PAGEPAGE10試驗：用多用電表測量電學中的物理量一、試驗目的1．了解多用電表的構(gòu)造和原理，駕馭多用電表的運用方法。2．會運用多用電表測電壓、電流及電阻。3．會用多用電表探究黑箱中的電學元件。二、試驗原理1.歐姆表內(nèi)部電路簡化如圖所示。2.依據(jù)閉合電路歐姆定律：（1）當紅、黑表筆短接時，Ig＝eq\f(E,Rg＋R＋r)；（2）當被測電阻Rx接在紅、黑表筆兩端時，I＝eq\f(E,Rg＋R＋r＋Rx)；（3）當I中＝eq\f(1,2)Ig時，中值電阻R中＝Rg＋R＋r。三、試驗器材多用電表、電學黑箱、直流電源、開關(guān)、導線若干、小燈泡、二極管、定值電阻(大、中、小)三個。部分器材用途多用電表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。3．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、負插孔(紅表筆插入“＋”插孔，黑表筆插入“－”插孔)。二極管1.晶體二極管是由半導體材料制成的，它有兩個極，即正極和負極，它的符號如圖甲所示。2．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)。當給二極管加正向電壓時，它的電阻很小，電路導通，如圖乙所示；當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，當黑表筆接“正”極，紅表筆接“負”極時，電阻示數(shù)較小，反之電阻示數(shù)很大，由此可推斷出二極管的正、負極。四、試驗步驟(1)視察：視察多用電表的外形，相識選擇開關(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eq\a\vs4\al(左)端的零位置。若不指零，則可用小螺絲刀進行機械調(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。②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依據(jù)被測電阻的估計阻值，選擇合適的擋位，把兩表筆短接，視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)整歐姆調(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)置于溝通電壓最高擋或“OFF”擋。五、誤差分析1.偶然誤差(1)估讀時易帶來誤差。(2)表頭指針偏轉(zhuǎn)過大或過小都會使誤差增大。2．系統(tǒng)誤差(1)電池用舊后，電動勢會減小，內(nèi)阻會變大，致使電阻測量值偏大，要剛好更換電池。(2)測電流、電壓時，由于電表內(nèi)阻的影響，測得的電流、電壓值均小于真實值。六、留意事項1．運用前要機械調(diào)零。2．兩表筆在運用時，電流總是“紅入”“黑出”。3．測電阻時(1)指針指中值旁邊較準，否則換擋。(2)每換一擋必需重新歐姆調(diào)零。(3)讀出示數(shù)要乘以倍率。4．運用完畢，選擇開關(guān)置于“OFF”擋或溝通電壓最高擋，長期不用應(yīng)取出電池。[基礎(chǔ)考法]考法(一)考查多用電表的原理及讀數(shù)1．某學生試驗小組利用圖甲所示電路，測量多用電表內(nèi)電池的電動勢和電阻“×1k”擋內(nèi)部電路的總電阻。運用的器材有：多用電表；電壓表：量程5V，內(nèi)阻十幾千歐；滑動變阻器：最大阻值5kΩ；導線若干?；卮鹣铝袉栴}：(1)將多用電表擋位調(diào)到電阻“×1k”擋，再將紅表筆和黑表筆________，調(diào)零點。(2)將圖甲中多用電表的紅表筆和________(填“1”或“2”)端相連，黑表筆連接另一端。(3)將滑動變阻器的滑片調(diào)到適當位置，使多用電表的示數(shù)如圖乙所示，這時電壓表的示數(shù)如圖丙所示，多用電表和電壓表的讀數(shù)分別為______kΩ和______V。(4)調(diào)整滑動變阻器的滑片，使其接入電路的阻值為零。此時多用電表和電壓表的讀數(shù)分別為12.0kΩ和4.00V。從測量數(shù)據(jù)可知，電壓表的內(nèi)阻為________kΩ。(5)多用電表電阻擋內(nèi)部電路可等效為由一個無內(nèi)阻的電池、一個志向電流表和一個電阻串聯(lián)而成的電路，如圖丁所示。依據(jù)前面的試驗數(shù)據(jù)計算可得，此多用電表內(nèi)電池的電動勢為________V，電阻“×1k”擋內(nèi)部電路的總電阻為________kΩ。解析：(1)運用多用電表測電阻時，換擋后需重新進行歐姆調(diào)零，故應(yīng)將兩表筆短接進行調(diào)零。(2)電流應(yīng)從多用電表的紅表筆流入、黑表筆流出，故紅表筆應(yīng)接“1”。(3)從題圖乙可以看出指針指向歐姆擋15.0位置，電阻擋為“×1k”，故讀數(shù)為15.0kΩ；由于電壓表量程為5V，指針所指位置為3.60，故讀數(shù)為3.60V。(4)當滑動變阻器接入電路中的電阻為零時，多用電表讀數(shù)即為電壓表內(nèi)阻，所以電壓表內(nèi)阻為12.0kΩ。(5)設(shè)多用電表內(nèi)電池的電動勢為E、多用電表內(nèi)阻為R，由第(3)、(4)問可知eq\f(E,R＋15.0kΩ)＝eq\f(3.60V,12.0kΩ)，eq\f(E,R＋12.0kΩ)＝eq\f(4.00V,12.0kΩ)，兩式聯(lián)立解得：E＝9.00V，R＝15.0kΩ。答案：(1)短接(2)1(3)15.03.60(4)12.0(5)9.0015.02．(2024·全國卷Ⅲ)圖(a)為某同學組裝完成的簡易多用電表的電路圖。圖中E是電池；R1、R2、R3、R4和R5是固定電阻，R6是可變電阻；表頭的滿偏電流為250μA，內(nèi)阻為480Ω。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。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。(1)圖(a)中的A端與________(填“紅”或“黑”)色表筆相連接。(2)關(guān)于R6的運用，下列說法正確的是________(填正確答案標號)。A．在運用多用電表之前，調(diào)整R6使電表指針指在表盤左端電流“0”位置B．運用歐姆擋時，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．運用電流擋時，調(diào)整R6使電表指針盡可能指在表盤右端電流最大位置(3)依據(jù)題給條件可得R1＋R2＝_______Ω，R4＝_______Ω。(4)某次測量時該多用電表指針位置如圖(b)所示。若此時B端是與“1”相連的，則多用電表讀數(shù)為________；若此時B端是與“3”相連的，則讀數(shù)為________；若此時B端是與“5”相連的，則讀數(shù)為________。(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)解析：(1)A端與電池正極相連，電流從A端流出，A端與黑表筆相連。(2)運用多用電表前，應(yīng)機械調(diào)零，即應(yīng)調(diào)整“指針定位螺絲”，使指針指在表盤左端電流“0”位置，與R6無關(guān)，選項A錯；運用歐姆擋時，須要紅、黑表筆短接，調(diào)整R6使電表指針指在表盤右端電阻“0”位置，選項B對；運用電流擋時，B端與“1”或“2”相連，與R6無關(guān)，C錯。(3)B端與“1”“2”相連時，該多用電表擋位分別為直流2.5mA擋、直流1mA擋，如圖甲所示，由電表的改裝原理可知，B端與“2”相連時，有I2＝IG＋eq\f(IGrG,R1＋R2)，解得R1＋R2＝160Ω；B端與“4”相連時，如圖乙所示，多用電表為直流電壓1V擋，表頭并聯(lián)部分電阻R0＝eq\f(IGrG,I2)，R4＝eq\f(U4,I2)－R0＝880Ω。(4)B端與“1”相連時，電表讀數(shù)為1.47mA；B端與“3”相連時，多用電表為歐姆×100Ω擋，讀數(shù)為11.0×100Ω＝1.10×103Ω；B端與“5”相連時，多用電表為直流電壓5V擋，讀數(shù)為eq\f(147.5,250)×5V＝2.95V。答案：(1)黑(2)B(3)160880(4)1.47mA1．10×103Ω2.95V考法(二)多用電表的運用3．在“用多用電表測量電學中的物理量”試驗中：(1)某同學欲測量一節(jié)干電池的電壓，下述操作正確的是________(填字母)。A．歐姆調(diào)零，選擇擋位，表筆接觸電池兩極(其中紅表筆接觸正極)，讀數(shù)B．機械調(diào)零，選擇擋位，表筆接觸電池兩極(其中紅表筆接觸正極)，讀數(shù)C．選擇擋位，機械調(diào)零，表筆接觸電池兩極(其中黑表筆接觸正極)，讀數(shù)D．選擇擋位，歐姆調(diào)零，表筆接觸電池兩極(其中黑表筆接觸正極)，讀數(shù)(2)該同學欲測量如圖甲所示生活用電中插座的電壓，則應(yīng)把多用電表的選擇開關(guān)打到如圖乙所示的________位置(選填A、B、C、…、Q)。(3)經(jīng)過正確操作后，電表指針指向如圖丙所示，則插座的電壓為________V。解析：(1)運用多用電表測電壓時，應(yīng)當先機械調(diào)零，然后選擇適當?shù)膿跷唬砉P接觸電池兩極(其中紅表筆接觸正極)，待示數(shù)穩(wěn)定后讀數(shù)即可，故B正確，A、C、D錯誤。(2)題圖甲所示插座的電壓為220V溝通電源，所以應(yīng)把多用電表的選擇開關(guān)打到題圖乙所示的H位置。(3)多用電表表盤最下面一排刻度線左側(cè)標有“eq\o(\s\up7(V),\s\do5(～))”，是用于測溝通電壓的，依據(jù)電表指針可知，插座的電壓為U＝215V。答案：(1)B(2)H(3)2154．二極管具有單向?qū)щ娦?，其正向電阻很小，反向電阻很大，現(xiàn)有一個二極管其正極記為A、負極記為B。某同學探討二極管正、反向電阻的相關(guān)試驗操作過程如下：(1)先用多用電表的歐姆擋測量其電阻，其正向電阻約為10Ω，反向電阻約為50kΩ，則在測量二極管的正向電阻時，電表的紅表筆應(yīng)接________(填“A”或“B”)端。(2)該同學設(shè)計了如圖所示的電路用伏安法進一步測量該二極管正、反向電壓均為2V時的電阻值，二極管接在1、2之間，電壓表的內(nèi)阻約為40kΩ，選用多用電表的直流電流擋作為電流表接在3、4之間。該多用電表的直流電流有三個量程，量程和對應(yīng)的內(nèi)阻分別為：①50μA，內(nèi)阻約為100Ω；②50mA，內(nèi)阻約為50Ω；③250mA，內(nèi)阻約為10Ω。則在試驗過程中，多用電表的紅表筆應(yīng)與接線柱________(選填“3”或“4”)相連；測二極管的反向電阻時電流表的量程應(yīng)選用________(選填“①”“②”或“③”)，單刀雙擲開關(guān)S2應(yīng)撥向接點________(選填“5”或“6”)。解析：(1)多用電表測電阻時紅表筆接表內(nèi)電池的負極，所以測二極管的正向電阻時應(yīng)與二極管的負極相連，即與B相連。(2)紅表筆是多用電表作直流電流表運用時的正接線柱，故應(yīng)與接線柱3相連；電壓為2V時，二極管反接時的電流約為40μA，所以電流表應(yīng)選用量程①；依據(jù)電壓表和電流表內(nèi)阻應(yīng)采納電流表內(nèi)接法，所以單刀雙擲開關(guān)S2應(yīng)撥向接點6。答案：(1)B(2)3①65．某同學為了將一量程為3V的電壓表改裝成可測量電阻的儀表——歐姆表，進行了如下操作：(1)先用如圖甲所示電路測量該電壓表的內(nèi)阻，圖中電源內(nèi)阻可忽視不計，閉合開關(guān)，將電阻箱阻值調(diào)到3kΩ時，電壓表恰好滿偏；將電阻箱阻值調(diào)到12kΩ時，電壓表指針指在如圖乙所示位置，則電壓表的讀數(shù)為________V。由以上數(shù)據(jù)可得電壓表的內(nèi)阻RV＝________kΩ。(2)將圖甲的電路稍作變更，在電壓表兩端接上兩個表筆，就改裝成了一個可測量電阻的簡易歐姆表，如圖丙所示，為將表盤的電壓刻度轉(zhuǎn)換為電阻刻度，進行了如下操作：閉合開關(guān)，將兩表筆斷開，調(diào)整電阻箱，使指針指在“3.0V”處，此處刻度應(yīng)標阻值為________(填“0”或“∞”)；再保持電阻箱阻值不變，在兩表筆間接不同阻值的已知電阻找出對應(yīng)的電壓刻度，則“1V”處對應(yīng)的電阻刻度為________kΩ。(3)若該歐姆表運用一段時間后，電池內(nèi)阻不能忽視且變大，電動勢不變，但將兩表筆斷開時調(diào)整電阻箱，指針仍能滿偏，按正確運用方法再進行測量，其測量結(jié)果將________。A．偏大 B．偏小C．不變 D．無法確定解析：(1)由題圖乙所示電壓表表盤可知，其分度值為0.1V，示數(shù)為1.50V；電源內(nèi)阻不計，由題圖甲所示電路圖可知，電源電動勢：E＝U＋IR＝U＋eq\f(U,RV)R，由題意可知：E＝3＋eq\f(3,RV)×3000，E＝1.5＋eq\f(1.5,RV)×12000，解得：RV＝6000Ω＝6kΩ，E＝4.5V。(2)兩表筆斷開，處于斷路狀況，相當于兩表筆之間的電阻無窮大，故此處刻度應(yīng)標阻值為∞，當指針指向3V時，電路中的電流為IV＝eq\f(3,6000)A＝0.0005A，此時電阻箱的阻值為R＝eq\f(4.5－3,0.0005)Ω＝3kΩ。當電壓表示數(shù)為1V時，有1＝eq\f(4.5,R＋\f(RxRV,Rx＋RV))·eq\f(RxRV,Rx＋RV)，解得Rx＝1kΩ。(3)依據(jù)閉合電路歐姆定律可知電池新時有IV＝eq\f(E,r＋RV＋R)＝eq\f(E,(r＋R)＋RV)，測量電阻時電壓表示數(shù)為U＝eq\f(E,(r＋R)＋\f(RVRx,RV＋Rx))·eq\f(RVRx,RV＋Rx)，歐姆表用一段時間調(diào)零時有IV＝eq\f(E,r′＋RV＋R′)，測量電阻時U＝eq\f(E,(r′＋R′)＋\f(RVRx′,RV＋Rx′))·eq\f(RVRx′,RV＋Rx′)，比較可知r＋R＝r′＋R′，所以若電流相同，則Rx′＝Rx，即測量結(jié)果不變，C正確。答案：(1)1.506(2)∞1(3)C考法(三)用多用電表檢測電路故障6.某照明電路出現(xiàn)故障，其電路如圖甲所示，該電路用標稱值12V的蓄電池為電源，導線及其接觸完好。修理人員運用已調(diào)好的多用電表直流50V擋檢測故障。他將黑表筆接在c點，用紅表筆分別探測電路的a、b點。(1)斷開開關(guān)，紅表筆接a點時多用電表指示如圖乙所示，讀數(shù)為________V，說明題中________正常(選填：蓄電池、保險絲、開關(guān)、小燈)。(2)紅表筆接b點，斷開開關(guān)時，表針不偏轉(zhuǎn)，閉合開關(guān)后，多用電表指示仍舊和圖乙相同，可判定發(fā)生故障的器件是________(選填：蓄電池、保險絲、開關(guān)、小燈)。解析：(1)多用電表調(diào)至50V量程，接a、c兩點測量的是電源兩端的電壓，讀數(shù)為11.3V，可見蓄電池完好。(2)斷開開關(guān)，電壓表指針不偏轉(zhuǎn)，表明電壓表被斷路，開關(guān)閉合后，讀數(shù)與接a點時相同，表明蓄電池、保險絲、開關(guān)和多用電表能組成完好回路，開關(guān)和保險絲無問題，發(fā)生故障的是小燈，小燈斷路。答案：(1)11.3(11.1～11.5均可)蓄電池(2)小燈7．在如圖甲所示的電路中，4節(jié)干電池串聯(lián)，小燈泡A、B的規(guī)格為“3.8V,0.3A”。合上開關(guān)S后，無論怎樣移動滑動片，A、B燈都不亮。(1)用多用電表的直流電壓擋檢查故障。①選擇開關(guān)置于下列量程的________擋較為合適(用字母序號表示)；A．2.5V B．10VC．50V D．250V②測得c、d間電壓約為5.8V、e、f間電壓為0，則故障是________。A．A燈絲斷開 B．B燈絲斷開C．d、e間連線斷開 D．B燈被短路(2)接著練習運用歐姆表的“×1”擋測電阻