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2022版高考物理一轮复习 第八章 恒定电流 实验十三 练习使用多用电表学案 新人教版

2022版高考物理一轮复习 第八章 恒定电流 实验十三 练习使用多用电表学案 新人教版

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- 14 -

实验十三　练习使用多用电表

实验知识·自主回顾
SHI YAN ZHI SHI ZI ZHU HUI GU
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
欧姆表的外部构造如图甲，内部结构如图乙所示。G是内阻为Rg、满偏电流为Ig的电流表(表头)，R是可变电阻，也叫调零电阻，电池的电动势是E，内电阻是r。欧姆表的原理是闭合电路欧姆定律。

红、黑表笔接触时，相当于被测电阻Rx＝0，调节R使电流达到满偏，此时满足关系Ig＝，这一过程叫欧姆调零，所以电流满刻度处是电阻挡的零点。
红、黑表笔不接触时，相当于被测电阻Rx＝∞，此时电流为零，所以电流的零刻度位置是电阻挡的∞。
红、黑表笔接触电阻Rx时，通过电流表的电流Ix＝，所以电流的Ix处对应电阻挡的Rx值。
注意：Rx＝R＋Rg＋r时Ix＝，指针半偏，所以欧姆表的内阻等于中值电阻。
三、实验步骤
(1)在用多用电表的欧姆挡进行测量的过程中，需要先进行欧姆调零再进行测量，具体的过程用流程图可表示为：

(2)探索黑箱内的电学元件
探究项目
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
指针先指向某一小阻值，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固定示数

四、注意事项
(1)红进黑出：表内电源正极接黑表笔，负极接红表笔。无论用多用电表测电压、电流还是电阻(结合内部结构图看)，电流都要经红表笔(正插孔)流入多用电表，从黑表笔流出。可以简记为“红进黑出”。
(2)区分两个“零点”：机械零点是表盘刻度左侧的“0”位置，调整的是定位螺丝；欧姆零点是刻度盘右侧的“0”位置，调整的是欧姆调零旋钮。
(3)测电压时，多用电表应与被测元件并联；测电流时，多用电表应与被测元件串联。
(4)勿忘欧姆调零：测电阻时，要选择合适的挡位，使指针分布在“中值”附近，每变换一次挡位，都要重新进行欧姆调零。
(5)使用多用电表时，手不能接触测试笔的金属杆。
(6)测量电阻时，待测电阻要与其他元件及电源断开，否则不但影响测量结果，甚至可能损坏电表。
(7)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。如果长期不用欧姆表，应把表内电池取出。
五、误差分析
1．系统误差：
(1)电池用旧后，电动势会减小，致使电阻测量值偏大，要及时更换新电池。
(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。
2．偶然误差：
(1)欧姆表的表盘刻度不均匀，估读时易带来误差，要注意其左密右疏特点。
(2)读数时的观测易形成偶然误差，要垂直表盘正对指针读数。

核心考点·重点突破
HE XIN KAO DIAN ZHONG DIAN TU PO

考点一　多用电表的使用及读数
例1　(1)用如图所示的多用电表测量电阻，要用到选择开关K和两个部件S、T。请根据下列步骤完成电阻测量：

①旋动部件S，使指针对准电流的“0”刻线。
②将K旋转到电阻挡“×100”的位置。
③将插入“＋”“－”插孔的表笔短接，旋动部件T。使指针对准电阻的0刻线(填“0刻线”或“∞刻线”)。
④将两表笔分别与待测电阻相接，发现指针偏转角度过小，为了得到比较准确的测量结果，请从下列选项中挑出合理的步骤。并按ADC的顺序进行操作，再完成读数测量。
A．将K旋转到电阻挡“×1 k”的位置
B．将K旋转到电阻挡“×10”的位置
C．将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接
D．将两表笔短接，旋动合适部件，对电表进行校准
(2)如下图所示，为多用电表的表盘，测电阻时，若用的是“×100”挡，这时指针所示被测电阻的阻值应为1 700 Ω；若测的是直流电流，用的是100 mA的量程，指针所示电流值为47 mA；若测的是直流电压，用的是50 V量程，则指针所示的电压值为23.5 V。

[解析]　(1)使用前要进行机械调零，使指针指向左边电流的零刻度处，使用中每次换欧姆挡都要进行欧姆调零，使指针指向右边电阻的零刻度处。由于测量时，指针从无穷大电阻值开始偏转，偏角过小，说明须增大倍率，使指针指向欧姆表中间刻度附近。
(2)若用“×100”挡测电阻，指针读数为：17.0×100 Ω＝1 700 Ω
若用量程100 mA测直流电流，看中排刻度线，此时最小刻度是2 mA，要估读到最小刻度的同一位，并按二分之一估读，指针靠近46 mA和48 mA的“中间线”，所以读数为47mA。
若用量程50 V测直流电压，看中排刻度线，此时最小刻度是1 V，要估读到最小刻度的下一位，读数为23.5 V。
〔变式训练1〕在练习使用多用电表的实验中。
(1)某同学连接的电路如图所示：

①若旋转选择开关，使尖端对准直流电流挡，此时测得的是通过R1的电流；(填元件代号，下同)
②若断开电路中的开关，旋转选择开关使其尖端对准欧姆挡，此时测得的是R1和R2的电阻；
③若旋转选择开关，使尖端对准直流电压挡，闭合开关，并将滑动变阻器的滑片移至最左端，此时测得的是R2两端的电压。
(2)在使用多用电表的欧姆挡测量电阻时，下列说法正确的是(　AD　)
A．双手捏住两表笔金属杆，测量值将偏小
B．测量时发现指针偏离中央刻度过大，则必需减小倍率，重新调零后再进行测量
C．选择“×100”倍率测量时发现指针位于20与30正中间，则测量值等于2 500 Ω
D．欧姆表内的电池使用时间太长，虽然完成调零，但测量值将略偏大
[解析]　(1)①多用电表调至直流电流挡，与滑动变阻器串联，测的是通过滑动变阻器R1的电流；②断开电路中的开关，多用电表调至欧姆挡，接在R1与R2串联电路的两端，测的是串联部分的总电阻；③多用电表调至电压挡，滑动变阻器的滑片移至最左端，滑动变阻器相当于导线；多用电表与电阻R2并联，测的是R2两端的电压。
(2)双手捏住两表笔金属杆，人体与电阻并联，总电阻减小，测量值偏小，故A正确；测量时若发现指针向右偏离中央刻度过大，则必须减小倍率，若向左偏离中央刻度过大，则必须增大倍率，重新调零后再进行测量，故B错误；欧姆表刻度是左密右疏，选择“×100”倍率测量时发现指针位于20与30正中间，则测量值小于2 500 Ω，大于2 000 Ω，故C错误；欧姆表内的电池使用时间太长，电动势减小，内电阻增大，电池电动势变小、内阻变大时，欧姆调零时，由于满偏电流Ig不变，由公式Ig＝，欧姆表内阻R内得调小，待测电阻的测量值是通过电流的示数体现出来的，由I＝＝＝，可知当R内变小时，I变小，指针跟原来的位置相比偏左，欧姆表的示数偏大，故D正确。
〔变式训练2〕如图所示的电路中，1、2、3、4、5、6为连接点的标号。在开关闭合后，发现小灯泡不亮。现用多用电表检查电路故障，需要检测的有电源、开关、小灯泡、3根导线以及电路中的各连接点。

(1)在连接点1、2已接好的情况下，应当选用多用电表的电压挡，进行检查。
(2)在连接点1、2同时断开的情况下，应当选用多用电表的欧姆挡，进行检查。
(3)在各接点接好且开关闭合情况下，若测得3、4两点间的电压接近电源的电动势，则表明小灯泡断路。
[解析]　本题考查用多用电表检查电路故障。
(1)在1、2两点接好的情况下，选电流挡易造成表头烧坏、电源短路，选欧姆挡需要与外电源断开，故应选用多用电表的电压挡进行检查。
(2)在1、2同时断开的情况下，应选用多用电表欧姆挡进行检查，直接测量某段电路的电阻即可。
(3)在开关闭合情况下，若测得3、4两点间的电压接近电源的电动势，则表明小灯泡断路。

考点二　多用电表的原理
例2　(2021·辽宁抚顺一中期中)如图甲所示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G的满偏电流为250 μA，内阻为480 Ω。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个挡位分别为直流电压1 V挡和5 V挡，直流电流1 mA挡和2.5mA挡，欧姆“×100 Ω”挡。

甲

乙
(1)图甲中的A端与黑(填“红”或“黑”)表笔相连接。
(2)关于R6的使用，下列说法正确的是B(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＝160 Ω，R4＝880 Ω。
(4)某次测量时该多用电表指针位置如图乙所示。若此时B端是与“1”相连的，则多用电表读数为1.47 mA；若此时B端是与“3”相连的，则读数为1.10×103 Ω；若此时B端是与“5”相连的，则读数为2.94 V。(结果均保留三位有效数字)
[解析]　(1)欧姆表内置电源正极与黑表笔相连，负极与红表笔相连，即“红进黑出”，电流从A端流出，故A端与黑表笔相连；
(2)由题图甲可知R6只在测量电阻时才接入电路，故其作用是进行欧姆调零，不能进行机械调零，同时在使用电流挡时也不需要调节R6；
(3)B端与“1”“2”相连时，该多用电表挡位分别为直流电流2.5 mA挡、直流电流1 mA挡，如图甲所示。

甲
由电表的改装原理可知B端与“2”相连时，有I2＝Ig＋，解得R1＋R2＝160 Ω；B端与“4”相连时，如图乙所示，多用电表为直流电压1 V挡，电阻R4＝＝880 Ω；

乙
(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 Ω”挡，读数为11×100 Ω＝1.10×103 Ω，B端与“5”相连时，多用电表为直流电压5 V挡，读数为2.94 V。
〔变式训练3〕(2020·安徽临泉二中期末)某物理兴趣小组在学习了电表的改装后，将图甲所示的电流表分别改装成了图乙所示的欧姆表和图丙所示的电压表。

(1)若电流表的量程为0～1 mA，内阻为100 Ω，按照图丙所示将其改装成一个量程为0～3 V的电压表，则需串联的电阻R2＝2 900 Ω。
(2)该小组将电流表改装成图乙所示的欧姆表后，其表盘上的刻度如图丁所示，弧AB为以指针轴O为圆心的圆弧，两表笔分开时指针指A，接触时指针指B，C为弧AB的中点，D和F分别为弧AC和弧CB的中点。已知改装后欧姆表的总电阻R＝4.8 kΩ，电流表指针偏转角度与电流大小成正比，则刻度盘上D点所对应的电阻为RD＝14.4 kΩ，F点所对应的电阻为RF＝1.6 kΩ。
(3)某小组将甲、乙、丙所示的电流表、欧姆表和电压表整合成一个多用电表，要求单刀多掷开关接1时成为甲图所示的电流表，接2时成为乙图所示的欧姆表，接3时成为丙图所示的电压表，请将虚线框中的电路图补充完整。

[答案]

[解析]　(1)改装电压表的满偏电压U＝Ig(Rg＋R2)，解得R2＝－Rg＝ Ω－100 Ω＝2 900 Ω。
(2)指针指向B时，电流满偏，外电阻为零，E＝IgR＝4.8 V，指针指向D时，电路中电流为，则E＝·(R＋RD)，解得RD＝14.4 kΩ；指针指向F时，电路中电流为，则E＝·(R＋Rr)，解得RF＝1.6 kΩ。
(3)按要求画出电路图如图所示。

2年高考·1年模拟
2 NIAN GAO KAO 1 NIAN MO NI
1．(2019·全国卷Ⅲ，23)某同学欲将内阻为98.5 Ω、量程为100 μA的电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准，要求改装后欧姆表的15 kΩ刻度正好对应电流表表盘的50 μA刻度。可选用的器材还有：定值电阻R0(阻值14 kΩ)，滑动变阻器R1(最大阻值1 500 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值500 Ω)，电阻箱(0～99 999.9 Ω)，干电池(E＝1.5 V，r＝1.5 Ω)，红、黑表笔和导线若干。

图(a)
(1)欧姆表设计
将图(a)中的实物连线组成欧姆表。欧姆表改装好后，滑动变阻器R接入电路的电阻应为900 Ω；滑动变阻器选R1(填“R1”或“R2”)。
[答案]　

(2)刻度欧姆表表盘
通过计算，对整个表盘进行电阻刻度，如图(b)所示。表盘上a、b处的电流刻度分别为25和75，则a、b处的电阻刻度分别为45、5。

图(b)
(3)校准
红、黑表笔短接，调节滑动变阻器，使欧姆表指针指向0 kΩ处；将红、黑表笔与电阻箱连接，记录多组电阻箱接入电路的电阻值及欧姆表上对应的测量值，完成校准数据测量。若校准某刻度时，电阻箱旋钮位置如图(c)所示，则电阻箱接入的阻值为35 000.0 Ω。

图(c)
[解析]　(1)欧姆表的中值刻度为欧姆表的内阻，即r＋R0＋RA＋R＝15 kΩ，解得R＝900 Ω。由于滑动变阻器R2的最大阻值为500 Ω，所以滑动变阻器选R1。
(2)根据闭合电路欧姆定律，得Ia＝和Ib＝，代入数据解得Ra＝45 kΩ，Rb＝5 kΩ。
(3)使用欧姆表测量电阻时，首先要进行电阻调零，此时应将红、黑表笔短接，调整滑动变阻器，使欧姆表指针指在0 kΩ上。
电阻箱的阻值为(0.1×0＋1×0＋10×0＋100×0＋1 000×5＋10 000×3) Ω＝35 000.0 Ω。
2．(2020·河南省实验中学月考)在练习使用多用电表的实验中：
(1)某同学使用多用电表的欧姆挡粗略测量一定值电阻的阻值Rx，先把选择开关旋到“×10”挡位，测量时指针偏转如图甲所示。以下是接下来的测量过程：
A．将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针对准刻度盘上欧姆挡的零刻度，然后断开两表笔
B．旋转选择开关至交流电压最高挡(或“OFF”挡)，并拔出两表笔
C．将选择开关旋到“×1”挡
D．将选择开关旋到“×100”挡
E．将选择开关旋到“×1 k”挡
F．将两表笔分别连接到被测电阻的两端，读出阻值Rx，断开两表笔以上实验步骤中的正确顺序是DAFB(填写步骤前的字母)。

(2)重新测量后，指针位于如图乙所示位置，被测电阻的测量值为2 200 Ω。
(3)如图丙所示为欧姆表表头，已知电流计的量程为Ig＝100 μA，电池电动势为E＝1.5 V，则该欧姆表的表盘上30 μA刻度线对应的电阻值是35 kΩ。

丙
(4)为了较精确地测量另一定值电阻的阻值Ry，采用如图丁所示的电路。电源电压U恒定，电阻箱接入电路的阻值可调且能直接读出。
①用多用电表测电路中的电流，则与a点相连的是多用电表的红(填“红”或“黑”)表笔。
②闭合开关，多次改变电阻箱阻值R，记录相应的R和多用电表读数I，得到R－的关系如图戊所示。不计此时多用电表的内阻，则Ry＝200 Ω，电源电压U＝8 V。

[解析]　(1)选择“×10”挡位时欧姆表指针偏角小，说明所测电阻较大，应当换大挡，即选择“×100”挡，多用电表的操作步骤是：先将选择开关旋到“×100”挡；然后欧姆调零，即将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针对准刻度盘上欧姆挡的零刻度，然后断开两表笔；再将两表笔分别连接到被测电阻的两端，读出阻值Rx，断开两表笔；最后归位，即旋转选择开关至交流电压最高挡(或“OFF”挡)，并拔出两笔。正确操作顺序是：D、A、F、B。
(2)题图乙中指针读数为22×100 Ω＝2 200 Ω。
(3)当电流计满偏时，欧姆表显示外电阻为零，故该欧姆表的内阻为＝1.5×104 Ω＝15 kΩ；由闭合电路欧姆定律可得，表盘上30 μA刻度线对应的电阻值为
R＝－r内＝ Ω－15 kΩ＝35 kΩ。
(4)①由题图丁可知，与a点相连的为电源正极，故a点连接多用电表的红表笔；
②根据题图戊所示电路图，由闭合电路欧姆定律变形公式可得R＝－Ry，结合图像可知Ry＝200 Ω，U＝8 V。