2022年高考物理一轮复习 第9章 恒定电流 实验专题（十二）第45讲 多用电表的原理与使用学案（含解析）

2022年高考物理一轮复习 第9章 恒定电流 实验专题（十二）第45讲 多用电表的原理与使用学案（含解析）一、欧姆表原理1欧姆表内部电路简化如图。2欧姆表测电阻阻值的原理：闭合电路欧姆定律。(1)红、黑表笔短接，进行欧姆调零时，指针满偏，有Ig。(2)当红、黑表笔之间接有未知电阻Rx时，有I，故每一个未知电阻都对应一个电流值I。由于I与R是非线性关系，表盘上电流刻度是均匀的，所以其对应的电阻刻度却是不均匀的。电阻的零刻度在电流满偏处，即表盘刻度的最右端。当RxRgRr时，I，指针半偏，所以欧姆表的内阻等于中值电阻。二、多用电表原理1多用电表内部电路简化如图。2多用电表原理及挡位区别(1)当S接通1或2时，表头与电阻并联，所以1、2为电流挡，由于并联阻值的大小不同，量程也不同，1的量程较大。(2)当S接通3或4时，接通内部电源，此时为欧姆挡，4的倍率比3的倍率高。(3)当S接通5或6时，表头与电阻串联，此时为电压挡，由于串联的阻值不同，6的量程比5的量程大。1教材母题(人教版选修31 P66T3)某人把电流表、干电池和一个定值电阻串联后，两端连接两支测量表笔，做成了一个测量电阻的装置。两支表笔直接接触时，电流表读数为5.0 mA，两支表笔与200 的电阻连接时，电流表读数为3.0 mA。现在把表笔与一个未知电阻连接，电流表读数为2.5 mA，这个未知电阻是多大？变式子题如图是一个将电流表改装成欧姆表的示意图，此欧姆表已经调零，用此欧姆表测一阻值为R的电阻时，指针偏转至满刻度的处。现用该表测一未知电阻，指针偏转到满刻度的处，则该电阻的阻值为()A4R B5R C10R D16R答案D解析当进行电阻调零时，根据闭合电路的欧姆定律，此时欧姆表满偏，即Ig。当测量电阻值为R的电阻时，有。设待测电阻的阻值为R，则有。联立以上各式解得R16R，故D正确。2若一多用电表的内部电路如图所示，已知表头G的内阻为400 ，满偏电流为2 mA；两个电池的电动势分别为E1.5 V，E9 V。(1)若R11.0 ，R299 ，当选择开关置于“1”时，多用电表测量的是_(选填“电流”“电压”或“电阻”)，其测量的最大值(量程)为_。(2)在(1)的条件下，若R50.92103 ，R69.0103 ，当选择开关置于“6”时，多用电表测量的是_(选填“电流”“电压”或“电阻”)，其测量的最大值(量程)为_。(3)当选择开关置于“3”时，多用电表测量的是_(选填“电流”“电压”或“电阻”)；若要测量的是阻值为几千欧姆的电阻，应当把选择开关置于“_”。答案(1)电流1.0 A(2)电压100 V(3)电阻4解析(1)当选择开关置于“1”时，表头与R2串联后与R1并联，多用电表测量的是电流，设测量的最大值(量程)为I，则有(400 99 )2103 A(I2103 A)1.0 ，解得I1.0 A。(2)表头两端电压U04002103 V0.8 V，当选择开关置于“6”时，表头与R1和R2并联，然后与R5和R6串联，多用电表测量的是电压，流过R5和R6的最大电流为I2103 A0.01 A，测量的最大值(量程)为UI(R5R6)U0100 V。(3)当选择开关置于“3”时，多用电表测量的是电阻；若要测量的是阻值为几千欧姆的大电阻，多用电表中值电阻应该为几千欧姆，需要的电池电动势比较大，所以应当把选择开关置于4。3若某欧姆表表头的满偏电流为5 mA，内装一节干电池，电动势为1.5 V，那么该欧姆表的内阻为_ 。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_ 。若指针指在满刻度的处，则待测电阻的阻值为_ 。答案300300100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RgrR0 300 。当电流为Ig时，有Ig，即R内Rx1600 ，故Rx1300 。当电流为Ig时，有Ig，即R内Rx2400 ，故Rx2100 。考点二多用电表的使用1多用电表面板(1)多用电表可以用来测量电流、电压、电阻等，并且每一种测量都有几个量程。(2)外形如图所示：上半部分为表盘，表盘上有电流、电压、电阻等多种量程的刻度；下半部分为选择开关，它的四周刻有各种测量项目和量程。(3)多用电表面板上还有：欧姆表的欧姆调零旋钮(使电表指针指在右端零欧姆处)、指针定位螺丝(使电表指针指在左端的“0”位置)、表笔的正、负插孔(红表笔插入“”插孔，黑表笔插入“”插孔)。2利用多用电表测电压、电流和电阻(1)观察：观察多用电表的外形，认识选择开关的测量项目及量程。(2)机械调零：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)将两支表笔分别插入“”“”插孔。(4)测量小灯泡的电压和电流。按如图甲所示的电路图连好电路，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。按如图乙所示的电路图连好电路，将选择开关置于直流电流挡，测量通过小灯泡的电流。(5)测量定值电阻根据被测电阻的估计阻值，选择合适的挡位，把两表笔短接，观察指针是否指在欧姆表的“0”刻度，若不指在欧姆表的“0”刻度，调节欧姆调零旋钮，使指针指在欧姆表的“0”刻度处。将被测电阻接在两表笔之间，待指针稳定后读数。读出指针在刻度盘上所指的数值，用读数乘以所选挡位的倍率，即得测量结果。测量完毕，将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡。为确定某电子元件的电气特性，做如下测量。(1)用多用电表测量该元件的电阻，选用“100”倍率的电阻挡测量，发现多用电表指针偏转过大，因此需选择_(填“10”或“1 k”)倍率的电阻挡，并_再进行测量，多用电表的示数如图甲所示，测量结果为_ 。(2)将待测元件(额定电压9 V)、蓄电池、滑动变阻器、电流表、多用电表、开关及若干导线连接成电路，如图乙所示。添加连线，使电路能测量该元件完整的伏安特性。本实验中使用多用电表测电压，多用电表的选择开关应调到_(填“直流电压10 V”或“直流电压50 V”)挡。解析(1)用多用电表测量该元件的电阻，选用“100”倍率的电阻挡测量，发现多用电表指针偏转过大，说明电阻较小，因此需选择“10”倍率的电阻挡，并重新欧姆调零后再进行测量，测量结果为70 。(2)要测量该元件完整的伏安特性，必须连接成滑动变阻器分压式电路。本实验中使用多用电表测电压，待测元件额定电压为9 V，多用电表的选择开关应调到直流电压10 V挡。答案(1)10重新欧姆调零70(2)如图所示直流电压10 V特别提醒(1)使用前要机械调零。(2)两表笔在使用时，电流总是“红入”“黑出”。(3)测电阻时指针指中值附近较准，否则换挡。每换一挡必须重新欧姆调零。读出示数要乘以倍率。(4)使用完毕，选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡，长期不用应取出电池。用多用电表的欧姆挡测量一未知电阻的阻值。若将选择倍率的旋钮拨至“100”挡时，测量时指针停在刻度盘0 附近处，为了提高测量的精确性，有下列可供选择的步骤：A将两根表笔短接B将选择开关拨至“1 k”挡C将选择开关拨至“10”挡D将两根表笔分别接触待测电阻的两端，记下读数E调节调零电阻，使指针停在0 刻线处F将选择开关拨至交流电压最高挡将上述必要的步骤选出来，这些必要步骤的合理顺序是_(填写步骤前的代号)；若操作正确，上述D步骤中，指针偏转情况如图所示，则此未知电阻的阻值Rx_。答案CAEDF150 解析用多用电表的欧姆挡测未知电阻时，指针停在中值(中间位置)附近时测量误差较小，当用“100”挡测量时，指针停在刻度盘的0 附近，说明该待测电阻的阻值相对该挡比较小，为了提高测量精度，应降低倍率，用“10”挡来测量。换挡之后，必须重新欧姆调零，之后再接入未知电阻进行测量和读取数据，测后暂不使用此多用电表，应将选择开关置于交流电压最高挡，这是为了保证电表不受意外损坏。如下次再使用这个电表测电流、电压等其他量时，一旦忘了选挡，用交流电压最高挡虽然测不出正确结果，但不会把电表烧坏。考点三实验创新设计1多用电表对电路故障的检测(1)断路故障的检测方法用直流电压挡a将电压表与电源并联，若电压表示数不为零，说明电源较新，若电压表示数为零，说明电源老旧。b在电源完好时，再将电压表与外电路的各部分电路并联。若电压表示数等于电源电动势，则说明该部分电路中有断路。用直流电流挡将电流表串联在电路中，若电流表的示数为零，则说明与电流表串联的部分电路断路。用欧姆挡检测将各元件与电源断开，然后接到红、黑表笔间，若有阻值(或有电流)说明元件完好，若电阻无穷大(或无电流)说明此元件断路。(2)短路故障的检测方法将电压表与电源并联，若电压表示数为零，说明电源被短路；若电压表示数不为零，则外电路不被短路或不完全被短路。用电流表检测，若串联在电路中的电流表示数不为零，故障应是短路。2探索黑箱内的电学元件在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，某同学连接了如图甲所示的实物电路图，闭合开关，发现小灯泡不亮，电流表的示数为零。(1)他借助多用电表检查小灯泡，先断开开关，把多用电表的选择开关旋到“1 ”挡，再进行_调零；又将红、黑表笔分别接触接线柱，多用电表的表盘如图乙所示，说明小灯泡正常，此时灯丝的电阻为_ 。(2)他将多用电表的选择开关旋于某直流电压挡，将红、黑表笔分别接触接线柱，闭合开关，发现电压表的示数约等于电源的电动势，说明接线柱间的导线出现了_(选填“断路”或“短路”)。(3)故障排除后，为了使电流表的示数从零开始，要在_(选填“”或“”)接线柱间再连接一根导线，并在闭合开关前把滑动变阻器的滑片置于最_(选填“左”或“右”)端。解析(1)多用电表测电阻时应先进行欧姆调零；多用电表的表盘的读数为6.0 。(2)电压表的示数约等于电源电动势，说明电压表直接接在开路的电源上，接线柱间的导线出现了断路。(3)为了使电流表的示数从零开始，滑动变阻器要采用分压式接法，要在接线柱间再连接一根导线；初始时刻输出的电压最小，滑片应置于最左端。答案(1)欧姆6.0(2)断路(3)左方法感悟电路故障的判断方法(1)断路故障的判断：用电压表与电源并联，若有电压，再逐段与电路并联，若电压表示数等于电源电动势，则该段电路中有断点。(2)短路故障的判断：用电压表与电源并联，若有电压，再逐段与电路并联，若电压表示数为零，则该并联段电路被短路。若电压表示数不为零，则该并联段电路没有被短路或不完全被短路。(3)如闭合开关，电路中存在电源，应用多用电表的直流电压挡检查故障；如电路中没有电源，可以用多用电表的欧姆挡检查灯泡或导线的故障。 (2018太原模拟)如图所示，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。答案见解析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，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：课后作业1(2018河南高三二模考试)在“练习使用多用电表”实验中，请回答下列问题：(1)甲同学先用多用电表的欧姆挡“100”测量标有“220 V100 W”的白炽灯的电阻时发现指针偏转角度过大，为了减小测量误差，下列选项中合理的操作顺序为_(填写选项前的字母)。A将选择开关旋转到“1 k”的位置B将选择开关旋转到“10”的位置C用两表笔与白炽灯连接好并读数D将两表笔短接，进行欧姆调零(2)甲同学按正确的实验操作，指针停在如图甲所示的位置，则此白炽灯电阻的测量值为_ 。(3)乙同学发现该多用电表“直流50 V”挡损坏了，但“直流10 V”挡能正常使用。打开电表外壳发现电路板上的电阻R2被烧坏了，如图乙所示。若表头A的满偏电流为1 mA，则应用_ k的电阻替换R2就可以修好“直流50 V”挡。答案(1)BDC(2)120(3)40解析(1)先用多用电表的欧姆挡“100”测量标有“220 V100 W”的白炽灯的电阻时发现指针偏转角度过大，说明白炽灯的电阻很小，为了减小测量误差，将选择开关旋转到“10”的位置，将两表笔短接，重新进行欧姆调零，用两表笔与白炽灯连接好并读数，故合理的操作顺序为BDC。(2)选择开关处在“10”挡，由图甲所示可知，电阻测量值为：1210 120 。(3)电阻R2两端电压为40 V，电阻R2阻值为R24104 40 k，则应用40 k的电阻替换R2就可以修好“直流50 V”挡。2(2017全国卷)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250 A，内阻为480 。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 ”挡。(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R1R2_ ，R4_ 。(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”连接的，则多用电表读数为_；若此时B端是与“3”连接的，则读数为_；若此时B端是与“5”连接的，则读数为_。(结果均保留三位有效数字)答案(1)黑(2)B(3)160880(4)1.47 mA1.10 k2.95 V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1 mA的电流挡，由并联电路两支路电流与电阻成反比知，解得R1R2160 。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1 V的电压挡，表头与R1、R2组成的串联电路并联总电阻为120 ，两端电压为0.12 V，由串联电路中电压与电阻成正比知：R4两端电压为0.88 V，则R4电阻为880 。(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2.5 mA，读数为1.47 mA。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11100 1.10 k。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5 V，读数为2.95 V。3(2018衡水中学高三5月模拟考试)某物理兴趣小组设计了如图a所示的欧姆表电路，通过控制开关S和调节电阻箱，可使欧姆表具有“1”和“10”两种倍率，所用器材如下：A干电池：电动势E1.5 V，内阻r0.5 ；B电流表G：满偏电流Ig1 mA，内阻Rg150 ；C定值电阻R11200 ；D电阻箱R2和R3：最大阻值999.99 ；E电阻箱R4：最大阻值9999 ；F开关一个，红、黑表笔各1支，导线若干。(1)该实验小组按图a正确连接好电路。当开关S断开时，将红、黑表笔短接，调节电阻箱R2_ ，使电流表达到满偏，此时闭合电路的总电阻叫做欧姆表的内阻R内，则R内_ ，欧姆表的倍率是_(选填“1”“10”)。(2)闭合开关S：第一步：调节电阻箱R2和R3，当R2_ 且R3_ 时，将红、黑表笔短接，电流表再次满偏；第二步：在红、黑表笔间接入电阻箱R4，调节R4，当电流表指针指向图b所示的位置时，对应的欧姆表的刻度值为_ 。答案(1)149.5150010(2)14.5150100解析(1)由闭合电路欧姆定律可知，欧姆表的内阻为：R内 1500 ，则R2R内R1Rgr1500 1200 150 0.5 149.5 。中值电阻应为1500 ，根据多用电表的刻度设置可知，表盘上只有两种挡位，多用电表用开关S变换挡位，开关S断开与闭合时相比，干路允许的最大电流较小，由欧姆定律知欧姆表内阻较大，测量的中值电阻较大，故S断开时欧姆表倍率应为“10”。(2)为了得到“1”倍率，应让G满偏时对应的欧姆表内阻R内为150 ；电流为：I1 A0.01 A；此时表头中电流应为Ig0.001 A；则与之并联电阻R3中电流应为：I3I1Ig0.01 A0.001 A0.009 A，并联电阻R3为：R3 150 ；R2r 15 ，故R215 0.5 14.5 ；图示电流为I示0.60 mA；则总电阻为：R总103 250 ，故待测电阻为：R测R总R内250 150 100 ；故对应的刻度应为100 。4(2018唐山二模考试)某同学只用以下给定仪器组装如图甲所示的简易多用电表，仪器不得重复使用。A电流表(0200 A,100 )；B电阻箱(0999 )；C电阻箱(09999 ) ；D定值电阻R2(1 k)；E变阻器(0300 )；F变阻器(0800 )；G干电池(1.5 V，r0)；H干电池(9 V，r0)；I导线若干。该多用电表需设置0、1为量程01 mA的电流挡，0、3为量程03 V的电压挡，0、2为欧姆挡。该同学通过计算并选择器材(器材选择只填器材前的字母)。(1)量程01 mA的电流挡中电阻箱R1应该选择_，将其调节为_ 。(2)量程03 V的电压挡中电阻箱R4应该选择_，将其调节为_ 。(3)0、2的欧姆挡中变阻器R3应该选择_，电源应该选择_。(4)该同学用上述简易多用电表的欧姆挡测量某未知电阻，他首先进行了欧姆挡调零，然后将电阻接在0、2之间，发现电流表指针偏转如图乙所示，示数为_ A，由此可求得未知电阻为_ 。答案(1)B25(2)C2980(3)FG(4)1201000解析(1)量程01 mA的电流挡中电阻箱阻值为R1 25 ，则R1应该选择B，将其调节为25 ；此时电流表的总电阻为rg20 。(2)量程03 V的电压挡中电阻箱阻值R4rg 20 2980 ，则R4应该选择C，将其调节为2980 。(3)R3最大可能为800 ，故电源电压最大值为EIg(rgR2R3max)1.82 V，所以0、2的欧姆挡中电源应该选择一节干电池G；根据闭合电路欧姆定律，R内R3R2rg 1500 ，则R3480 ，即变阻器R3应该选择F。(4)电流表示数为120 A，此时电路中的电流为0.6 mA，根据EI(RxR内)，由此可求得未知电阻为RxR内 1500 1000 。5(2018福建高中毕业班模拟卷一)某兴趣小组自制了一个多量程的欧姆表，其电路图如图甲所示。其中电池的电动势E1.5 V，内阻可忽略不计；表头G量程Ig60 A，内阻Rg2 k，表头的表盘如图乙所示。(1)开关S1拨至“1 k”挡，将滑动变阻器R0滑片调到最左端。将红、黑表笔短接，此时表头的读数如图乙所示，该读数为_ A。由此可知，滑动变阻器R0的最大阻值为_ k(结果保留两位有效数字)。调节滑动变阻器R0的滑片位置，使电流表指针满偏。将被测电阻Rx接在红、黑表笔之间，此时电表指针指向20 A处，则该被测电阻的阻值为_ k(结果保留两位有效数字)。根据上述原理，将表头的电流刻度改成与之相对的电阻值刻度，即做成一个欧姆表。(2)图中R3的阻值为_ k(结果保留三位有效数字)。(3)电池使用一段时间后电动势E减小为1.44 V，改装后的欧姆表仍可以调零。若某次测量结果的读数为50 k，则该被测电阻的真实阻值是_ k；若测量结果的读数为25 ，则该被测电阻的真实阻值是_ 。(结果均保留两位有效数字)答案(1)492950(2)2.78(3)4824解析(1)将红、黑表笔短接，此时表头的读数为49 A。由此可知，滑动变阻器R0的最大阻值为R0Rg 2 k29 k；当电流表指针满偏时：Ig；当电表指针指向20 A 处时：Ig，解得Rx50 k。(2)由以上计算可知，当电表指针指向20 A处时，此时欧姆表内阻R内两端电压为UGE0.5 V，当在“1 k”位置时，对应的待测电阻为50 k，可知当在“100”位置时，对应的待测电阻为Rx50100 5 k，此时Rx两端电压为UEUG1 V；则电流为I0.2 mA，此时通过R3的电流为I3IIG200 A20 A180 A，则R3 2.78 k。(3)若电池电动势为E1.5 V时，调零后：Ig；若电池电动势为E1.44 V时，调零后：Ig；当测量某电阻Rx时，则I；联立可得，当Rx测50 k时，代入解得Rx真48 k；当Rx测25 时，代入解得Rx真24 。6某照明电路出现故障，其电路如图1所示，该电路用标称值12 V的蓄电池为电源，导线接触完好。维修人员使用已调好的多用电表直流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。(1)断开开关，红表笔接a点时多用表指示如图2所示，读数为_ V，说明题中_(选填“蓄电池”“保险丝”“开关”“小灯”)正常。(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2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”)。答案(1)11.5(11.211.8之间的值均可)蓄电池(2)小灯解析(1)多用电表调至50 V量程时分度为1 V，应估读到下一位，故接ac两点测量的是电源两端的电压，读数为11.5 V，可见蓄电池完好。(2)断开开关，电压表指针不偏转，表明电压表被断路，开关闭合后，读数不变，表明蓄电池、保险丝、开关和多用表能组成完好回路，开关和保险丝无问题，发生故障的是小灯，小灯断路。