2021届高考物理沪科版一轮复习教学案：第八章实验用多用电表测量电学中的物理量

实验　用多用电表测量电学中的物理量

一、                                                                                                                                     基本原理与操作

误差分析

1.系统误差

(1)电池用旧后，电动势会减小，内阻也会变大，致使电阻测量值偏大，要及时更换新电池。

(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。

2.偶然误差

(1)欧姆表的表盘刻度不均匀，估读时易带来误差，要注意其左密右疏的特点。

(2)由于欧姆表刻度的非线性，表头指针偏转过大或过小都会使误差增大，因此要选用恰当挡位，尽可能使指针指向表盘的中值刻度附近。

　教材原型实验

命题角度　欧姆表的原理及读数

【例1】 (2019·全国卷Ⅲ，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。

图1

(1)欧姆表设计

将图1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2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________、________。

图2

(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3所示，则电阻箱接入的阻值为________Ω。

图3

解析　(1)欧姆表的中值刻度为欧姆表的内阻，即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＝和Ib＝，代入数据解得Ra＝45 kΩ，Rb＝5 kΩ。

(3)使用欧姆表测量电阻时，首先要进行电阻调零，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上。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)如图所示　900　R1　(2)45　5　(3)0　35 000.0

命题角度　多用电表的原理及读数

【例2】 (2017·全国卷Ⅲ，23)图4(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。

图4

(1)图4a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4b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)与欧姆表内电源正极相连的是黑表笔。

(2)R6是可变电阻，它的作用就是欧姆表调零的作用，也就是使用欧姆挡时，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。

(3)换挡开关接2时，是量程较小的电流表，所以

R1＋R2＝＝160 Ω；

换挡开关接4时，是量程较小的电压表，这时表头与R1、R2并联组成新表头，新表头的内阻

r＝＝120 Ω，

新表头的量程是1 mA，所以

R4＝－r＝ Ω－120 Ω＝880 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端与“1”相连，则多用电表是量程为2.5 mA的电流表，则读数为1.47 mA；若此时B端与“3”相连接，多用电表是欧姆×100 Ω挡，则读数为11.0×100 Ω即1.10×103 Ω；若此时B端与“5”相连接，多用电表是量程为5 V电压表，则读数为2.95 V。

答案　(1)黑 　(2)B　(3)160　880　(4)1.47 mA  1.10×103 Ω　2.95 V

　实验拓展创新

 命题角度　用多用电表检测电路故障

【例1】 (2017·江苏单科)某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图5甲所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15 mA 时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。继电器的电阻约20 Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示。

(1)提供的实验器材有：电源E1(3 V，内阻不计)、电源E2(6 V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200 Ω)、滑动变阻器R2(0～500 Ω)、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0～999.9 Ω)、开关S、导线若干。

为使该装置实现对30～80 ℃之间任一温度的控制，电源E应选用________(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用________(选填“R1”或“R2”)。

图5

(2)实验发现电路不工作。某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图乙所示的选择开关旋至________(选填“A”“B”“C”或“D”)。

(3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查。在图甲中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)。

(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50 ℃时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是________。(填写各步骤前的序号)

①将热敏电阻接入电路

②观察到继电器的衔铁被吸合

③断开开关，将电阻箱从电路中移除

④合上开关，调节滑动变阻器的阻值

⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 Ω

解析　(1)为保持继电器的灵敏度，即电路中的电流易超过 15 mA，应选电动势大的电源E2；当温度为80 ℃时，滑动变阻器接入电路的最小电阻为R＝－Rt＝350.9 Ω，故滑动变阻器应选R2。

(2)因电路中有电源，排查电路故障应选用多用电表的直流电压挡，故选C。

(3)只有b、c间断路，表笔接入a、b间时，电表与电源之间形不成闭合电路，则电表指针不偏转，表笔接入a、c间时，能形成闭合电路，电表指针发生偏转。

(4)欲使衔铁在50 ℃被吸合，由表中数据可知，此时热敏电阻的阻值为108.1 Ω，操作步骤应是先断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 Ω，闭合开关，调节滑动变阻器的阻值，观察继电器的衔铁被吸合，然后断开开关，将电阻箱从电路中移除，再将热敏电阻接入电路原位置，故步骤顺序应为⑤④②③①

答案　(1)E2　R2　(2)C　(3)不偏转　偏转

(4)⑤④②③①

命题角度　用多用电表探测电学“黑箱” 问题

【例2】 (2019·潍坊模拟)如图6所示，已知黑箱外有A、B、C三只接线柱，黑箱内有一只定值电阻和一个二极管，它们的两端都直接接在接线柱上。用多用电表依次测三只接线柱间的阻值，结果如下表所示。请判定黑箱内的结构。

图6

 解析　先由二极管的反向截止的性质分析，由表可知，接BC和CB时测量结果不同，故在BC间一定有二极管存在；同理可知在AC间也有二极管存在，并且AC间的正向电阻大于BC之间的正向电阻，说明AC间包含电阻；而接AB和BA时电阻不变；故说明AB间只有电阻，BC间接二极管。所以黑箱内的结构为：

答案　见解析

探测电学“黑箱”内的电学元件的判断方法

1.(2020·西城区月考)如图7所示为多用电表的刻度盘。若选用倍率为“×100”的欧姆挡测电阻时，表针如图所示，则：

图7

(1)所测电阻的阻值为________ Ω；如果要用此多用电表测量一个阻值约为2.0×104 Ω的电阻，为了使测量结果比较精确，应选用的欧姆挡是________ (选填“×10”“×100”或“×1 k”)。

(2)用此多用电表进行测量，当选用量程为50 mA的电流挡测量电流时，表针指于图示位置，则所测电流为________ mA；当选用量程为250 mA的电流挡测量电流时，表针指于图示位置，则所测电流为________ mA。

(3)当选用量程为10 V的电压挡测量电压时，表针也指于图示位置，则所测电压为________ V。

解析　(1)欧姆表读数：对应最上一行刻度值为15，倍率为“×100”，读数为1.5×103 Ω；测2.0×104 Ω电阻时应选“×1 k”的欧姆挡。

(2)选50 mA直流电流挡，则每一大格表示10 mA，每一小格表示1 mA，测量的精确度为1 mA，应估读到0.1 mA(此时为1/10估读)，指针对应的读数为30.7 mA；选择量程为250 mA的电流挡，则每一大格表示50 mA，每一小格表示5 mA，测量的精确度为5 mA，应估读到1 mA(此时为1/5估读)，指针对应的读数为153 mA。

(3)选择10 V电压挡，则每一大格表示2 V，每一小格表示0.2 V，测量的精确度为0.2 V，应估读到0.1 V(此时应为1/2估读)，指针对应的读数为6.1 V。

答案　(1)1.5×103　×1 k　(2)30.7(30.5～30.9都正确)　153(152～154都正确)　(3)6.1

2.如图8是一个多用电表欧姆挡内部电路示意图。电流表满偏电流为0.5 mA，内阻为10 Ω；电池电动势为1.5 V，内阻为1 Ω；变阻器阻值为0～5 000 Ω。

图8

(1)该欧姆表的刻度值是按电池电动势为1.5 V标定的，当电池的电动势下降到1.45 V、内阻增大到4 Ω时仍可调零，调零后R0阻值将变________(选填“大”或“小”)；若测得某电阻阻值为300 Ω，则这个电阻的真实值是________Ω。

(2)该欧姆表换了一个电动势为1.5 V、内阻为10 Ω的电池，调零后测量某电阻的阻值，其测量结果________(选填“偏大”“偏小”或“准确”)。

解析　(1)电池的电动势减小、内阻增大时，要使表头的示数仍为原来的大小，则R0应该变小；若用电动势为1.45 V的电池测得某电阻的阻值是300 Ω，则调零时，满足0.5 mA＝，则当指针指到300 Ω时，电路中的电流I＝；当电池的电动势为1.5 V，没有降低时，调零时仍有0.5 mA＝，则当指针指到300 Ω时，其电流仍为I，且I＝，联立解得Rx＝290 Ω。

(2)若电池的内阻变大，测量时可以通过调节变阻器来弥补，故测量的结果仍是准确的。

答案　(1)小　290　(2)准确

3.(2019·山东临沂摸底)指针式多用电表是常用的电学测量仪器。请完成下列问题。如图9甲所示为多量程多用电表的示意图。

图9

(1)当接通1或2时，为________挡(填“电流”“电阻”或“电压”)。1的量程比2的量程________(填“大”或“小”)，若选择开关拨至“25 mA”挡，指针的位置如图乙所示，则测量结果为________mA，接通5或6时，5的量程比6的量程________(填“大”或“小”)。

(2)当接通3或4测量某电阻时，用“×10”挡时，发现指针偏转角度过大，应该换用________挡(填“×1”或“×100”)，换挡后，在测量前要先进行________。若此多用电表所用表头的满偏电流是100 mA，则换挡后电池的电动势E＝________V；图甲中________(填“A”或“B”)为红表笔。

解析　(1)根据多用电表的原理图知，当接通1或2时，为电流挡。1的量程比2的量程大。若选择开关拨至“25 mA”挡，测量的结果为107× mA＝10.7 mA；接通5或6时，为电压挡。5的量程比6的量程小。

(2)测量电阻时，用“×10”挡时，发现指针偏转角度过大，应该换用“×1”挡，换挡后，在测量前要先进行欧姆调零。若此多用电表所用表头的满偏电流是100 mA，则换挡后电池的电动势E＝IgR内＝IgR中＝100×10－3×15 V＝1.5 V；多用电表的表笔电流为“红进黑出”，故A为红表笔。

答案　(1)电流　大　10.7　小　(2)×1　欧姆调零

1.5　A

4.某照明电路出现故障，其电路如图10所示，该电路用标称值12 V的蓄电池为电源，导线及其接触完好。维修人员使用已调好的多用表直流50 V挡检测故障。他将黑表笔接在c点，用红表笔分别探测电路的a、b点。

图10

图11

(1)断开开关，红表笔接a点时多用表指示如图11所示，读数为________V，说明__________正常(选填：蓄电池、保险丝、开关、小灯)。

(2)红表笔接b点，断开开关时，表针不偏转，闭合开关后，多用表指示仍然和图11相同，可判定发生故障的器件是__________(选填：蓄电池、保险丝、开关、小灯)。

解析　(1)由题图可知，直流50 V挡的最小分度为1 V，故按“十分之一”估读法可知读数应为11.5 V左右。由于测得的电压基本等于蓄电池电动势的标称值，说明a、c两点与电源之间是通路，只能是此电池之外的保险丝、开关、小灯中出现了断路故障，但故障的具体位置不能确定。(2)同理可知，两表笔接c、b时测得结果仍等于电源电动势，说明多用表、开关、保险丝、蓄电池形成了一闭合回路，故只能是与多用表并联的小灯发生了断路故障。

答案　(1)11.5(11.2～11.8之间的值均可)　蓄电池

(2)小灯

5.在“用多用电表测量电学中的物理量”的实验中：

(1)在测量小灯泡的电阻时，红表笔接触点的电势比黑表笔__________；(填“高”或“低”)

(2)某同学把选择开关打到“×1”挡，转动欧姆调零旋钮，发现无法调零，则他应__________。

A.用力转动欧姆调零旋钮   

B.先用螺丝刀转动指针定位螺丝机械调零

C.更换多用电表的电池

D.作报废处理，换新的多用电表

(3)在用多用电表进行测量时，指针的位置如图12所示，若多用电表的选择开关处在以下表格中所指的挡位，请写出对应指针读数。

图12

(4)小徐同学要进行二极管正反向电阻测量实验，他可选用以下器件中的__________。(填字母)

解析　(1)欧姆表的红表笔与其内置电源的负极相连接，黑表笔与欧姆表内置电源正极相连接，在测量小灯泡的电阻时，红表笔接触点的电势比黑表笔低。

(2)把选择开关打到“×1”挡，转动欧姆调零旋钮，无法调零，可能是多用电表没有进行机械调零造成的，他可以用螺丝刀转动指针定位螺丝进行机械调零，然后再进行欧姆调零，故选B。

(3)多用电表选择直流电压10 V挡，由图示可知，其分度值为0.2 V，示数为3.6 V；选择开关置于电阻“×10”挡，由图示表盘可知，其示数为26×10 Ω＝260 Ω。

(4)由图示可知，A是电容器，C是电阻，B、D是二极管，因此可以选择B、D进行实验。

答案　(1)低　(2)B　(3)3.6 V　260  Ω　(4)BD