高考物理總復(fù)習(xí)第九章電路及其應(yīng)用實驗十三用多用電表測量電學(xué)中的物理量

實驗十三用多用電表測量電學(xué)中的物理量一、歐姆表原理(多用電表測電阻原理)1．構(gòu)造如圖1所示，歐姆表由電流表G、電池、調(diào)零電阻R和紅、黑表筆組成。圖1歐姆表內(nèi)部：電流表、電池、調(diào)零電阻串聯(lián)。外部：接被測電阻Rx。全電路電阻R總＝Rg＋R＋r＋Rx。2．工作原理閉合電路的歐姆定律I＝eq\f(E,Rg＋R＋r＋Rx)。3．刻度的標(biāo)定紅、黑表筆短接(被測電阻Rx＝0)時，調(diào)節(jié)調(diào)零電阻R，使I＝Ig，電流表的指針達(dá)到滿偏，這一過程叫歐姆調(diào)零。(1)當(dāng)I＝Ig時，Rx＝0，在滿偏電流Ig處標(biāo)為“0”。(圖甲)(2)當(dāng)I＝0時，Rx→∞，在I＝0處標(biāo)為“∞”。(圖乙)(3)當(dāng)I＝eq\f(Ig,2)時，Rx＝Rg＋R＋r，此電阻值等于歐姆表的內(nèi)阻值，Rx叫中值電阻。二、多用電表1．多用電表可以用來測量電流、電壓、電阻等，并且每一種測量都有幾個量程。2．外形如圖2所示：上半部分為表盤，表盤上有電流、電壓、電阻等多種量程的刻度；下半部分為選擇開關(guān)，它的四周刻有各種測量項目和量程。圖23．多用電表面板上還有：歐姆表的歐姆調(diào)零旋鈕(使電表指針指在右端零歐姆處)、指針定位螺絲(使電表指針指在左端的“0”位置)、表筆的正、負(fù)插孔(紅表筆插入“＋”插孔，黑表筆插入“－”插孔)。三、二極管的單向?qū)щ娦?．晶體二極管是由半導(dǎo)體材料制成的，它有兩個極，即正極和負(fù)極，它的符號如圖3甲所示。圖32．晶體二極管具有單向?qū)щ娦?符號上的箭頭表示允許電流通過的方向)。當(dāng)給二極管加正向電壓時，它的電阻很小，電路導(dǎo)通，如圖乙所示；當(dāng)給二極管加反向電壓時，它的電阻很大，電路截止，如圖丙所示。3．將多用電表的選擇開關(guān)撥到歐姆擋，紅、黑表筆接到二極管的兩極上，當(dāng)黑表筆接“正”極，紅表筆接“負(fù)”極時，電阻示數(shù)較小，反之電阻示數(shù)很大，由此可判斷出二極管的正、負(fù)極。1．實驗步驟(1)觀察：觀察多用電表的外形，認(rèn)識選擇開關(guān)的測量項目及量程。(2)機械調(diào)零：檢查多用電表的指針是否停在表盤刻度左端的零位置。若不指零，則可用小螺絲刀調(diào)節(jié)定位螺絲，進(jìn)行機械調(diào)零。(3)將紅、黑表筆分別插入“＋”、“－”插孔。(4)測量小燈泡的電壓和電流。①按如圖4甲所示的電路圖連好電路，將多用電表選擇開關(guān)置于直流電壓擋，測小燈泡兩端的電壓。圖4②按如圖乙所示的電路圖連好電路，將選擇開關(guān)置于直流電流擋，測量通過小燈泡的電流。(5)測量定值電阻①根據(jù)被測電阻的估計阻值，選擇合適的擋位，把兩表筆短接，觀察指針是否指在歐姆表的“0”刻度，若不指在歐姆表的“0”刻度，調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕，使指針指在歐姆表的“0”刻度處。②將被測電阻接在兩表筆之間，待指針穩(wěn)定后讀數(shù)。③讀出指針在刻度盤上所指的數(shù)值，用讀數(shù)乘以所選擋位的倍率，即得測量結(jié)果。④測量完畢，將選擇開關(guān)置于交流電壓最高擋或“OFF”擋。2．多用電表使用注意事項(1)表內(nèi)電源正極接黑表筆，負(fù)極接紅表筆，但是紅表筆插入“＋”插孔，黑表筆插入“－”插孔，注意電流的實際方向應(yīng)為“紅入”、“黑出”。(2)區(qū)分“機械零點”與“歐姆零點”。機械零點是表盤刻度左側(cè)的“0”位置，調(diào)整的是表盤下邊中間的指針定位螺絲；歐姆零點是指刻度盤右側(cè)的“0”位置，調(diào)整的是歐姆調(diào)零旋鈕。(3)歐姆表讀數(shù)時注意乘以相應(yīng)擋位的倍率。(4)使用多用電表時，手不能接觸表筆的金屬桿。(5)測量電阻時待測電阻要與其他元件和電源斷開，否則不但影響測量結(jié)果，甚至可能損壞電表。(6)測電阻時每換一次擋必須重新歐姆調(diào)零。3．多用電表對電路故障的檢測(1)斷路故障的檢測方法①用直流電壓擋將電壓表與電源并聯(lián)，若電壓表示數(shù)不為零，說明電源良好，若電壓表示數(shù)為零，說明電源損壞。②用直流電流擋將電流表串聯(lián)在電路中，若電流表的示數(shù)為零，則說明與電流表串聯(lián)的部分電路斷路。③用歐姆擋檢測將各元件與電源斷開，然后接到紅、黑表筆間，若有阻值(或有電流)說明元件完好，若電阻無窮大(或無電流)說明此元件斷路。(2)短路故障的檢測方法①將電壓表與電源并聯(lián)，若電壓表示數(shù)為零，說明電源被短路；若電壓表示數(shù)不為零，則外電路的部分電路不被短路或不完全被短路。②用電流表檢測，若串聯(lián)在電路中的電流表示數(shù)不為零，故障應(yīng)是短路。命題點一多用電表的原理【例1(2021·湖南懷化市一模)如圖5為簡易多用電表的電路圖。該多用電表有5個擋位，5個擋位中有：直流電壓1V擋和5V擋，直流電流3mA擋和6mA擋，歐姆擋。圖5圖中E是直流電源；R1、R2、R3、R4和R5是定值電阻，R6是可變電阻，最大值為2kΩ；表頭G的滿偏電流為2mA，內(nèi)阻為20Ω，虛線方框內(nèi)為換擋開關(guān)。A端和B端分別與兩表筆相連；(1)圖中的A端與________(填“紅”或“黑”)表筆相連接；(2)要想使用直流電壓1V擋，選擇開關(guān)B應(yīng)與______相連(填選擇開關(guān)對應(yīng)的數(shù)字)；(3)關(guān)于R6的使用，下列說法正確的是________(填正確答案標(biāo)號)；A．在使用多用電表之前，調(diào)整R6使電表指針指在表盤左端電流“0”位置B．使用歐姆擋時，先將兩表筆短接，調(diào)整R6使電表指針指在表盤右端電阻“0”位置C．使用電流擋時，調(diào)整R6使電表指針盡可能指在表盤右端電流最大位置(4)根據(jù)題給條件可得R1＝________Ω，R2＝________Ω。答案(1)紅(2)4(3)B(4)2020解析(1)根據(jù)“紅進(jìn)黑出”，圖中的A端與紅表筆相連接。(2)直流電壓1V擋要用表頭與較小的電阻串聯(lián)，則選擇開關(guān)B應(yīng)與“4”相連。(3)R6是歐姆擋的調(diào)零電阻，使用歐姆擋時，先將兩表筆短接，調(diào)整R6使電表指針指在表盤右端電阻“0”位置，故B正確，A、C錯誤。(4)直流電流分別為3mA和6mA擋，由圖可知，接“1”時為6mA擋，接“2”時為3mA擋，設(shè)I1＝6mA，I2＝3mA由歐姆定律可得(I1－Ig)R1＝Ig(R2＋Rg)IgRg＝(I2－Ig)(R2＋R1)解得R1＝20Ω，R2＝20Ω。命題點二多用電表的使用和讀數(shù)【例2(2021·安徽馬鞍山市質(zhì)量監(jiān)測)物理興趣小組利用圖6(a)所示電路進(jìn)行實驗。使用的器材有：多用電表，電壓表(量程0～5V)，滑動變阻器，導(dǎo)線若干。圖6(1)對多用電表進(jìn)行機械調(diào)零后，選擇開關(guān)撥到“×1k”擋，進(jìn)行歐姆調(diào)零。圖(a)中多用電表的紅表筆應(yīng)和________(選填“1”或“2”)端相連。(2)調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，當(dāng)其接入電路的阻值為零時，多用電表和電壓表的刻度盤上的指針位置分別如圖(b)、(c)所示，則電壓表讀數(shù)是______V，電壓表內(nèi)阻是______kΩ，可以求出多用電表“×1k”擋內(nèi)部電源電動勢為________V。(3)用此多用電表測電阻，選擇“×1”擋測20Ω的電阻時流過表頭的電流為I1，選擇“×10”擋測100Ω的電阻時流過表頭的電流為I2，則I1________I2(選填“大于”“小于”或“等于”)。答案(1)1(2)3.00156(3)小于解析(1)紅表筆與歐姆表內(nèi)置電源的負(fù)極相連，黑表筆與歐姆表內(nèi)置電源的正極相連，電流從紅表筆流入多用電表，從黑表筆流出多用電表；電流從電壓表正接線柱流入，負(fù)接線柱流出，由圖(a)所示，多用電表的紅表筆應(yīng)和1端相連。(2)電壓表量程是5V，由圖(c)所示電壓表表盤可知，其分度值為0.1V，示數(shù)為3.00V；多用表選擇開關(guān)置于“×1k”擋，由圖(b)所示表盤可知，電壓表內(nèi)阻為RV＝15×1kΩ＝15kΩ，由圖(b)所示可知，歐姆表內(nèi)阻R內(nèi)＝15×1kΩ＝15kΩ，由閉合電路的歐姆定律可知，多用表“×1k”擋內(nèi)部電源電動勢E＝U＋I(xiàn)R內(nèi)＝U＋eq\f(U,RV)R內(nèi)＝3.00V＋eq\f(3.00,15×103)×15×103V＝6V。(3)選擇“×1”擋測20Ω的電阻時，指針示數(shù)是20，流過表頭的電流為I1，選擇“×10”擋測100Ω的電阻時，指針示數(shù)是10，流過表頭的電流為I2，歐姆表零刻度線在最右側(cè)，最大刻度線在最左側(cè)，歐姆表指針示數(shù)越大，指針越靠近左側(cè)，此時流過電表的電流越小，則I1小于I2?！踞槍τ?xùn)練】(2021·福建泉州市4月質(zhì)量監(jiān)測)某同學(xué)利用多用電表的歐姆擋進(jìn)行實驗研究。歐姆擋所用電池的電動勢為9V，刻度盤中央刻度值為“15”，選擇旋鈕打在“×1k”擋。(1)該同學(xué)用歐姆擋測量某一量程為15V的電壓表內(nèi)阻。①指針指在圖7甲所示位置，此測量值為________Ω；查閱資料發(fā)現(xiàn)該電壓表內(nèi)阻真實值為15kΩ，測量值與真實值偏差較大，可能原因是該同學(xué)未進(jìn)行歐姆調(diào)零就直接測量，若此時把兩表筆短接，則指針應(yīng)指在歐姆擋零刻度線的______側(cè)(選填“左”或“右”)。②進(jìn)行歐姆調(diào)零后再測量，多用電表指針恰好指在“15”刻度線，此時電壓表示數(shù)為________V(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。圖7(2)該同學(xué)接著用歐姆擋探測只有一個元件的黑箱，如圖乙所示，當(dāng)兩表筆接觸黑箱接線柱a、b時，發(fā)現(xiàn)電表指針快速擺向右邊后再擺回最左邊刻度線，則該元件可能是________。A．電阻 B．電感線圈C．電容器 D．二極管答案(1)①25k左②4.5(2)C解析(1)①指針指在圖甲所示位置，此測量值為25kΩ；查閱資料發(fā)現(xiàn)該電壓表內(nèi)阻真實值為15kΩ，測量值與真實值偏差較大，可能原因是該同學(xué)未進(jìn)行歐姆調(diào)零就直接測量，若此時把兩表筆短接，則指針應(yīng)指在歐姆擋零刻度線的左側(cè)。②進(jìn)行歐姆調(diào)零后再測量，多用電表指針恰好指在“15”刻度線，即電壓表的內(nèi)阻等于歐姆表的中值電阻，即電壓表的內(nèi)阻等于歐姆表的內(nèi)阻，則此時電壓表示數(shù)為歐姆表內(nèi)電源電動勢的一半，即4.5V。(2)當(dāng)兩表筆接觸黑箱接線柱a、b時，發(fā)現(xiàn)電表指針快速擺向右邊后再擺回最左邊刻度線，即電路接通后電流又逐漸變?yōu)榱悖瑒t該元件可能是電容器，電路接通后先充電，充電結(jié)束后電路中電流為零，故C正確。1．(2021·廣東惠州市調(diào)研)(1)如圖8中的螺旋測微器讀數(shù)為________mm；圖8(2)如圖9甲為某多用電表的原理圖。圖中E是電池；R1、R2、R3、R4和R5是定值電阻，R6是可變電阻，已知R3＜R4，表頭G的滿偏電流為250μA，內(nèi)阻為1200Ω。圖甲中S為轉(zhuǎn)換開關(guān)，A端和B端分別與兩表筆相連，該多用電表有5個擋位，5個擋位為：直流電壓1V擋和5V擋，直流電流1mA擋和2.5mA擋，歐姆“×100Ω”擋。甲①圖甲中的B端與______(選填“紅”或“黑”)表筆相連接；②使用歐姆擋時，先將兩表筆短接，調(diào)整R6使電表指針指在表盤____________(選填“左端電流”或“右端電阻”)為“0”的位置；③某次測量時該多用電表指針位置如圖乙所示，若此時B端是與“5”相連的，則讀數(shù)為________Ω(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)；乙圖9④根據(jù)題給條件可得R1＋R2＝________Ω，R4＝________Ω。答案(1)6.700±0.02(2)①紅②右端電阻③4.0×103④4004700解析(1)螺旋測微器的固定刻度讀數(shù)為6.5mm，可動刻度讀數(shù)為20.0×0.01mm＝0.200mm，所以最終讀數(shù)為6.5mm＋20.0×0.01＝6.700mm由于讀數(shù)誤差則6.700±0.02均可。(2)根據(jù)電流“紅進(jìn)黑出”可知，A表筆為黑表筆，B表筆為紅表筆；使用歐姆擋時，先將兩表筆短接進(jìn)行歐姆調(diào)零，即調(diào)整R6使電表指針指在表盤右端電阻為“0”的位置；B端是與“5”相連的，由題意可知，倍率為100，則讀數(shù)為40×100Ω＝4.0×103Ω，由題意可知，開關(guān)接1時量程為2.5mA，則有Ig＋eq\f(Ig（Rg＋R2）,R1)＝Imax1，開關(guān)接2時量程為1mA，則有Ig＋eq\f(IgRg,R1＋R2)＝Imax2，聯(lián)立解得R1＋R2＝400Ω；開關(guān)接4時量程為5V，此時電壓表的內(nèi)阻RV＝eq\f(5,1×10－3)Ω＝5000Ω，表頭與電阻R1、R2部分的電阻為R＝eq\f(1200×400,1200＋400)Ω＝300Ω，則R4＝RV－R＝4700Ω。2．(2021·廣東深圳市4月調(diào)研)如圖10甲為某探究小組自制多用電表的電路圖，圖乙為相應(yīng)的實物圖。其中電流表G量程為1mA，內(nèi)阻為18Ω，R0＝2Ω?；瑒幼冏杵鱎1的最大阻值為2000Ω，電源電動勢E＝1.5V，內(nèi)阻不計。甲乙圖10(1)將圖乙中未連接的實物圖補充完整。(2)圖甲中，當(dāng)開關(guān)S1閉合，單刀雙擲開關(guān)S2接“1”時，可作為量程為__________mA的電流表。(3)圖甲中，將開關(guān)S2接“2”端時，為歐姆表。若開關(guān)S1斷開，歐姆調(diào)零后R1的阻值為________Ω；若開關(guān)S1斷開時，倍率為“×10”擋，則開關(guān)S1閉合時，倍率為________(填“×1”或“×100”)擋。答案(1)見解析圖(2)10(3)1482×1解析(1)補充完整的實物圖如圖所示。(2)當(dāng)開關(guān)S1閉合，單