高考物理一轮复习第8章恒定电流第6课时用多用电表测量电学中的物理量学案

这是一份高考物理一轮复习第8章恒定电流第6课时用多用电表测量电学中的物理量学案，共13页。

[把握经典实验方案]
一、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．会用多用电表检测二极管、探索黑箱中的电学元件。
二、实验原理
1．多用电表的工作原理：闭合电路的欧姆定律、电路的串联与并联。
2．认识多用电表：如图所示是一种多用电表的外形图。表的上半部分为表盘，下半部分是选择开关，开关周围标有测量功能的区域及量程。
3．二极管的单向导电性
(1)晶体二极管：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。
(2)晶体二极管具有单向导电性：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。
三、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。
四、实验步骤
1．观察多用电表：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。
(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。
6．测量完毕，将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡。
[融通多彩实验方案]
1．鲁科版新教材——用多用电表测量电学中的物理量
[要点解读]
(1)教材介绍了欧姆表的原理
如图所示，在满偏电流为Ig、内阻为Rg的电流计上串联一个电动势为E、内阻为r的电源和一个可变电阻R1，AB两端接有一个待测电阻R。根据闭合电路欧姆定律，回路中的电流I＝eq \f(E,R1＋r＋Rg＋R)，则待测电阻R＝eq \f(E,I)－(R1＋r＋Rg)。在E、R1＋r＋Rg不变的情况下，待测电阻R与回路中电流I有着一一对应的关系，由此便可在电流计刻度盘上直接标识电阻R，这就是欧姆表。
(2)教材介绍了多用电表的电路原理
多用电表的核心是一个直流灵敏电流计G，即表头。表头与电阻、开关等组成不同的测量电路。
如图所示，是一种测量直流电流、电压和电阻的多用电表原理示意图。
用多用电表测直流电流和电压的原理，实质上就是我们学过的分流和分压原理。在上图中，若将选择开关拨至触点“1”或“2”，可构成不同量程的电流表；若将选择开关拨至触点“3”或“4”，可构成不同量程的电压表；若将选择开关拨至触点“5”，可构成欧姆表。
2．粤教版新教材——用多用电表测量电学中的物理量
[要点解读]
(1)教材介绍了两类多用电表
多用电表由表头、测量电路、选择开关以及红、黑测量表笔等组成，一般可分为指针式和数字式两大类。
如图1所示是一种指针式多用电表。表的上半部分为刻度显示盘，下半部分是选择开关，开关周围标有测量功能的区域及量程。将选择开关旋转到电流挡，多用电表内的电流表电路就被接通；将选择开关旋转到电压挡或电阻挡，表内的电压表电路或欧姆表电路就被接通。
如图2所示是一种数字式多用电表。表的上半部分为读数屏，下半部分是选择开关，开关周围标有测量功能的区域及量程。数字式多用电表的测量值以数字形式直接显示，使用方便。
(2)教材介绍了指针式多用电表的原理
如图所示为指针式多用电表的电路简图。
测量电流时，黑表笔插入公共端，红表笔根据待测电流的大小，通过转换开关接入“1”端或“2”端。多用电表中测量端旁标出的电流是该测量端的最大测量电流，即量程。“1”端和“2”端的量程不同。
测量电压时，黑表笔插入公共端，红表笔根据待测电压的大小，通过转换开关接入“3”端或“4”端，它们的量程不同。
测量电阻时，黑表笔插入公共端，红表笔通过转换开关接入“5”端。在红、黑表笔间接入待测电阻R后，形成闭合电路，其中电阻R0为可变电阻，称为调零电阻，E为电池电动势。
实际上，多用电表的电阻测量端不止一个。它的多个测量端共用一个电阻刻度盘，电阻值按十进倍率扩大。
[归纳共性实验关键]
1．不变的实验原理
都是应用了闭合电路的欧姆定律、电路的串联与并联知识。
2．必备的实验器材
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
3．通用的数据处理方法
(1)测电阻时，电阻值等于指针的示数与倍率的乘积。
记录电阻读数时一般用科学计数法表示。
(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。
4．通用的注意事项
(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指针指在中值附近较准，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。
5．通用的误差分析
(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。
考法一 多用电表的原理和读数
1．如图所示为一正在测量中的多用电表表盘。
(1)如果是用直流2.5 V挡测量电压，则读数为________V。
(2)如果是用直流5 mA挡测量电流，则读数为________mA。
(3)如果是用欧姆“×100”挡测量电阻，则读数为________Ω。
解析：(1)用多用电表测直流电压、电流时，需根据第二行刻度读数。用直流2.5 V挡时，最小刻度值为
eq \f(2.5,50) V＝0.05 V，
故所测电压U＝0.05×32.2 V＝1.61 V。
(2)用直流5 mA挡时，最小刻度值为eq \f(5,50) mA＝0.1 mA，故所测电流I＝0.1×32.2 mA＝3.22 mA。
(3)用多用电表测电阻时，需根据第一行刻度读数。由于选用欧姆“×100”挡，故所测电阻R＝8.0×100 Ω＝800.0 Ω。
答案：(1)1.61 (2)3.22 (3)800.0
2．(1)如图甲所示为一简易多用电表内部电路原理图，其中G为灵敏电流计。选择开关S与不同接点连接就构成不同的电表，下列分析正确的是________。
A．A为黑表笔，B为红表笔
B．将选择开关S与3连接，就构成了欧姆表
C．将选择开关S与1、2连接，就构成了电流表，且与1接点相连时量程较大
D．将选择开关S与4、5连接，就构成了电压表，且与4接点相连时量程较大
(2)某同学选择欧姆挡“×1 k”倍率测量电阻RA、RB的阻值时，指针分别处于a、b两位置，其中a位置在表盘正中央(如图乙所示)，指针在b位置时的偏转角度恰好为在a时的一半，则电阻RA＝________，RB＝________。
解析：(1)在多用电表使用时应让电流从红表笔进、黑表笔出，当将选择开关S与3连接，就构成了欧姆表，由此可判断A为红表笔，B为黑表笔，故A错误，B正确；将选择开关S与1、2连接，就构成了电流表，根据并联分流原理，可知与1接点相连时量程较大，故C正确；将选择开关S与4、5连接，就构成了电压表，根据串联分压原理，串联的电阻越大分得的电压越大，所以与5接点相连时量程较大，故D错误。
(2)指针指向a位置即表盘正中央时，即指向了欧姆表的中值电阻R中，也就是欧姆表本身的内阻，RA＝R中＝15 kΩ；当指针指向b位置时，偏转角度恰好为在a时的一半，即I＝eq \f(1,4)Ig，由eq \f(1,4)Ig＝eq \f(E,RB＋R中)，另有eq \f(1,2)Ig＝eq \f(E,RA＋R中)，解得RB＝45 kΩ。
答案：(1)BC (2)15 kΩ 45 kΩ
eq \a\vs4\al([关键点拨])
(1)用不同的挡位所测的量不同，读数方法不同，精确度的要求也不同。
(2)多用电表虽然只能粗略地测量电阻值，但可以为精确测量电阻时选择器材、设计电路等提供参考。
考法二 多用电表的使用
3．(2021·淮安期末)(1)如图所示为指针式多用电表，其中S、K、T为三个可调节的部件，现用此电表测量一定值电阻的阻值，测量的某些操作步骤如下：
①调节指针定位螺丝部件，使电表指针指向电流0刻度处；
②将选择开关旋转到欧姆挡位置；
③将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔，笔尖相互接触，调节部件________(选填“S”“K”或“T”)，使电表指针指向“0 Ω”；
④测量该定值电阻阻值时，多用电表指针示数如图所示，则该电阻的阻值为________Ω。
(2)欧姆调零后，用“×10”挡测量另一电阻的阻值，发现指针偏转角度很大，则下列做法正确的是________。
A．为测得更准确些，应当换用“×1”挡，重新欧姆调零后进行测量
B．为测得更准确些，应当换用“×100”挡，重新欧姆调零后进行测量
(3)关于多用电表的使用，下列说法正确的有________。
A．图甲是用多用电表直流电压挡测量小灯泡两端的电压，表笔接法正确
B．图乙是用多用电表直流电流挡测量电路中的电流，表笔接法正确
C．图丙中用多用电表欧姆挡测量的是二极管的反向电阻
D．图丁中用多用电表欧姆挡测量的是二极管的反向电阻
解析：(1)③测电阻时先进行欧姆调零，即先短接红、黑表笔，调节欧姆调零旋钮T，使指针指向欧姆挡零刻度线；④欧姆调零后，测量电阻，读出示数，则电阻R＝1 400 Ω。
(2)由题知指针偏转角度过大，即欧姆挡示数太小，要使示数变大，则要减小倍率，重新欧姆调零后，再测量，故选项A正确。
(3)图甲是用直流电压挡测电压，要求电流从红表笔流入，显然红、黑表笔接反，A错误；图乙是用直流电流挡测电流，要先断开电路，再将电流表串联进电路，电流从红表笔流进，B选项正确；图丙和图丁是用欧姆挡测二极管的反向电阻，则要求电流从二极管的负极流进，即黑表笔与二极管的负极相连，故选项D正确，选项C错误。
答案：(1)③T ④1 400 (2)A (3)BD
4．为确定某电子元件的电气特性，进行如下测量。
(1)用多用电表测量该元件的电阻，选用“×100”倍率的欧姆挡测量，发现多用电表指针偏转过大，因此需选择________(填“×10”或“×1 k”)倍率的欧姆挡，并________________，再进行测量，多用电表的示数如图甲所示，测量结果为________Ω。
(2)将待测元件(额定电压9 V)、蓄电池、滑动变阻器、电流表、多用电表、开关及若干导线连接成电路如图乙所示。增加连线，使电路能测量该元件完整的伏安特性。本实验中使用多用电表测电压，多用电表的选择开关应调到________(填“直流电压10 V”或“直流电压50 V”)挡。
解析：(1)用多用电表测量该元件的电阻，选用“×100”倍率的欧姆挡测量，多用电表指针偏转过大，说明电阻较小，因此需选择“×10”倍率的欧姆挡，并重新欧姆调零后，再进行测量，测量结果为7.0×10 Ω＝70.0 Ω。
(2)要测量该元件完整的伏安特性，滑动变阻器必须采用分压接法，如图所示。
本实验中使用多用电表测电压，该元件的额定电压为9 V，故多用电表的选择开关应调到直流电压10 V挡。
答案：(1)×10 重新欧姆调零 70.0 (2)见解析图 直流电压10 V
eq \a\vs4\al([关键点拨])
(1)使用欧姆表测电阻时，欧姆表调零是关键的步骤。
(2)使用多用电表，无论是测电阻、电压还是电流，都要让电流从红表笔流入电表，从黑表笔流出电表。
[例1] (2019·全国卷Ⅲ)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。
[三步化“新”为“熟”]
1．本题的目的是欧姆表的改装、校准及电阻箱的读数。
2．根据欧姆表的原理，其表盘的中值电阻为欧姆表的内阻。
3．应用欧姆表中电流和电阻的关系进行电表的校准和相关计算。
[解析] (1)实物连线如图所示。
欧姆表的中值刻度为欧姆表的内阻，即R内＝r＋R0＋RA＋R＝15 kΩ，解得R＝900 Ω。由于滑动变阻器R2的最大阻值为500 Ω，所以滑动变阻器选R1。
(2)根据闭合电路欧姆定律，得Ia＝eq \f(E,R内＋Ra)和Ib＝eq \f(E,R内＋Rb)，代入数据解得Ra＝45 kΩ，Rb＝5 kΩ。
(3)使用欧姆表测量电阻时，首先要进行欧姆调零，此时应将红、黑表笔短接，调整滑动变阻器，使欧姆表指针指在0 kΩ处。电阻箱的阻值为(0.1×0＋1×0＋10×0＋100×0＋1 000×5＋10 000×3)Ω＝35 000.0 Ω。
[答案] (1)见解析图 900 R1 (2)45 5
(3)0 35 000.0
[例2] 在练习使用多用电表的实验中：
(1)用多用电表的欧姆挡测量阻值Rx约为数十千欧的电阻。以下是测量过程中的一些主要实验步骤：
A．将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针对准刻度盘上电阻的零刻度，然后断开两表笔
B．旋转选择开关至交流电压最大量程处或“OFF”挡，并拔出两表笔
C．旋转选择开关至欧姆“×1 k”挡
D．将两表笔分别连接到被测电阻的两端，读出阻值Rx，断开两表笔
以上实验步骤的正确顺序是________(填写步骤前的字母)。
实验中，多用电表的指针位置如图甲所示，则此被测电阻的阻值约为________kΩ。
(2)为了较精确地测量另一定值电阻的阻值Ry，采用图乙所示的电路，电源电压U恒定，电阻箱接入电路的阻值可调且能直接读出。
①用多用电表测电路中的电流，则与a点相连的是多用电表的________(选填“红”或“黑”)表笔。
②闭合开关，多次改变电阻箱阻值R，记录相应的R和多用电表读数I，得到Req \f(1,I)的关系如图丙所示，则Ry＝________Ω，电源电压U＝________V。
[三步化“新”为“熟”]
1．实验目的：用多用电表测电阻，并根据所得数据求出电源电压。
2．实验原理：根据欧姆定律I＝eq \f(U,R＋Ry)，可以推出R＝U·eq \f(1,I)－Ry，因此可以画出Req \f(1,I)图像。
3．数据处理：研究函数式和图像的关系，由图像纵轴截距的绝对值可得到Ry的值，由图像的斜率可得到电源电压的值。
[解析] (1)测阻值约为几十千欧的电阻Rx，应选择欧姆“×1 k”挡，然后进行欧姆调零，用欧姆表测待测电阻阻值，读出其示数，最后要把选择开关置于交流电压最大量程处或“OFF”挡，因此合理的实验步骤是C、A、D、B；由题图甲可知，被测电阻阻值为17.0×1 kΩ＝17.0 kΩ。
(2)①电流从红表笔流入多用电表，a点接电源正极，故a点应接多用电表的红表笔。②由题图乙可知，电阻为串联关系，则有：I＝eq \f(U,R＋Ry)，变形可得：R＝U·eq \f(1,I)－Ry，由题图丙可知，图像中纵轴截距的绝对值为Ry，故Ry＝200 Ω；图像的斜率表示U，故U＝eq \f(400,0.075－0.025×103) V＝8 V。
[答案] (1)CADB 17.0 (2)①红 ②200 8
[创新角度归纳]
实验情境
的创新
多用电表可以应用到日常生活中，对家用电器、电子元件进行测量或故障检测，被测元件可以是一般电阻，也可以是二极管、黑箱等
实验数据
的分析
换用不同挡位，所测的量不同，读数方法不同，精确度要求也不同。一般情况下，用多用电表测出的值只能作为参考
实验原理
的拓展
多用电表可以和很多电学实验配合使用，先粗略测出电阻值，作为设计电路、选择器材的参考