2022步步高大一轮复习--物理 第八章 恒定电流 实验十二 用多用电表测量电学中的物理量学案

这是一份2022步步高大一轮复习--物理 第八章 恒定电流 实验十二 用多用电表测量电学中的物理量学案，共8页。学案主要包含了电流表与电压表的改装，欧姆表原理，多用电表，二极管的单向导电性等内容，欢迎下载使用。

一、电流表与电压表的改装
1．改装方案
2.校正
(1)电压表的校正电路如图1所示，电流表的校正电路如图2所示．
图1 图2
(2)校正的过程是：先将滑动变阻器的滑动触头移到最左端，然后闭合开关，移动滑动触头，使改装后的电压表(电流表)示数从零逐渐增大到量程值，每移动一次记下改装的电压表(电流表)和标准电压表(标准电流表)的示数，并计算满刻度时的百分误差，然后加以校正．
二、欧姆表原理(多用电表测电阻原理)
1．构造
如图3所示，欧姆表由电流表G、电池、调零电阻R和红、黑表笔组成．
图3
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＝eq \f(E,Rg＋R＋r＋Rx).
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＝eq \f(Ig,2)时，Rx＝Rg＋R＋r，此电阻值等于欧姆表的内阻值，Rx叫中值电阻．
三、多用电表
1．多用电表可以用来测量电流、电压、电阻等，并且每一种测量都有几个量程．
图4
2．外形如图4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)．
四、二极管的单向导电性
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5甲所示．
图5
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．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．
2．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6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．
图6
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．
1．多用电表使用注意事项
(1)表内电源正极接黑表笔，负极接红表笔，但是红表笔插入“＋”插孔，黑表笔插入“－”插孔，注意电流的实际方向应为“红入”、“黑出”．
(2)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，调整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，调整的是欧姆调零旋钮．
(3)欧姆表读数时注意乘以相应挡位的倍率．
(4)使用多用电表时，手不能接触表笔的金属杆，特别是在测电阻时，更应注意不要用手接触表笔的金属杆．
(5)测量电阻时待测电阻要与其他元件和电源断开，否则不但影响测量结果，甚至可能损坏电表．
(6)测电阻时每换一次挡必须重新欧姆调零．
(7)使用完毕，选择开关要置于交流电压最高挡或“OFF”挡．长期不用，应把表内电池取出．
2．多用电表对电路故障的检测
(1)断路故障的检测方法
①用直流电压挡：
a．将电压表与电源并联，若电压表示数不为零，说明电源良好，若电压表示数为零，说明电源损坏．
b．在电源完好时，再将电压表与外电路的各部分电路并联．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用直流电流挡：
将电流表串联在电路中，若电流表的示数为零，则说明与电流表串联的部分电路断路．
③用欧姆挡检测
将各元件与电源断开，然后接到红、黑表笔间，若有阻值(或有电流)说明元件完好，若电阻无穷大(或无电流)说明此元件断路．
(2)短路故障的检测方法
①将电压表与电源并联，若电压表示数为零，说明电源被短路；若电压表示数不为零，则外电路的部分电路不被短路或不完全被短路．
②用电流表检测，若串联在电路中的电流表示数不为零，故障应是短路.
例题 (2019·安徽皖江名校联盟摸底大联考)某实验小组在练习使用多用电表时，他们正确连接好电路如图7甲所示．闭合开关S后，发现无论如何调节电阻箱R0，灯泡都不亮，电流表无读数，他们判断电路可能出现故障．经小组讨论后，他们尝试用多用电表的欧姆挡来检测电路．已知保护电阻R＝15 Ω，电流表量程为0～50 mA.操作步骤如下：
图7
①将多用电表挡位调到欧姆×1挡，再将红、黑表笔短接，进行欧姆调零；
②断开图甲电路开关S，将多用电表两表笔分别接在a、c上，多用电表的指针不偏转；
③将多用电表两表笔分别接在b、c上，多用电表的示数如图乙所示；
④将多用电表两表笔分别接在c、e上，调节R0＝20 Ω时，多用电表示数如图丙所示，电流表的示数如图丁所示．
回答下列问题：
(1)图丙中的多用电表读数为________ Ω；图丁中的电流表读数为________ mA.
(2)操作步骤④中，多用电表红表笔应接________(选填“c”或“e”)点．
(3)电路的故障可能是________．
A．灯泡短路 B．灯泡断路
C．保护电阻R短路 D．保护电阻R断路
(4)根据以上实验得出的数据，同学们还计算出多用电表内部电源的电动势E′＝________ V(结果保留三位有效数字)．
答案 (1)24 38.0 (2)e (3)B (4)1.48
解析 (1)欧姆表的读数为24×1 Ω＝24 Ω，电流表的最小分度是1 mA，需估读到0.1 mA，所以题图丁中的电流表读数为38.0 mA.(2)根据电流必须从电流表正接线柱流入，电流从欧姆表的红表笔流入，黑表笔流出，电路中电流表在e端为负极，即电流经过电流表的方向为d→e，则操作步骤④中，多用电表黑表笔应接c点，红表笔应接e点．(3)将多用电表两表笔分别接在a、c上，多用电表的指针不偏转，说明ac间有断路．将多用电表两表笔分别接在b、c上，多用电表的示数不为零，所以电路的故障是灯泡断路．(4)由操作步骤③中多用电表指针正好指在中间刻度，根据欧姆表的中值电阻等于其内阻，则知欧姆表的内阻为R欧＝15 Ω.根据闭合电路欧姆定律得：I＝eq \f(E′,R0＋RmA＋R欧)，又R0＋RmA＝24 Ω，故E′＝I(R0＋RmA＋R欧)＝38.0×10－3×(24＋15) V≈1.48 V.
变式1 (2019·辽宁大连市第二次模拟)如图8甲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，灵敏电流计满偏电流Ig＝10 mA，内阻rg＝90 Ω，表盘如图丙所示，欧姆表表盘中值刻度为“15”．
图8
(1)多用电表的选择开关旋至“Ω”区域的某挡位时，其内部电路为图甲所示．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，表盘如图丙所示，则该电阻的阻值为________ Ω.
(2)若将选择开关旋至“×1”，则需要将灵敏电流计________(选填“串联”或“并联”)一阻值为________ Ω的电阻，再进行欧姆调零．
(3)某同学利用多用电表对二极管正接时的电阻进行粗略测量，如图乙所示，下列说法中正确的是________(填选项前的字母)．
A．欧姆表的表笔A、B应分别接二极管的C、D端
B．双手捏住两表笔金属杆，测量值将偏大
C．若采用“×100”倍率测量时，发现指针偏角过大，应换“×10”倍率，且要重新进行欧姆调零
D．若采用“×10”倍率测量时，发现指针位于刻度“15”与“20”的正中央，测量值应略大于175 Ω
答案 (1)150 70 (2)并联 10 (3)AC
解析 (1)设欧姆表总内阻为R，短接时有：E＝IgR，代入数据计算得：R＝150 Ω；当半偏时有：E＝eq \f(1,2)Ig(R＋R中)，所以R＝R中，所以选择的是“×10”挡位，根据题图丙可知读数为70 Ω.
(2)开关旋至“×1”，此时内阻R′＝R中＝15 Ω，短接时电流Im＝eq \f(E,R′)＝100 mA，所以给表头并联一个分流电阻R0，根据欧姆定律：R0＝eq \f(Igrg,Im－Ig)＝10 Ω.
(3)二极管具有单向导电性，由于表笔A与欧姆表内部电源正极相连，故需要表笔A、B应分别接二极管的C、D端，A正确；实验测量时，手不能触碰金属杆，否则会将自身电阻并联进电路，测量值偏小，B错误；若采用“×100”倍率测量时，发现指针偏角过大，说明电阻对该挡位太小，所以应该换小挡位，即“×10”倍率，且要重新进行欧姆调零，C正确；欧姆表表盘刻度不均匀，“左密右疏”且越往左阻值越大，所以测量值应小于175 Ω，D错误．
变式2 如图9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图如图乙．
图9
(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调节可调部件________，使电表指针停在表盘左侧零刻度位置；
②调节可调部件________，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刻度位置；
④将红、黑表笔的笔尖分别接触电阻的两端，由表头指针示数得出该电阻的阻值．
(2)选择欧姆表的“×1 k”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.
答案 (1)S K T (2)eq \f(E,R＋Rg＋r) 0.2
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选择合适的挡位：因电阻约为十几欧，为使指针指在中央刻度附近，则选择欧姆表的“×1”挡位即可．
③欧姆表选好挡后要进行欧姆调零，短接红、黑表笔，调节T，使得电表指针指向右侧零刻度位置．
(2)两表笔笔尖相互接触且调零时Rx＝0，此时电流为满偏电流Ig，由闭合电路的欧姆定律E＝Ig(r＋R＋Rg)，则可得Ig＝eq \f(E,R＋Rg＋r)；
欧姆表选择的“×1 k”挡，中值电阻值为15×1 000 Ω，则RΩ＝Rg＋R＋r＝15×1 000 Ω，而E＝6 V，则Ig＝eq \f(E,RΩ)＝eq \f(6,15 000) A＝0.4 mA，现接待测电阻后指针所在位置读得Rx＝15×1 000 Ω，则I＝eq \f(E,RΩ＋Rx)＝0.2 mA.改装为电压表
改装为大量程的电流表
原理
串联电阻分压
并联电阻分流
改装原理图
分压电阻或分流电阻
U＝Ig(Rg＋R) 故R＝eq \f(U,Ig)－Rg
IgRg＝(I－Ig)R故R＝eq \f(IgRg,I－Ig)
改装后电表内阻
RV＝Rg＋R>Rg
RA＝eq \f(RRg,R＋Rg)