【高考物理】一轮复习14、实验十四　用多用电表测量电学中的物理量-学案

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图1
(1)把该微安表改装为量程为0～1 mA的电流表需要________(填“串联”或“并联”)________Ω的电阻。
(2)取一电动势为1.5 V、内阻较小的电源和调节范围足够大的滑动变阻器，与改装所得1 mA的电流表连接成如图1甲所示欧姆表，其中M为________(填“红”或“黑”)表笔，改装表盘后，正确使用该欧姆表测量某电阻的阻值，示数如图乙所示，图乙所测电阻为________Ω。
2.如图2甲所示的黑箱中有两只电学元件，小明使用多用电表对其进行探测。
图2
(1)在使用多用电表前，发现指针不在左边“0”刻度线处，应先调整图乙中多用电表的________(选填“A”“B”或“C”)。
(2)探测黑箱a、b接点间是否存在电源时，应选用多用电表的________挡(选填“直流电压”“直流电流”或“电阻”)。
(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。两表笔分别接a、b时，多用电表的示数如图丙所示，正反向阻值均相等，则他判断a、b两点间连接了电阻，阻值为____________Ω。
(4)他继续将红表笔接b，黑表笔接c，发现电阻无穷大，于是又将黑表笔接b，红表笔接c，发现电阻比a、b间的电阻更小，于是他判断出b、c间连接了二极管，并且二极管的正极与________点相连。
3.(1)如图3甲所示，是欧姆表测未知电阻Rx阻值的原理图，电路中电池的电动势为E、内阻为r，R0为调零电阻，Rg为表头内阻，则电流I与待测电阻的阻值Rx关系式为I＝________(调零电阻接入电路的部分阻值用R0表示)。
(2)I－Rx的关系图像如图乙所示，由图像判断下列说法正确的是________。
A.指针偏角越小，测量的误差越小
B.欧姆调零是当Rx＝0时，调节R0使电路中的电流I＝Ig
C.Rx越小，相同的电阻变化量对应的电流变化量越大，所以欧姆表的示数左密右疏
D.测量中，当Rx的阻值为图乙中的R2时，指针位于表盘中央位置的右侧
(3)用欧姆挡粗测电阻，选用“×10”倍率挡测量，发现指针偏转角度过小，因此需选择________(选填“×1”或“×100”)倍率的挡位，换挡后应重新进行________________(选填“欧姆”或“机械”)调零，测量时多用电表的示数如图丙所示，测量结果为Rx＝________Ω。
图3
4.(2024·云南昆明一中高三校考)佳佳同学在做“练习使用多用电表”的实验时，进行了如下测量：
图4
(1)测量电路的电压时，选用直流50 V量程，指针位置如图4中a所示，该电路两端电压为________V。
(2)测量电路的电流时，选择开关处在电流“10 mA”挡，指针位置如图中b所示，被测电流的值为________mA。
(3)某欧姆表由于长时间未使用，电源电动势和内阻发生了明显变化，导致无法进行欧姆调零。小佳同学用如图5甲所示的电路来研究其内部的电源情况。实验时选择欧姆表“×1”挡位，已知毫安表的量程为400 mA，内阻约为1 Ω。
图5
①在电路连接时，要注意毫安表的“－”接线柱要与欧姆表的________(填“红”或“黑”)表笔相连；
②调节电阻箱的阻值，当毫安表的读数为400 mA时，欧姆表指针偏转到整个表盘eq \f(4,5)位置的2.5 Ω刻度处，如图乙所示，则欧姆表表头G的量程为________mA；
③连续调节电阻箱的阻值，记录多组电阻箱阻值R及通过毫安表的电流I，做出R－eq \f(1,I)图像，如图丙所示，则电源的电动势E＝________V。在不考虑实验偶然误差的情况下，电源电动势的测量值________(填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
5.(1)用如图6所示的多用电表测量电阻，要用到选择开关K和两个部件S、T。
图6
①请将以下测量步骤补充完整：
a. 旋动部件________，使指针对准电流的“0”刻线。
b. 将K旋转到电阻挡“×100”的位置。
c. 将插入“＋”“－”插孔的表笔短接，旋动部件________，使指针对准电阻的________(填“0刻线”或“∞刻线”)。
②将两表笔分别与待测电阻相接，发现指针偏转角度过小。为了得到比较准确的测量结果，请从下列选项中挑出合理的步骤，并按________的顺序进行操作，再完成读数测量。
A.将K旋转到电阻挡“×1 k”的位置
B.将K旋转到电阻挡“×10”的位置
C.将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接
D.将两表笔短接，旋动合适部件，对电表进行校准
(2)图7为表头改装欧姆表的原理示意图。表头的量程为Ig＝300 μA，内阻为Rg＝500 Ω，电源电动势E＝3 V，内阻为r＝2.0 Ω，R为变阻器，最大阻值为10 kΩ。
图7
①由上述条件可知，改装后该表盘的正中央所标记的待测电阻阻值应为________Ω，若该表盘正中央刻线标记数字为10 Ω，则按上述方式直接改装得到的应是该欧姆表的________挡(填写“×1 k”“×100”“×10”或“×1”)。
②若通过改变欧姆表内部电源的电动势来更换挡位，则要得到“×10”挡，需将电源电动势调整至________V。
③此欧姆表使用一段时间后，电源内阻明显增大，电动势不变，但仍可进行欧姆调零。此时用欧姆表测电阻，将会导致测量值________(填写“偏大”“偏小”或“无影响”)。
图8
④如图8所示，发光二极管是电子线路中常用的元件，一般作为指示灯使用。其“长脚”为正极，“短脚”为负极。当电流正向流经发光二极管时(从正极流入)，其电阻较小，可以发光。现利用欧姆表测量发光二极管电阻，发现二极管可以发光，则可知红表笔连接二极管的________(填写“长脚”或“短脚”)。
参考答案
实验十四 用多用电表测量电学中的物理量
1.(1)并联 75 (2)红 1 000
解析 (1)增大电流表的量程时，连接的电阻起分流作用，所以需要并联一个电阻；根据并联电路的特点可得IgRg＝(I－Ig)R0，解得R0＝75 Ω。
(2)由题图甲可知，电流由M回到电源负极，根据“红进黑出”可知，M为红表笔；根据电源及电流表量程可知，欧姆表内阻为R欧＝eq \f(E,I)＝1 500 Ω，结合中值电阻刻度可知，该欧姆表倍率为×100，所以待测电阻阻值为1 000 Ω。
2.(1)A (2)直流电压 (3)15 (4)b
解析 (1)多用表使用前应机械调零，应调整A。
(2)可用多用电表的直流电压挡探测黑箱a、b接点间是否存在电源，将一表笔接a，另一表笔短暂接b，同时观察指针偏转的情况，判断接点间是否存在电源。
(3)挡位为“×1”挡，根据图丙示数可知r＝15×1 Ω＝15 Ω。
(4)二极管正向导通电阻很小，反向电阻无穷大，再根据多用电表欧姆挡内部结构可知，电流从红表笔流入，黑表笔流出，可知二极管的正极与b点相连，负极与c点相连。
3.(1)eq \f(E,r＋Rg＋R0＋Rx) (2)BC (3)×100 欧姆 1 900
解析 (1)根据闭合电路欧姆定律E＝I(Rg＋R0＋Rx＋r)，故
I＝eq \f(E,r＋Rg＋R0＋Rx)。
(2)指针在表盘中间位置时的误差较小，故A错误；欧姆调零是当Rx＝0时，调节R0使电路中的电流达到满偏电流，故B正确；根据I＝eq \f(E,r＋Rg＋R0＋Rx)，Rx越小，相同的电阻变化量对应的电流变化量越大，所以欧姆表的示数左密右疏，故C正确；当Rx的阻值为题图乙中的R2时，Rx大于中值电阻，指针位于表盘中央位置的左侧，故D错误。
(3)指针偏转角度过小，说明选择的挡位较小，应该换×100倍率的挡位，换挡后应重新进行欧姆调零。如题图丙所示，测量结果为Rx＝19×100 Ω＝1 900 Ω。
4.(1)20.5 (2)6.0 (3)①红 ②500 ③5 等于
解析 (1)测量电路的电压时，选用直流50 V量程，指针位置如图中a所示，读数时要读中间的刻度盘，最小刻度为1 V，则该电路两端电压为20.5 V。
(2)测量电路的电流时，选择开关处在电流“10 mA”挡，指针位置如图中b所示，读数时要读中间的刻度盘，最小刻度为0.2 mA，被测电流的值为6.0 mA。
(3)①电流从欧姆表的红表笔流入，从毫安表的“－”接线柱流出，所以毫安表的“－”接线柱要与欧姆表的红表笔相连；
②设欧姆表表头G的量程为Ig，由题意可得eq \f(4,5)Ig＝400 mA，解得欧姆表表头G的量程为Ig＝500 mA；
③设回路中除电阻箱之外的总电阻为r，根据闭合电路欧姆定律有E＝I(R＋r)，整理得R＝eq \f(E,I)－r
可知R－eq \f(1,I)图像的斜率等于电源的电动势，则有
E＝k＝eq \f(12,2.4) V＝5 V
根据实验原理可知并未引入由于电表内阻而产生的系统误差，可知在不考虑实验偶然误差的情况下，电源电动势的测量值等于真实值。
5.(1)①a.S c.T 0刻线 ②ADC (2)①10 000 ×1 k ②0.03 ③无影响 ④短脚
解析 (1)①a.旋动部件S，进行机械调零，使指针对准电流的“0”刻线。
c.将插入“＋”“－”插孔的表笔短接，旋动部件T，进行欧姆调零，使指针对准电阻的0刻线。
②将两表笔分别与待测电阻相接，发现指针偏转角度过小，可知待测电阻阻值较大，应将K旋转到电阻挡“×1 k”的位置，将两表笔短接，重新进行欧姆调零，将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接进行测量；则进行操作的步骤顺序为ADC。
(2)①改装后欧姆表进行欧姆调零时，有Ig＝eq \f(E,R欧)
解得欧姆表内阻为R欧＝10 000 Ω
该表盘的正中央对应的电流为满偏电流的一半时，有
eq \f(1,2)Ig＝eq \f(E,R欧＋Rx)
解得待测电阻阻值为Rx＝10 000 Ω
若该表盘正中央刻线标记数字为10 Ω，则有
Rx＝10 000 Ω＝1 000×10 Ω
可知改装得到的应是该欧姆表的×1 k挡。
②若通过改变欧姆表内部电源的电动势来更换挡位，则要得到“×10”挡，则欧姆内阻变为R欧′＝eq \f(10,1 000)×10 000 Ω＝100 Ω
需将电源电动势调整至为
E′＝IgR欧′＝300×10－6×100 V＝0.03 V。
③此欧姆表使用一段时间后，电源内阻明显增大，电动势不变，但仍可进行欧姆调零。由于欧姆调零后，电动势不变，欧姆内阻也不变，所以此时用欧姆表测电阻，将对测量值无影响。
④现利用欧姆表测量发光二极管电阻，发现二极管可以发光，可知此时电流正向流经发光二极管，由于欧姆表黑表笔连接电源正极，则红表笔连接二极管的短脚。