（新课改省份专用）2022年高考物理一轮复习 第八章 第5节 实验：用多用电表测量电学中的物理量学案（含解析）

（新课改省份专用）2022年高考物理一轮复习 第八章 第5节 实验：用多用电表测量电学中的物理量学案（含解析）一、实验目的1了解多用电表的构造和原理，掌握多用电表的使用方法。2会使用多用电表测电压、电流及电阻。3会用多用电表探索黑箱中的电学元件。二、实验原理1.欧姆表内部电路简化如图所示。2.根据闭合电路欧姆定律：（1）当红、黑表笔短接时，Ig；（2）当被测电阻Rx接在红、黑表笔两端时，I； （3）当I中Ig时，中值电阻R中RgRr。三、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。部分器材用途多用电表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)。二极管1.晶体二极管是由半导体材料制成的，它有两个极，即正极和负极，它的符号如图甲所示。2晶体二极管具有单向导电性(符号上的箭头表示允许电流通过的方向)。当给二极管加正向电压时，它的电阻很小，电路导通，如图乙所示；当给二极管加反向电压时，它的电阻很大，电路截止，如图丙所示。3将多用电表的选择开关拨到欧姆挡，红、黑表笔接到二极管的两极上，当黑表笔接“正”极，红表笔接“负”极时，电阻示数较小，反之电阻示数很大，由此可判断出二极管的正、负极。四、实验步骤(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)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。五、误差分析1. 偶然误差(1)估读时易带来误差。(2)表头指针偏转过大或过小都会使误差增大。2系统误差(1)电池用旧后，电动势会减小，内阻会变大，致使电阻测量值偏大，要及时更换电池。(2)测电流、电压时，由于电表内阻的影响，测得的电流、电压值均小于真实值。六、注意事项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(1)指针指中值附近较准，否则换挡。(2)每换一挡必须重新欧姆调零。(3)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。基础考法考法(一)考查多用电表的原理及读数1某学生实验小组利用图甲所示电路，测量多用电表内电池的电动势和电阻“1 k”挡内部电路的总电阻。使用的器材有：多用电表；电压表：量程5 V，内阻十几千欧；滑动变阻器：最大阻值5 k；导线若干。回答下列问题：(1)将多用电表挡位调到电阻“1 k”挡，再将红表笔和黑表笔_，调零点。(2)将图甲中多用电表的红表笔和_(填“1”或“2”)端相连，黑表笔连接另一端。(3)将滑动变阻器的滑片调到适当位置，使多用电表的示数如图乙所示，这时电压表的示数如图丙所示，多用电表和电压表的读数分别为_k和_V。(4)调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零。此时多用电表和电压表的读数分别为12.0 k和4.00 V。从测量数据可知，电压表的内阻为_k。(5)多用电表电阻挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、一个理想电流表和一个电阻串联而成的电路，如图丁所示。根据前面的实验数据计算可得，此多用电表内电池的电动势为_V，电阻“1 k”挡内部电路的总电阻为_k。解析：(1)使用多用电表测电阻时，换挡后需重新进行欧姆调零，故应将两表笔短接进行调零。(2)电流应从多用电表的红表笔流入、黑表笔流出，故红表笔应接“1”。(3)从题图乙可以看出指针指向欧姆挡15.0位置，电阻挡为“1 k”，故读数为15.0 k；由于电压表量程为5 V，指针所指位置为3.60，故读数为3.60 V。(4)当滑动变阻器接入电路中的电阻为零时，多用电表读数即为电压表内阻，所以电压表内阻为12.0 k。(5)设多用电表内电池的电动势为E、多用电表内阻为R，由第(3)、(4)问可知，两式联立解得：E9.00 V，R15.0 k。答案：(1)短接(2)1(3)15.03.60(4)12.0(5)9.0015.02(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”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_。(结果均保留三位有效数字)解析：(1)A端与电池正极相连，电流从A端流出，A端与黑表笔相连。(2)使用多用电表前，应机械调零，即应调整“指针定位螺丝”，使指针指在表盘左端电流“0”位置，与R6无关，选项A错；使用欧姆挡时，需要红、黑表笔短接，调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置，选项B对；使用电流挡时，B端与“1”或“2”相连，与R6无关，C错。(3)B端与“1”“2”相连时，该多用电表挡位分别为直流2.5 mA挡、直流1 mA挡，如图甲所示，由电表的改装原理可知，B端与“2”相连时，有I2IG，解得R1R2160 ；B端与“4”相连时，如图乙所示，多用电表为直流电压1 V挡，表头并联部分电阻R0，R4R0880 。(4)B端与“1”相连时，电表读数为1.47 mA；B端与“3”相连时，多用电表为欧姆100 挡，读数为11.0100 1.10103 ；B端与“5”相连时，多用电表为直流电压5 V挡，读数为5 V2.95 V。答案：(1)黑(2)B(3)160880(4)1.47 mA110103 2.95 V考法(二)多用电表的使用3在“用多用电表测量电学中的物理量”实验中：(1)某同学欲测量一节干电池的电压，下述操作正确的是_(填字母)。A欧姆调零，选择挡位，表笔接触电池两极(其中红表笔接触正极)，读数B机械调零，选择挡位，表笔接触电池两极(其中红表笔接触正极)，读数C选择挡位，机械调零，表笔接触电池两极(其中黑表笔接触正极)，读数D选择挡位，欧姆调零，表笔接触电池两极(其中黑表笔接触正极)，读数(2)该同学欲测量如图甲所示生活用电中插座的电压，则应把多用电表的选择开关打到如图乙所示的_位置(选填A、B、C、Q)。(3)经过正确操作后，电表指针指向如图丙所示，则插座的电压为_ V。解析：(1)使用多用电表测电压时，应该先机械调零，然后选择适当的挡位，表笔接触电池两极(其中红表笔接触正极)，待示数稳定后读数即可，故B正确，A、C、D错误。(2)题图甲所示插座的电压为220 V交流电源，所以应把多用电表的选择开关打到题图乙所示的H位置。(3)多用电表表盘最下面一排刻度线左侧标有“”，是用于测交流电压的，根据电表指针可知，插座的电压为U215 V。答案：(1)B(2)H(3)2154二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10 ，反向电阻约为50 k，则在测量二极管的正向电阻时，电表的红表笔应接_(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2 V时的电阻值，二极管接在1、2之间，电压表的内阻约为40 k，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有三个量程，量程和对应的内阻分别为：50 A，内阻约为100 ；50 mA，内阻约为50 ；250 mA，内阻约为10 。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“”“”或“”)，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2 V时，二极管反接时的电流约为40 A，所以电流表应选用量程；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)365某同学为了将一量程为3 V的电压表改装成可测量电阻的仪表欧姆表，进行了如下操作：(1)先用如图甲所示电路测量该电压表的内阻，图中电源内阻可忽略不计，闭合开关，将电阻箱阻值调到3 k时，电压表恰好满偏；将电阻箱阻值调到12 k时，电压表指针指在如图乙所示位置，则电压表的读数为_V。由以上数据可得电压表的内阻RV_k。(2)将图甲的电路稍作改变，在电压表两端接上两个表笔，就改装成了一个可测量电阻的简易欧姆表，如图丙所示，为将表盘的电压刻度转换为电阻刻度，进行了如下操作：闭合开关，将两表笔断开，调节电阻箱，使指针指在“3.0 V”处，此处刻度应标阻值为_(填“0”或“”)；再保持电阻箱阻值不变，在两表笔间接不同阻值的已知电阻找出对应的电压刻度，则“1 V”处对应的电阻刻度为_k。(3)若该欧姆表使用一段时间后，电池内阻不能忽略且变大，电动势不变，但将两表笔断开时调节电阻箱，指针仍能满偏，按正确使用方法再进行测量，其测量结果将_。A偏大B偏小C不变 D无法确定解析：(1)由题图乙所示电压表表盘可知，其分度值为0.1 V，示数为1.50 V；电源内阻不计，由题图甲所示电路图可知，电源电动势：EUIRUR，由题意可知：E33 000，E1.512 000，解得：RV6 000 6 k，E4.5 V。(2)两表笔断开，处于断路情况，相当于两表笔之间的电阻无穷大，故此处刻度应标阻值为，当指针指向3 V时，电路中的电流为IV A0.000 5 A，此时电阻箱的阻值为R 3 k。当电压表示数为1 V时，有1，解得Rx1 k。(3)根据闭合电路欧姆定律可知电池新时有IV，测量电阻时电压表示数为U，欧姆表用一段时间调零时有IV，测量电阻时U，比较可知rRrR，所以若电流相同，则RxRx，即测量结果不变，C正确。答案：(1)1.506(2)1(3)C考法(三)用多用电表检测电路故障6.某照明电路出现故障，其电路如图甲所示，该电路用标称值12 V的蓄电池为电源，导线及其接触完好。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点时多用电表指示如图乙所示，读数为_ V，说明题中_正常(选填：蓄电池、保险丝、开关、小灯)。(2)红表笔接b点，断开开关时，表针不偏转，闭合开关后，多用电表指示仍然和图乙相同，可判定发生故障的器件是_(选填：蓄电池、保险丝、开关、小灯)。解析：(1)多用电表调至50 V量程，接a、c两点测量的是电源两端的电压，读数为11.3 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，读数与接a点时相同，表明蓄电池、保险丝、开关和多用电表能组成完好回路，开关和保险丝无问题，发生故障的是小灯，小灯断路。答案：(1)11.3(11.111.5均可)蓄电池(2)小灯7在如图甲所示的电路中，4节干电池串联，小灯泡A、B的规格为“3.8 V,0.3 A”。合上开关S后，无论怎样移动滑动片，A、B灯都不亮。(1)用多用电表的直流电压挡检查故障。选择开关置于下列量程的_挡较为合适(用字母序号表示)；A2.5 VB10 VC50 V D250 V测得c、d间电压约为5.8 V、e、f间电压为0，则故障是_。AA灯丝断开 BB灯丝断开Cd、e间连线断开 DB灯被短路(2)接着练习使用欧姆表的“1”挡测电阻，欧姆表经过“欧姆调零”，测试前，一定要将电路中的开关S_；测c、d间和e、f间电阻时，某次测试结果如图乙所示，读数为_ ，此时测量的是_间电阻。根据小灯泡的规格计算出的电阻为_ 。解析：(1)由于4节干电池串联后电动势为6 V，电压表量程应选10 V，B正确。灯泡不亮，说明电路断路或短路，电压表接c、d端时有示数且接近电源电动势，说明有电流通过电压表，c、d间以外其他部分电路接通，电压表接e、f时无示数，说明c、d间灯泡断路，A正确。(2)使用欧姆表时一定要将被测电阻从电路中断开。欧姆表读数应该为6.0 。由于A灯泡断路，电阻无穷大，而欧姆表示数为6.0 ，说明测量的应该是e、f间电阻。由R可求得电阻为12.7 。答案：(1)BA(2)断开6.0e、f12.7考法(四)用多用电表探索黑箱内的电学元件8.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。请画出黑箱内的电路结构。红表笔AABCCB黑表笔BCCBAA阻值/100150502 0002 100100解析：先由二极管反向截止的性质分析，由表可知，接B、C和C、B时测量结果不同，故在B、C间一定有二极管存在；同理可知在A、C间也有二极管存在，并且A、C间的正向电阻大于B、C之间，说明A、C间包含电阻；而接A、B和B、A时电阻不变，故说明A、B间只有电阻，B、C间接二极管。所以黑箱内的结构如图所示。答案：见解析图