版高中物理人教版选修31学案第二章 9 实验练习使用多用电表.docx

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版高中物理人教版选修31学案第二章9实验练习使用多用电表

9　实验:

练习使用多用电表

实验必备·自主学习

一、实验目的

（1）通过实际操作学会使用多用电表测量电压、电流和电阻。

（2）会用多用电表测量二极管的正、反向电阻,并据此判断二极管的正、负极。

（3）会用多用电表探索黑箱中的电学元件。

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。

仪器中的直流电源的作用?

提示:

多用电表欧姆挡时使用。

三、实验原理与设计

1.测电压

（1）选择直流电压挡合适的量程,并将选择开关旋至相应位置。

（2）将多用电表并联在待测电路两端,注意红表笔接触点的电势应比黑表笔接触点的电势高。

（3）根据表盘上的直流电压标度读出电压值,读数时注意最小刻度所表示的电压值。

2.测电流

（1）选择直流电流挡合适的量程,并将选择开关旋至相应位置。

（2）将被测电路导线拆开一端,把多用电表串联在电路中。

（3）读数时,要认清刻度盘上的最小刻度。

注意:

电流应从红表笔流入多用电表。

3.测电阻

将选择开关旋至欧姆挡,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。

电流从欧姆表的黑表笔流出,经过被测电阻,从红表笔流入。

4.研究二极管的单向导电性

（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（选填“很小”或“很大”）,而从正极流出时电阻很大（选填“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选至低（选填“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选至高（选填“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。

实验过程·合作学习

实验步骤

（1）观察多用电表的外形,认识选择开关的测量项目及量程。

（2）检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的零位置。

若不指零,则可用小螺丝刀进行机械调零。

（3）将红、黑表笔分别插入“+”“-”插孔。

（4）如图甲所示连好电路,将多用电表选择开关置于直流电压挡,测小灯泡两端的电压。

（5）如图乙所示连好电路,将选择开关置于直流电流挡,测量通过小灯泡的电流。

（6）利用多用电表的欧姆挡测三个定值电阻的阻值,比较测量值和真实值的误差。

（7）研究二极管的单向导电性,利用多用电表的欧姆挡测二极管两个引线间的电阻,确定正负极。

（8）探索黑箱内的电学元件

电学元件

应用挡位

现象

电源

电压挡

两接线柱正、反接时均无示数说明无电源

电阻

欧姆挡

两接线柱正、反接时示数相同

二极管

欧姆挡

正接时示数很小,反接时示数很大

电容器

欧姆挡

指针先指“0”后逐渐增大到“∞”,且指针摆动越来越慢

电感线圈

欧姆挡

示数由“∞”逐渐减小到某一较小的固定示数

（1）测电压、电流时,表笔的接法要注意什么?

量程选择有什么要求?

提示:

测电压时,红表笔接触点的电势要比黑表笔高;测电流时,电流应该从红表笔流入,从黑表笔流出。

要合理选择电流、电压挡的量程,使指针不能偏转太小,也不能超过量程。

（2）测电阻时,电阻能连接在原电路中吗?

提示:

不能,因为被测电阻要和多用电表内部的电源组成闭合电路,所以测电阻时必须把待测电阻隔离。

数据收集与分析

（1）测电阻时,电阻值等于指针的示数与倍率的乘积。

指针示数的读数一般读两位有效数字。

（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。

（1）测量电阻时偏角过大应该换用怎样的倍率?

提示:

偏角过大说明电阻较小,要换小倍率。

（2）更换倍率后是否需要重新欧姆调零?

提示:

每次更换倍率后都需要重新欧姆调零。

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,使指针指中值附近。

（4）读数时的观测易形成偶然误差,要垂直表盘正对指针读数。

实验研析·创新学习

类型一　教材原型实验

角度1

多用电表的原理及电表改装

【典例1】

（1）一量程为3V的改装电压表由灵敏电流计G与电阻R串联而成,如图甲所示。

若在使用中发现此电压表的读数总比准确值稍大一些,采用下列哪种措施可加以改进　　　　　。

A.在R上串联一个比R小得多的电阻

B.在R上串联一个比R大得多的电阻

C.在R上并联一个比R小得多的电阻

D.在R上并联一个比R大得多的电阻

（2）将此电压表调好校准接入电路,测某电路两端的电压,指针示数如图乙所示,电压为　　　　　V。

（3）（多选）关于多用电表的使用,下列做法正确的是　　　　　。

A.把多用电表的选择开关旋至适当的直流电压挡,用图a所示的电路,合上开关S,则可测小灯泡两端的电压

B.把多用电表的选择开关旋至适当的直流电流挡,用图b所示的电路,合上开关S,则可测通过小灯泡的电流

C.把多用电表的选择开关旋至适当的欧姆挡,进行调零后,用图c所示的电路,开关S保持断开,则可测小灯泡的电阻

D.把多用电表的选择开关旋至适当的欧姆挡,进行调零后,用图d所示的电路,会观察到此时欧姆表示数很小

【解析】

（1）在R上串联一个比R小得多的电阻,可实现电流表的分压稍小些,即达到改进目的,故A正确;在R上串联一个比R大得多的电阻,会使电流表的分压过小,读数偏小,故B错误;在R上并联一个比R小得多或比R大得多的电阻均会使其分压更小,电流表分压变大,读数更大,故C、D错误。

（2）由题图乙知,电压表读数为2.50V。

（3）测电压时,红表笔接外电路高电势处,因为电流要从红表笔流入,A错误;测电流时,红表笔接外电路高电势处,因为电流要从红表笔流入,B错误;测电路中某个电阻的阻值时,一定要将该电阻所在电路断开,避免测量出现较大误差,C正确;图d是测量二极管的正向电阻,二极管正向电阻很小,故欧姆表示数很小,D正确。

答案:

（1）A　

（2）2.50（2.49～2.51均可）　（3）C、D

角度2

电路故障的分析与检测

【典例2】某照明电路出现故障,其电路如图甲所示,该电路用标称值为12V的蓄电池为电源,导线及其他电路元件接触完好。

维修人员使用已调好的多用电表直流50V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。

（1）断开开关,红表笔接a点时多用电表指示如图乙所示,读数为　　　　　V,说明　　　　　（选填“蓄电池”“保险丝”“开关”或“小灯”）正常。

（2）红表笔接b点,断开开关时,指针不偏转,闭合开关后,多用电表指示仍然和乙图相同,可判定发生故障的器件是　　　　　（选填“蓄电池”“保险丝”“开关”或“小灯”）。

【解析】

（1）由于多用电表的挡位选为直流50V,所以读数时选用0～50V的刻度,故读数应为11.5V,两表笔接a、c时,测量电池两端的电压,此读数约等于蓄电池的电动势,说明蓄电池是正常的。

（2）若两表笔接b、c两点时,电压表读数仍为11.5V,说明a、b之间是通路,保险丝和开关正常,b、c之间是断路,小灯发生断路故障。

答案:

（1）11.5（11.2～11.8均可）　蓄电池　

（2）小灯

电路故障检测方法

（1）判断电路故障常用多用电表的电压挡,因为操作既简便又安全,但要注意量程的选取。

可分以下三种情况作出判断:

①如果电压表读数为零,说明可能在和电压表并联的路段之外有断路,或该并联路段内有短路。

②如果电压表有示数,说明在和电压表并联的电路之外无断路或该并联路段内无短路。

③如果电压表示数等于电源电动势——可能和电压表并联的电路间有断路,而该并联路段之外的电路无断路。

（2）若用电流表判断,则必须确定电流的最大值不能超出电流表的量程,否则会损害电流表。

（3）利用欧姆挡检测时要谨慎,必须确认在无电压的情况下使用,而且要将待测元件与电路断开。

角度3

电学黑箱问题

【典例3】如图甲所示的黑箱中有三只完全相同的电学元件,小明使用多用电表对其进行探测。

（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）在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时,一表笔接a,另一表笔应　　　　　（选填“短暂”或“持续”）接b,同时观察指针偏转情况。

（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。

测量中发现,每对接点间正反向阻值均相等,测量记录如表。

两表笔分别接a、b时,多用电表的示数如图乙所示。

请将记录表补充完整,并在如图甲所示的黑箱中画出一种可能的电路。

两表笔接的接点

多用电表的示数

a、b

Ω

a、c

10.0Ω

b、c

15.0Ω

【解析】

（1）使用多用电表前应先调整“指针定位螺丝”A,使指针指到左边的“0”刻度线处。

（2）为保护多用电表的内部元件,在测量黑箱中是否存在电源时,应短暂接触接点b。

（3）欧姆表的读数为5.0×1Ω=5.0Ω;每对接点间正反向电阻均相同,说明黑箱中没有二极管元件,只有电阻,由测量电阻最大值为15.0Ω可知,每个电阻的最小值为5.0Ω,接法如图a所示;电阻值还可能为10.0Ω,接法如图b所示。

或

答案:

（1）A　

（2）短暂　（3）5.0　见解析图

类型二　创新型实验

【典例4】有一内阻未知（20～60kΩ）、量程为0～10V的直流电压表。

（1）某同学想通过一个多用电表的欧姆挡直接测量上述电压表的内阻,该多用电表刻度盘上读出电阻刻度中间值为30,欧姆挡的选择开关拨至倍率　　　　　（选填“×10”“×100”或“×1k”）挡。

先将红、黑表笔短接调零后,选用图甲中　　　　　（选填“A”或“B”）方式连接。

（2）在实验中,欧姆表和电压表的指针分别如图乙、丙所示,某同学读出欧姆表的读数为　　　　Ω,这时电压表的读数为　　　　V。

计算出欧姆表中电池的电动势为　　　　V。

【解析】

（1）因为欧姆表电阻值的中间值为30,欧姆表指针指中央刻度附近时,读数误差小,所以欧姆表的选择开关应拨到“×1k”挡,因为欧姆表的黑表笔与欧姆表内部电源的正极相连,所以测量电路应该选A;

（2）由题图可知:

欧姆表读数为40×1kΩ=40kΩ=4×104Ω;电压表读数为U=5.0V;根据闭合电路欧姆定律和串联电路特点:

=

解得E=8.75V。

答案:

（1）×1k　A　

（2）4×104　5.0　8.75

【创新评价】

创新角度

创新措施

多用电表测电阻创新

欧姆挡测量电压表电阻

电源电动势创新

用电压表示数测电动势

【创新探究】

（1）电源来源是什么?

如何求解所求内容?

提示:

多用电表当欧姆表使用时,内有电源,构成闭合回路,一般把欧姆表看作电源,则电源的内阻为欧姆表的内阻,然后由闭合电路欧姆定律进行有关计算。

（2）如何求解电动势?

提示:

流过电压表的电流IV=

;欧姆表两端的电压UA=IV·RA。

课堂检测·素养达标

1.图中E为电源,R1、R2为电阻,K为开关。

现用多用电表测量流过电阻R2的电流。

将多用电表的选择开关调至直流电流挡（内阻很小）以后,正确的接法是（　　）

A.保持K闭合,将红表笔接在a处,黑表笔接在b处

B.保持K闭合,将红表笔接在b处,黑表笔接在a处

C.将K断开,红表笔接在a处,黑表笔接在b处

D.将K断开,红表笔接在b处,黑表笔接在a处

【解析】选C。

多用电表测电流应该串联在电路中,所以开关不能闭合,且电流从红表笔流入表内,故C正确。

2.（2020·常熟高二检测）用一个满偏电流为10mA、内阻为40Ω的表头,一个电动势为1.5V、内阻不计的干电池和一个可变电阻组装成一个欧姆表,应当选择的可变电阻的规格是（　　）

A.0～20Ω　　　　B.0～50Ω

C.0～100ΩD.0～200Ω

【解析】选D。

表头的满偏电流为10mA,欧姆调零时,有R+40Ω=

=150Ω,故R=110Ω,应当选择规格为0～200Ω的可变电阻,否则不能调零,选项D正确。

3.某同学用多用电表测量二极管的反向电阻。

完成下列测量步骤:

（1）检查多用电表的机械零点。

（2）将红、黑表笔分别插入正、负表笔插孔,将选择开关拨至欧姆挡适当的量程处。

（3）将红、黑表笔　　　　　,进行欧姆调零。

（4）测反向电阻时,将　　　　　表笔接二极管正极,将　　　　　表笔接二极管负极,读出电表示数。

（5）为了得到准确的测量结果,应让电表指针尽量指向表盘　　　　　（选填“左侧”“右侧”或“中央”）,否则,在可能的条件下,应重新选择量程,并重复步骤（3）（4）。

（6）测量完成后,将选择开关拨向　　　　　位置。

【解析】用多用电表测二极管的反向电阻,应将黑表笔接二极管的负极。

选择欧姆挡位后将红、黑表笔短接进行调零,使指针指在最右端“0”位置。

为测量准确应使指针尽量指向表盘的中央。

测量完毕后,应将选择开关指向OFF挡。

答案:

（3）短接　（4）红　黑　（5）中央　（6）OFF挡

【加固训练】

二极管具有单向导电性,其正向电阻很小,反向电阻很大,现有一个二极管其正极记为A、负极记为B。

某同学研究二极管正、反向电阻的相关实验操作过程如下:

（1）先用多用电表的欧姆挡测量其电阻,其正向电阻约为10Ω,反向电阻约为50kΩ,则在测量二极管的正向电阻时,电表的红表笔应接　　　　（选填“A”或“B”）端。

（2）该同学设计了如图所示的电路用伏安法进一步测量该二极管正、反向电压均为2V时的电阻值,二极管接在1、2之间,电压表的内阻约为40kΩ,选用多用电表的直流电流挡作为电流表接在3、4之间。

该多用电表的直流电流挡有三个量程,量程和对应的内阻分别为:

①50μA,内阻约为100Ω;②50mA,内阻约为50Ω;③250mA,内阻约为10Ω。

则在实验过程中,多用电表的红表笔应与接线柱　　　　（选填“3”或“4”）相连;测二极管的反向电阻时电流表的量程应选用　　　　（选填“①”“②”或“③”）,单刀双掷开关S2应拨向接点　　　　（选填“5”或“6”）。

【解析】

（1）多用电表测电阻时红表笔接表内电池的负极,所以测二极管的正向电阻时应与二极管的负极相连,即与B相连。

（2）红表笔是多用电表作直流电流表使用时的正接线柱,故应与接线柱3相连;电压为2V时,二极管反接时的电流约为40μA,所以电流表应选用量程①;根据电压表和电流表内阻应采用电流表内接法,所以单刀双掷开关S2应拨向接点6。

答案:

（1）B　

（2）3　①　6

4.在练习使用多用电表的实验中,请完成下列问题:

（1）在使用多用电表测量时,指针的位置如图1所示,若选择开关拨至“×100”挡,则测量的结果为　　　　　;若选择开关拨至“10V”挡,则测量结果为　　　　　。

（2）将

改装成两种倍率（如“×1”“×10”）的欧姆表。

现有两种备选电路,如图2甲和图2乙所示,则图2中　　　　　（选填“甲”或“乙”）为合理电路;另一电路不合理的原因是　 　　　　。

在合理的电路中,当开关S合向　　　　　端,这时的欧姆表是较大倍率挡。

（3）多用电表在正确选择倍率情况下测未知电阻阻值,设电池的电动势为E、内阻为r,R0为调零电阻,Rg为表头内阻,电路中电流I与待测电阻的阻值Rx关系图象如图3所示,则该图象的函数关系式为 　　　　。

（4）下列根据图3中I-Rx图线作出的解释或判断中正确的是　　　　　。

A.因为函数图线是非线性变化的,所以欧姆表的示数左大右小

B.欧姆表调零的实质是通过调节R0使Rx=0时电路中的电流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3中的R2时,指针位于表盘中央位置的左侧

【解析】

（1）在使用多用电表测量时,指针位置如题图1所示,若选择开关拨至“×100”挡,按照最上面刻度读数,则测量的结果为18.0×100Ω=1800Ω;若选择开关拨至“10V”挡,按照中间刻度读数,则测量结果为4.5V。

（2）题图2中乙不能改变电流表的量程,即实际上题图2乙电路不可能实现多倍率测量。

在合理的电路中,当开关S合向b端时,由Ra、Rb、G组成的电流表的量程小,对应的欧姆表为较大倍率挡。

（3）由闭合电路欧姆定律得I=

。

（4）因为函数图线是非线性变化的,所以欧姆表的刻度是不均匀的。

欧姆表的示数左大右小是因为电流随待测电阻阻值的增大而减小,A项错误;由多用电表构造原理易知B、C、D三项正确。

答案:

（1）1800Ω　4.5V　

（2）甲　图2中乙不能改变电流表的量程,即实际上图2乙电路不可能实现多倍率测量　b

（3）I=

　（4）B、C、D

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