学年高中物理教科版选修31学案第2章 7 学生实验练习使用多用电表.docx

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学年高中物理教科版选修31学案第2章7学生实验练习使用多用电表

7　学生实验：

练习使用多用电表

[学习目标]　1.[物理观念]知道欧姆表的原理，了解多用电表的结构．　2.[物理观念]学会用多用电表测量电压、电流和定值电阻．　3.[科学思维]学会用多用电表测量二极管的正、反向电阻，并据此推断二极管的正、负极．

一、实验原理

1．欧姆表

（1）欧姆表的构造：

由表头、电源和可变电阻三部分组成，其改装的理论依据就是闭合电路欧姆定律．

（2）测量原理

如图所示，当红、黑表笔间接入被测电阻Rx时，通过表头的电流I＝

.改变Rx，电流I随着改变，每个Rx值都对应一个电流值，在刻度盘上直接标出与I值对应的Rx值，就可以从刻度盘上直接读出被测电阻的阻值．

（3）内阻：

将红、黑表笔短接，调节滑动变阻器使电流表达到满偏电流Ig，根据闭合电路的欧姆定律：

Ig＝

，故欧姆表内电阻R内＝

＝r＋Rg＋R0.

（4）刻度标注

①“0Ω”标注：

当红、黑表笔相接时（图甲），此时被测电阻Rx＝0，调节调零电阻R，使表头达到满偏电流，即Ig＝

，这时整个电路中的总电阻为欧姆表的总内阻，R内＝r＋R＋Rg，因此时Rx＝0，所以满偏电流Ig处应标注0Ω.

②“∞Ω”标注：

当红、黑表笔不接触时（图272乙）相当于被测电阻Rx＝∞，电流表中没有电流，表头的指针不偏转，此时指针所指的位置是欧姆表刻度的“∞”点．

③其他刻度的标注：

当红、黑表笔间接入一电阻Rx时，如图丙所示，由闭合电路的欧姆定律有I＝

，每一个电流值对应一个阻值Rx，将电流刻度转换成电阻标度，就将电流表改装成了欧姆表．

（5）欧姆表的内阻与中值电阻的关系

由I＝

可得，当Rx＝R内时，I＝

Ig，指针半偏，通常把此时的Rx的值（即表盘中央的标度）称为中值电阻，则当指针半偏时，表盘的中值电阻R中＝R内．

2．多用电表

（1）用途：

共用一个表头，可分别测量电压、电流、电阻等物理量．

（2）最简单的多用电表原理图：

如图所示，当单刀多掷开关接通1时，可作为电流表使用，接通2时，可作为欧姆表使用，接通3时，可作为电压表使用．

（3）外形构造：

如图所示，选择开关周围有不同的测量功能区域及量程，选择开关旋到不同的位置时，多用电表内对应的仪表电路被接通，就相当于对应的仪表．在不使用时，应把选择开关旋到“OFF”挡或交流电压最高挡．

二、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．

三、实验步骤

1．测量电压

（1）选择直流电压挡合适的量程．

（2）将多用电表与被测电路并联，注意红表笔接触点的电势应该比黑表笔高（填“高”或“低”）．

2．测量电流

（1）选择直流电流挡合适的量程．

（2）将被测电路导线拆开一端，把多用表串联在电路中，注意电流应该从红表笔流入电表．

3．测电阻

（1）将选择开关打在欧姆挡上，此时红表笔连接表内电源的负极，黑表笔连接表内电源的正极．电流从欧姆表的红表笔流入，从黑表笔流出，经过被测量电阻．

（2）测量步骤：

①选挡：

估计待测电阻的大小，旋转选择开关，使其尖端对准欧姆挡的合适挡位．

②欧姆调零：

将红、黑表笔短接，调整“欧姆调零旋钮”使指针指向“0Ω”．

③测量读数：

将两表笔分别与待测电阻的两端接触，指针示数乘以量程倍率即为待测电阻阻值．

④实验完毕，应将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡．

4．用多用电表判断二极管的正负极

（1）认识二极管：

如图所示，它由半导体材料制成，左端为正极，右端为负极．

特点：

电流从正极流入时电阻很小

（填“很小”或“很大”），而从负极流入时电阻很大（填“很大”或“很小”）．

（2）多用电表测二极管的正、反向电阻

①测二极管正向电阻：

将多用电表的选择开关旋至低（填“低”或“高”）倍率的欧姆挡，调整欧姆零点之后将黑表笔接触二极管的正极，红表笔接触二极管的负极．

②测二极管反向电阻：

将多用电表的选择开关旋至高（填“低”或“高”）倍率的欧姆挡，调整欧姆零点之后将黑表笔接触二极管的负极，红表笔接触二极管的正极．

四、数据处理

1．测电阻时，电阻值等于表针的示数与倍率的乘积．

2．如果所读表盘的最小刻度为1、0.1、0.001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．

五、误差分析

1．电池用旧后，电动势会减小，内电阻会变大，致使电阻测量值偏大，要及时换电池．

2．欧姆表的表盘刻度不均匀，估读时易带来误差．

3．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，使指针指在刻度盘中央附近．

六、注意事项

1．表内电源正极接黑表笔，负极接红表笔，但是红表笔插入“＋”孔，黑表笔插入“－”孔，注意电流的实际方向．

2．区分“机械零点”与“欧姆零点”．“机械零点”是表盘刻度左侧的“0”位置，调整的是表盘下边中间的定位螺丝；“欧姆零点”指表盘刻度右侧的“0”位置，调整的是电阻挡的调零旋钮．

3．测量电阻时，每变换一次挡位都要重新进行欧姆调零．

4．使用多用电表时，手不能接触测试笔的金属杆，特别是在测电阻时，更应注意不要用手接触测试笔的金属杆．

5．测量电阻时待测电阻要与其他元件和电源断开，否则不但影响测量结果，甚至可能会损坏电表．

6．多用电表使用完毕，应将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡，如果长期不用时，把表内电池取出.

【例1】　若某欧姆表表头的满偏电流为5mA，内装一节干电池，电动势为1.5V，那么该欧姆表的内阻为______Ω.待测电阻接入红、黑两表笔之间时，指针指在刻度盘的中央，则待测电阻的阻值为________Ω.若指针指在满刻度的

处，则待测电阻的阻值为________Ω.

思路点拨：

解答本题时应把握以下两点：

①用欧姆表测电阻时，待测电阻Rx与内部电路组成串联电路．

②应用闭合电路的欧姆定律列式求解．

解析：

将红、黑表笔短接，调节调零电阻的阻值，当电流表指针满偏时Ig＝

，欧姆表的内阻R内＝Rg＋r＋R0＝

＝

Ω＝300Ω.

当电流为

Ig时，有

Ig＝

，即R内＋Rx1＝

＝600Ω，故Rx1＝300Ω.

当电流为

Ig时，有

Ig＝

，即R内＋Rx2＝

＝400Ω，故Rx2＝100Ω.

答案：

300　300　100

应用欧姆表的两点注意

（1）欧姆表的刻度不均匀，且由右向左刻度越来越密，要尽可能利用欧姆表的刻度盘的中央部分．

（2）流过欧姆表的电流是内部电源提供的，流过电压表、电流表的电流是外电路的电源提供的．

【例2】　如图所示是某同学连接的实物图，灯泡A、B的规格均为“2.5V　1W”，滑动变阻器的规格为“10Ω　1A”，闭合开关后两灯都不亮．他采取下列两种方法对故障原因进行排查：

（1）用多用电表的直流电压挡进行检查，那么选择开关应置于________挡．

A．2.5V　　　　　　　B．10V

C．50VD．250V

在测试a、b间的直流电压时，红表笔应当接触________（填“a”或“b”）．

该同学的测试结果如表一所示，则根据测试结果可以判断故障是________．

A．灯A短路B．灯B短路

C．cd段断路D．df段断路

（2）将开关断开，再选电阻挡进行测试，测试结果如表二所示，那么查出的故障是________．

A．灯A断路B．灯B断路

C．灯A、B都断路D．d、e间断路

解析：

（1）由题中实物图可知，电源由4节干电池组成，电源电动势E＝6V，用多用电表直流电压挡测量时，应选10V挡较合适．根据电流应从红表笔流入，从黑表笔流出的原则，红表笔应连电源正极，即接b.可用排除法确定电路故障，接a、b时有示数，说明从电源负极到a处、正极至b处，无断路；测试点b、d之间有示数，说明a与d之间无断路；测试点c、d之间无示数，说明e、f、b间有断路；测试点d、f之间有示数，说明f、b间无断路，故可确定断路在d、f间．另外不能说明A或B灯短路，因为一个灯短路，并不影响另一个灯发光．

（2）由接c、d和接e、f时指针偏转情况可知，灯A、B均未断路，由接d、e时指针偏转情况可知，d、e间断路．

答案：

（1）B　b　D　

（2）D

【例3】　图（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250μA，内阻为480Ω.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1V挡和5V挡，直流电流1mA挡和2.5mA挡，欧姆×100Ω挡．

（a）

（b）

（1）图（a）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（b）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）当B端与“3”连接时，内部电源与外部电路形成闭合回路，电流从A端流出，故A端与黑色表笔相连接．

（2）在使用多用电表之前，调整表头螺丝使电表指针指在

表盘左端电流“0”位置，选项A错误；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，选项B正确；使用电流挡时，电阻R6不在闭合电路中，调节无效，选项C错误．

（3）根据题给条件可知：

当B端与“2”连接时，表头与R1、R2组成的串联电路并联，此时为量程1mA的电流挡，由并联电路两支路电流与电阻成反比知：

＝

＝

，解得R1＋R2＝160Ω.

当B端与“4”连接时，表头与R1、R2组成的串联电路并联后再与R4串联，此时为量程1V的电压挡，表头与R1、R2组成的串联电路并联总电阻为120Ω，两端电压为0.12V，由串联电路中电压与电阻成正比知：

R4两端电压为0.88V，则R4电阻为880Ω.

（4）若此时B端是与“1”连接的，多用电表作为直流电流表使用，量程2.5mA，读数为1.47mA．

若此时B端是与“3”连接的，多用电表作为欧姆表使用，读数为11×100Ω＝1.10kΩ.

若此时B端是与“5”连接的，多用电表作为直流电压表使用，量程为5V，读数为2.95V.

答案：

（1）黑　

（2）B　（3）160　880

（4）1.47mA　1.10kΩ　2.95V

（1）电表的改装

在表头两端并联小阻值电阻可改装为电流表，将表头与大阻值电阻串联可改装为电压表，而表头与电池及电阻串联在一起可改装为欧姆表.

（2）本题易错点

①R6为欧姆表欧姆调零电阻.②B端与“3”“4”“5”相连时，电阻R1和R2是工作电阻，且与Rg为并联关系.③注意读数以3位有效数字形式体现，如B端与“3”相连时读数为1.10×103Ω，不能写成1100Ω.

1．（多选）关于多用电表，下列说法中正确的是（　　）

A．多用电表是电压表、电流表、欧姆表共用一个表头改装而成的

B．用多用电表无论是测电压、电流，还是测电阻，红表笔的电势都高于黑表笔的电势

C．多用电表的电压挡、电流挡、欧姆挡都是靠外部提供电流的

D．用多用电表测电压、电流、电阻时，电流都是从红表笔流入电表的

AD　[多用电表是电压表、电流表、欧姆表共用一个表头改装而成的，当用多用电表测量电压、电流时，使表头指针转动的“电源”在外部，电流从红表笔流入电表，从黑表笔流出电表．而用欧姆挡测电阻时，使表头指针转动的电源在多用电表内部，此时，电流仍是从红表笔流入电表，从黑表笔流出电表，所以此时黑表笔电势高于红表笔电势，由以上分析可知，A、D对，B、C错．]

2.（多选）如图所示是简化的多用电表的电路图．转换开关S与不同接点连接，就组成不同的电表，已知R3＜R4，下面是几位同学对这一问题的议论，请你判断下列说法正确的是（　　）

A．S与1或2连接时，多用电表就成了电流表，且前者量程较大

B．S与3或4连接时，多用电表就成了电流表，且前者量程较大

C．S与3或4连接时，多用电表就成了电压表，且前者量程较大

D．S与5连接时，多用电表就成了欧姆表

AD　[S与1连接时，电阻R1起分流作用，S与2连接时，电阻R1＋R2起分流作用，所以S与1或2连接时，多用电表就成了电流表，由于前者分流电阻较小，所以前者量程较大，A正确；S与3或4连接时，表头与分压电阻串联，多用电表就成了电压表，由于R3＜R4，所以前者量程较小，B、C错误；S与5连接时，多用电表就成了欧姆表，R6为欧姆挡调零电阻，D正确．]

3.（多选）如图所示，为多用电表欧姆挡的内部电路，a、b为表笔插孔．下列说法中正确的是（　　）

A．a孔插红表笔

B．表盘刻度是均匀的

C．用×100Ω挡测量时，若指针指在0附近，则应换用×1kΩ挡

D．测量“220V　100W”的灯泡的电阻，会发现测量的电阻比484Ω小

AD　[由图示可知，a插孔与内置电源负极相连，则a插孔是“＋”插孔，a孔应插红表笔，故A正确；欧姆表刻度盘不均匀，右侧稀疏左侧密集，故B错误；用×100Ω挡测量时，若指针指在0Ω附近，说明所选档位太大，应换小挡，应换用×10Ω挡，故C错误；测灯泡电阻时应把灯泡从电路中断开，其温度比灯泡正常发光时的温度低，电阻小于灯泡正常发光时的电阻，因此测量“220V　100W”的灯泡的电阻，会发现测量的电阻比484Ω小，故D正确．]

4．如图所示，黑盒中有一个单向导电元件，当元件中电流沿某一方向时，单向导通，其电阻为零；当电流反向时，其电阻无穷大．另外，还有两个阻值均为1kΩ的电阻．它们与黑盒的接线柱1、2、3接成电路，用多用电表的电阻挡对这三个接线柱间的电阻进行测量，得到的数据如下表所示．

黑表笔

1

1

2

红表笔

2

3

1

表盘读数

0

0.5kΩ

2kΩ

那么黑盒中的电路应为下列选项中的（　　）

C　[黑表笔与表内电源的正极相连，红表笔与表内电源的负极相连．当黑表笔接1、红表笔接2时电阻为0，表明1、2间测的是二极管的正向电阻；当黑表笔接1、红表笔接3时电阻为0.5kΩ，是已知电阻阻值的二分之一，故1、3间是两个电阻并联；当黑表笔接2、红表笔接1时，电阻为2kΩ，为两个电阻串联．综合分析可判定选项C正确．]

5.如图是一个多用表欧姆挡内部电路示意图．电流表满偏电流0.5mA、内阻10Ω；电池电动势1.5V、内阻1Ω；变阻器R0阻值0～5000Ω.

（1）该欧姆表的刻度值是按电池电动势为1.5V刻度的，当电池的电动势下降到1.45V、内阻增大到4Ω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300Ω，则这个电阻的真实值是______Ω.

（2）若该欧姆表换了一个电动势为1.5V，内阻为10Ω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）由闭合电路欧姆定律：

Ig＝

得：

R0＝

－Rg－r，因为式中E变小，r变大，故R0将减小；因为该欧姆表的刻度是按电池电动势为E＝1.5V刻度的．测得某电阻阻值为300Ω时，电流表中的电流I＝

，RΩ＝

，当电池电动势下降到E′＝1.45V时，此时欧姆表的内阻RΩ′＝

，由闭合电路欧姆定律得I＝

，解得真实值R′＝290Ω.

（2）该欧姆表换了一个电动势为1.5V，内阻为10Ω的电池，调零后测量某电阻的阻值的测量结果准确，因为电源的电动势没有变化，而内阻的变化，可以通过调零电阻的阻值的变化来抵消．

答案：

（1）小　290　

（2）准确

6．为了确定一个定值电阻Rx的阻值，做如下测量：

（1）用多用电表“×1”倍率粗测该电阻，示数如图所示，测量结果为________Ω.

（2）用伏安法测量该电阻，实验室提供的器材及规格如下：

电压表V1（0～3V，内阻约3kΩ）

电压表V2（0～15V，内阻约15kΩ）

电流表A（0～50mA，内阻约5Ω）

滑动变阻器R1（最大阻值20Ω）

滑动变阻器R2（最大阻值2kΩ）

定值电阻R0（阻值50Ω）

电源（4V，内阻可不计）

开关1个，导线若干

为了较准确的测量电阻，

①电压表应该选择________，滑动变阻器应该选择________；

②请在方框内画出电路图．

解析：

（1）用多用电表“×1”倍率粗测该电阻，测量结果为13Ω.

（2）①因电源电压只有4V，故电压表选V1；滑动变阻器要用分压电路，故选R1；

②电路如图所示．

答案：

（1）13.0（或13）　

（2）①V1　R1　②图见解析