7.8～8.4)
解析　(1)根据多用电表的特点，电流从多用电表的红表笔流入，从黑表笔流出，在按题图甲电路图连接电路时，应将电源的正极与多用电表的红表笔相连；
(2)多用电表选择直流电流100 mA挡，所以题图丙中多用电表的读数是80 mA；题图戊中电压表的读数是0.75 V；
(3)题图丁所示电压为0.65 V，由于甲、乙两种接法中多用电表的电流不变，灯泡两端电压不变，所以电阻R＝ Ω≈8.1 Ω.
8.现有一特殊电池，它的电动势E约为9 V，内阻r约为40 Ω，已知该电池允许输出的最大电流为50 mA.为了测量这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图17甲所示的电路进行实验，图中电流表的内阻RmA已经测出，阻值为5 Ω，R为电阻箱，阻值范围为0～999.9 Ω，R0为定值电阻，对电路起保护作用.

图17
(1)实验室备有的定值电阻R0共有以下几种规格：
A.10 Ω B.50 Ω C.150 Ω D.500 Ω
本实验选用哪一种规格的定值电阻最好________.
(2)该同学接入符合要求的R0后，闭合开关S，调整电阻箱的阻值，读取电流表的示数，记录多组数据，作出了图乙所示的图线，则根据该同学作出的图线可求得该电池的电动势E＝________ V，内阻r＝________ Ω.
答案　(1)C　(2)10　45
解析　(1)电池允许输出的最大电流为50 mA，故回路最小电阻为＝180 Ω，电源内阻与电流表内阻的和约为45 Ω，所以应选择阻值为150 Ω的定值电阻，故C正确.(2)根据闭合电路欧姆定律I＝可得，＝(R＋R0)＋，根据题图乙中图线的斜率和截距可得＝0.1 V－1，＝5 A－1，解得E＝10 V，r＝45 Ω.