2024-2025學年高二物理 同步學與練( 人教版2019必修第三冊)11.5 實驗:練習使用多用電表 (解析版)_第1頁
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文檔簡介

11.5實驗:練習使用多用電表

學習目標

課程標準物理素養

物理觀念:了解多用電表的表盤及測量功能,了解數字式多用電表的特點。

了解二極管的單向導電性。

科學思維:通過觀察,了解多用電表的表盤及測量功能,會根據需要正確選

擇檔位。

3.2.1會使用多用電表。

科學探究:通過實驗操作,學會使用多用電表測量電壓、電流和電阻。通過

測量二極管正、反向電阻,了解二極管的單向導電性。

科學態度與責任:在實驗中培養學生規范操作的習慣。通過分組實驗,討論、

交流,培養團隊合作意識。

02思維導圖

1.不變的實驗原理:都是應用了閉合電路的歐姆定律、電路的串聯與并聯知識。

2.必備的實驗器材:多用電表、電學黑箱、直流電源、開關、導線若干、小燈泡、二極管、定值電阻。

3.通用的數據處理方法

(1)測電阻時,電阻值等于指針的示數與倍率的乘積。

記錄電阻讀數時一般用科學計數法表示。

(2)測電壓和電流時,如果所讀表盤的最小刻度為1、0.1、0.01等,讀數時應讀到最小刻度的下一位;若表

盤的最小刻度為0.2、0.02、0.5、0.05等,讀數時只讀到與最小刻度位數相同即可。

4.相同的注意事項

(1)使用前要機械調零。

(2)兩表筆在使用時,電流總是“紅入”“黑出”。

(3)測電阻時

①指針指在中值附近較準,否則換擋。

②每換一擋必須重新歐姆調零。

③讀出示數要乘以倍率。

(4)使用完畢,選擇開關置于“OFF”擋或交流電壓最高擋,長期不用應取出電池。

5.一致的誤差分析思路

偶然①估讀時易帶來誤差。

誤差②表頭指針偏轉過大或過小都會使誤差增大。

①電池用舊后,電動勢會減小,內阻會變大,致使電阻測量值偏大,要

系統及時更換電池。

誤差②測電流、電壓時,由于電表內阻的影響,測得的電流、電壓值均小于

真實值。

03知識梳理

(一)課前研讀課本,梳理基礎知識:

一、歐姆表原理(多用電表測電阻原理)

1.構造

如圖所示,歐姆表由電流表G、電池、調零電阻R和紅、黑表筆組成。

歐姆表內部:電流表、電池、調零電阻串聯。

外部:接被測電阻Rx。

全電路電阻R總=Rg+R+r+Rx。

2.工作原理

E

閉合電路的歐姆定律I=。

Rg+R+r+Rx

3.刻度的標定

紅、黑表筆短接(被測電阻Rx=0)時,調節調零電阻R,使I=Ig,電流表的指針達到滿偏,這一過程叫歐姆

調零。

(1)當I=Ig時,Rx=0,在滿偏電流Ig處標為“0”。(圖甲)

(2)當I=0時,Rx→∞,在I=0處標為“∞”。(圖乙)

Ig

(3)當I=時,Rx=Rg+R+r,此電阻值等于歐姆表的內阻值,Rx叫中值電阻。

2

二、多用電表

1.多用電表可以用來測量電流、電壓、電阻等,并且每一種測量都有幾個量程。

2.外形如圖所示:上半部分為表盤,表盤上有電流、電壓、電阻等多種量程的刻度;下半部分為選擇開關,

它的四周刻有各種測量項目和量程。

3.多用電表面板上還有:歐姆表的歐姆調零旋鈕(使電表指針指在右端零歐姆處)、指針定位螺絲(使電表指

針指在左端的“0”位置)、表筆的正、負插孔(紅表筆插入“+”插孔,黑表筆插入“-”插孔)。

三、二極管的單向導電性

1.晶體二極管是由半導體材料制成的,它有兩個極,即正極和負極,它的符號如圖甲所示。

2.晶體二極管具有單向導電性(符號上的箭頭表示允許電流通過的方向)。當給二極管加正向電壓時,它的

電阻很小,電路導通,如圖乙所示;當給二極管加反向電壓時,它的電阻很大,電路截止,如圖丙所示。

3.將多用電表的選擇開關撥到歐姆擋,紅、黑表筆接到二極管的兩極上,當黑表筆接“正”極,紅表筆接

“負”極時,電阻示數較小,反之電阻示數很大,由此可判斷出二極管的正、負極。

四、練習使用多用電表

1.實驗步驟

(1)觀察:觀察多用電表的外形,認識選擇開關的測量項目及量程。

(2)機械調零:檢查多用電表的指針是否停在表盤刻度左端的零位置。若不指零,則可用小螺絲刀調節定位

螺絲,進行機械調零。

(3)將紅、黑表筆分別插入“+”、“-”插孔。

(4)測量小燈泡的電壓和電流。

①按如圖甲所示的電路圖連好電路,將多用電表選擇開關置于直流電壓擋,測小燈泡兩端的電壓。

②按如圖乙所示的電路圖連好電路,將選擇開關置于直流電流擋,測量通過小燈泡的電流。

(5)測量定值電阻

①根據被測電阻的估計阻值,選擇合適的擋位,把兩表筆短接,觀察指針是否指在歐姆表的“0”刻度,若不

指在歐姆表的“0”刻度,調節歐姆調零旋鈕,使指針指在歐姆表的“0”刻度處。

②將被測電阻接在兩表筆之間,待指針穩定后讀數。

③讀出指針在刻度盤上所指的數值,用讀數乘以所選擋位的倍率,即得測量結果。

④測量完畢,將選擇開關置于交流電壓最高擋或“OFF”擋。

2.多用電表使用注意事項

(1)表內電源正極接黑表筆,負極接紅表筆,但是紅表筆插入“+”插孔,黑表筆插入“-”插孔,注意電

流的實際方向應為“紅入”、“黑出”。

(2)區分“機械零點”與“歐姆零點”。機械零點是表盤刻度左側的“0”位置,調整的是表盤下邊中間的指針

定位螺絲;歐姆零點是指刻度盤右側的“0”位置,調整的是歐姆調零旋鈕。

(3)歐姆表讀數時注意乘以相應擋位的倍率。

(4)使用多用電表時,手不能接觸表筆的金屬桿。

(5)測量電阻時待測電阻要與其他元件和電源斷開,否則不但影響測量結果,甚至可能損壞電表。

(6)測電阻時每換一次擋必須重新歐姆調零。

3.多用電表對電路故障的檢測

(1)斷路故障的檢測方法

①用直流電壓擋

將電壓表與電源并聯,若電壓表示數不為零,說明電源良好,若電壓表示數為零,說明電源損壞。

②用直流電流擋

將電流表串聯在電路中,若電流表的示數為零,則說明與電流表串聯的部分電路斷路。

③用歐姆擋檢測

將各元件與電源斷開,然后接到紅、黑表筆間,若有阻值(或有電流)說明元件完好,若電阻無窮大(或無電

流)說明此元件斷路。

(2)短路故障的檢測方法

①將電壓表與電源并聯,若電壓表示數為零,說明電源被短路;若電壓表示數不為零,則外電路的部分電

路不被短路或不完全被短路。

②用電流表檢測,若串聯在電路中的電流表示數不為零,故障應是短路。

04題型精講

【題型一】電路故障及黑箱問題

【典型例題1】某同學將一量程為250μA的微安表改裝成

量程為1.5V的電壓表。先將電阻箱R1與該微安表串聯進行改裝,然后選用合適的電源E、滑動變阻器R2、

定值電阻R3、開關S和標準電壓表對改裝后的電表進行檢測,設計電路如圖所示。

(1)微安表銘牌標示內阻為0.8kΩ,據此計算R1的阻值應為__________kΩ。按照電路圖連接電路,并將R1

調為該阻值。

(2)開關閉合前,R2的滑片應移動到__________端。

(3)開關閉合后,調節R2的滑片位置,微安表有示數,但變化不顯著,故障原因可能是__________。(填選項

前的字母)

A.1、2間斷路B.3、4間斷路C.3、5間短路

(4)排除故障后,調節R2的滑片位置,當標準電壓表的示數為0.60V時,微安表的示數為98μA,此時需要

__________(填“增大”或“減小”)R1的阻值,以使改裝電表的量程達到預期值。

-6

解析:(1)微安表的內阻Rg=0.8kΩ,滿偏電流Ig=250μA=250×10A,串聯R1后改裝為U=1.5V的電

U1.5

壓表,所以滿足Ig(Rg+R1)=U,代入數據解得R1=-Rg=Ω-0.8kΩ=6kΩ-0.8kΩ=5.2kΩ。

-6

Ig250×10

(2)開關閉合前,將滑動變阻器R2的滑片移動到2端,這樣測量電路部分的分壓為0,保護電表。

(3)開關閉合后,調節滑動變阻器R2,電表示數變化不明顯,說明分壓電路未起作用,可能是1、2之間斷路

或者3、5間短路,整個電路變為限流線路,滑動變阻器的阻值遠小于檢測電表的電路部分的電阻,所以微

安表示數變化不明顯;若是3、4間斷路,電路斷開,微安表無示數。故A、C正確。

0.60V0.60V

(4)標準電壓表的示數為0.60V,若改裝電壓表也為0.60V,此時微安表的示數為I===100μA,

Rg+R16kΩ

但此時微安表示數為98μA,說明R1的阻值偏大,所以應該減小R1的阻值。

答案:(1)5.2(2)2(3)AC(4)減小

【典型例題2】如圖甲所示為某黑箱面板上的三個接線柱,黑箱里可能有直流電源、電阻、二極管、電容器

等元件,但任兩個接線柱間最多只連接有一個元件。

(1)某同學要用多用電表探測黑箱,探測的第一步應該是__________。

A.用多用電表的電阻擋測量任意兩接線柱間的電阻

B.用多用電表的電壓擋測量任意兩接線柱間的輸出電壓

C.用多用電表的電流擋測量任意兩接線柱間的輸出電流

(2)探測結果表明,黑箱里沒有電源,并測得任兩個接線柱間的電阻如下表所示:

紅表筆ABACBC

黑表筆BACACB

測得阻值/Ω20020011.2k27011k70

由此可以判斷,黑箱里的元件一定有____________,用電路元件符號在圖甲所示線框內畫出黑箱中的電路

連接。

(3)多用電表的表盤如圖乙所示,在上面探測A、C兩接線柱間電阻時,紅表筆接A接線柱,黑表筆接C接

線柱,這時電流從________(填“A”或“C”)接線柱流進黑箱;為了使這時測量電阻讀數盡可能減小誤差,測電

阻的擋位選擇的應是______(填“×1k”“×100”或“×10”)。

[創新點分析]根據不同元件的特性判斷黑箱內的元件及其連接方式。

解析:(1)因黑盒子內部可能有電源,則不能先用多用電表的歐姆擋測量,可先用電壓擋判斷內部是否有電

源,故選B。

(2)根據題表中的測量值可以斷定:A、B間肯定有電阻,B、C之間肯定有二極管,A、C間肯定有電阻和二

極管的串聯,電路連接如圖:

(3)在上面探測A、C兩接線柱間電阻時,紅表筆接A接線柱,黑表筆接C接線柱,這時電流從C接線柱流

進黑箱;為了使這時測量電阻讀數盡可能減小誤差,指針應指在中值附近,測電阻的擋位選擇的應是“×1

k”。

答案:(1)B(2)電阻、二極管電路連接見解析(3)C×1k

【對點訓練1】某實驗小組在練習使用多用電表時,他們正確連接好電路如圖甲所示.閉合開關S后,發現

無論如何調節電阻箱R0,燈泡都不亮,電流表無示數,他們判斷電路可能出現故障.經小組討論后,他們

嘗試用多用電表的歐姆擋來檢測電路.已知保護電阻R=15Ω,電流表量程為0~50mA.操作步驟如下:

①將多用電表擋位調到歐姆×1擋,再將紅、黑表筆短接,進行歐姆調零;

②斷開圖甲電路開關S,將多用電表兩表筆分別接在a、c上,多用電表的指針不偏轉;

③將多用電表兩表筆分別接在b、c上,多用電表的示數如圖乙所示;

④將多用電表兩表筆分別接在c、e上,調節R0=20Ω時,多用電表示數如圖丙所示,電流表的示數如圖丁

所示.

回答下列問題:

(1)圖丙中的多用電表示數為________Ω;圖丁中的電流表示數為________mA.

(2)操作步驟④中,多用電表紅表筆應接________(選填“c”或“e”)點.

(3)電路的故障可能是________.

A.燈泡短路

B.燈泡斷路

C.保護電阻R短路

D.保護電阻R斷路

(4)根據以上實驗得出的數據,還可以計算出多用電表內部電源的電動勢E′=________V(結果保留三位有

效數字).

答案(1)2438.0(2)e(3)B(4)1.48

解析(1)歐姆表的示數為24×1Ω=24Ω,電流表的最小分度是1mA,需估讀到0.1mA,所以題圖丁中的

電流表示數為38.0mA.

(2)根據電流必須從電流表的正接線柱流入,電流從歐姆表的紅表筆流入,黑表筆流出,電路中電流經過電

流表的方向為d→e,則操作步驟④中,多用電表黑表筆應接c點,紅表筆應接e點.

(3)將多用電表兩表筆分別接在a、c上,多用電表的指針不偏轉,說明a、c間有斷路.將多用電表兩表筆

分別接在b、c上,多用電表的示數不為零,所以電路的故障是燈泡斷路.

(4)操作步驟③中多用電表指針正好指在中間刻度,根據歐姆表的中值電阻等于其內阻,知歐姆表的內阻為R

E′

歐=15Ω.根據閉合電路歐姆定律得I=,又R0+RmA=24Ω,故E′=I(R0+RmA+R歐)=38.0×10

R0+RmA+R歐

-3×(24+15)V≈1.48V.

【對點訓練2】某同學利用多用電表的歐姆擋進行實驗研究。歐姆擋所用電池的電動勢為9V,刻度盤中央

刻度值為“15”,選擇旋鈕打在“×1k”擋。

(1)該同學用歐姆擋測量某一量程為15V的電壓表內阻。

①指針指在圖甲所示位置,此測量值為________Ω;查閱資料發現該電壓表內阻真實值為15kΩ,測量值與

真實值偏差較大,可能原因是該同學未進行歐姆調零就直接測量,若此時把兩表筆短接,則指針應指在歐

姆擋零刻度線的______側(選填“左”或“右”)。

②進行歐姆調零后再測量,多用電表指針恰好指在“15”刻度線,此時電壓表示數為________V(結果保留2

位有效數字)。

(2)該同學接著用歐姆擋探測只有一個元件的黑箱,如圖乙所示,當兩表筆接觸黑箱接線柱a、b時,發現電

表指針快速擺向右邊后再擺回最左邊刻度線,則該元件可能是________。

A.電阻B.電感線圈

C.電容器D.二極管

答案(1)①25k左②4.5(2)C

解析(1)①指針指在圖甲所示位置,此測量值為25kΩ;查閱資料發現該電壓表內阻真實值為15kΩ,測量

值與真實值偏差較大,可能原因是該同學未進行歐姆調零就直接測量,若此時把兩表筆短接,則指針應指

在歐姆擋零刻度線的左側。

②進行歐姆調零后再測量,多用電表指針恰好指在“15”刻度線,即電壓表的內阻等于歐姆表的中值電阻,即

電壓表的內阻等于歐姆表的內阻,則此時電壓表示數為歐姆表內電源電動勢的一半,即4.5V。

(2)當兩表筆接觸黑箱接線柱a、b時,發現電表指針快速擺向右邊后再擺回最左邊刻度線,即電路接通后電

流又逐漸變為零,則該元件可能是電容器,電路接通后先充電,充電結束后電路中電流為零,故C正確。

【題型二】電表改裝及歐姆檔原理

【典型例題3】圖(a)為某同學組裝完成的簡易多用電表的電路圖.圖中E是電池;R1、R2、R3、R4和R5是

固定電阻,R6是可變電阻;表頭的滿偏電流為250μA,內阻為480Ω.虛線方框內為換擋開關,A端和B

端分別與兩表筆相連.該多用電表有5個擋位,5個擋位為:直流電壓1V擋和5V擋,直流電流1mA擋

和2.5mA擋,歐姆×100Ω擋.

(1)圖(a)中的A端與________(填“紅”或“黑”)色表筆相連接.

(2)關于R6的使用,下列說法正確的是________(填正確答案標號).

A.在使用多用電表之前,調整R6使電表指針指在表盤左端電流“0”位置

B.使用歐姆擋時,先將兩表筆短接,調整R6使電表指針指在表盤右端電阻“0”位置

C.使用電流擋時,調整R6使電表指針盡可能指在表盤右端電流最大位置

(3)根據題給條件可得R1+R2=________Ω,R4=________Ω.

(4)某次測量時該多用電表指針位置如圖(b)所示.若此時B端是與“1”相連的,則多用電表讀數為

__________;若此時B端是與“3”相連的,則讀數為________;若此時B端是與“5”相連的,則讀數為

____________.(結果均保留3位有效數字)

答案(1)黑(2)B(3)160880(4)1.47mA1.10kΩ2.94V

解析(1)當B端與“3”連接時,內部電源與外部電路形成閉合回路,電流從A端流出,故A端與黑色表

筆相連接.

(2)在使用多用電表之前,調整表頭指針定位螺絲使電表指針指在表盤左端電流“0”位置,選項A錯誤;使

用歐姆擋時,先將兩表筆短接,調整R6使電表指針指在表盤右端電阻“0”位置,選項B正確;使用電流

擋時,電阻R6不在閉合電路中,調節無效,選項C錯誤.

(3)根據題給條件可知,當B端與“2”連接時,表頭與R1、R2組成的串聯電路并聯,此時為量程1mA的電

Rg1-0.253

流擋,由并聯電路兩支路電流與電阻成反比知,==,解得R1+R2=160Ω.

R1+R20.251

當B端與“4”連接時,表頭與R1、R2組成的串聯電路并聯后再與R4串聯,此時為量程1V的電壓擋,表

頭與R1、R2組成的串聯電路并聯后的總電阻為120Ω,兩端電壓為0.12V,則R4兩端電壓為0.88V,由串

聯電路中電壓與電阻成正比知:R4電阻為880Ω.

(4)若此時B端是與“1”連接的,多用電表作為直流電流表使用,量程為2.5mA,讀數為1.47mA.

若此時B端是與“3”連接的,多用電表作為歐姆表使用,讀數為11×100Ω=1.10kΩ.

若此時B端是與“5”連接的,多用電表作為直流電壓表使用,量程為5V,讀數為2.94V.

【典型例題4】如圖甲為某探究小組自制多用電表的電路圖,圖乙為相應的實物圖。其中電流表G量程為

1mA,內阻為18Ω,R0=2Ω。滑動變阻器R1的最大阻值為2000Ω,電源電動勢E=1.5V,內阻不計。

(1)將圖乙中未連接的實物圖補充完整。

(2)圖甲中,當開關S1閉合,單刀雙擲開關S2接“1”時,可作為量程為__________mA的電流表。

(3)圖甲中,將開關S2接“2”端時,為歐姆表。若開關S1斷開,歐姆調零后R1的阻值為________Ω;若開關

S1斷開時,倍率為“×10”擋,則開關S1閉合時,倍率為________(填“×1”或“×100”)擋。

答案(1)見解析圖(2)10(3)1482×1

解析(1)補充完整的實物圖如圖所示。

(2)當開關S1閉合,單刀雙擲開關S2接“1”時,流過電流表G的最大電流為1mA,由于電流表的內阻為18

Ω,R0=2Ω,此時流過R0的電流為9mA,故此時可作為量程為10mA的電流表。

E3

(3)歐姆調零時,電流表滿偏,故歐姆表的內阻為R總==1.5×10Ω

Ig

由于電流表的內阻為18Ω,歐姆調零后R1的阻值為1482Ω。開關S1斷開時,歐姆表內部阻值為1500Ω,

E2

即中值電阻為1500Ω,倍率為“×10”擋。則當開關S1閉合時,歐姆表內部的阻值為R總′==1.5×10Ω

Ig′

即中值電阻為150Ω,所以倍率為“×1”擋。

【對點訓練3】如圖為簡易多用電表的電路圖。該多用電表有5個擋位,5個擋位中有:直流電壓1V擋和

5V擋,直流電流3mA擋和6mA擋,歐姆擋。

圖中E是直流電源;R1、R2、R3、R4和R5是定值電阻,R6是可變電阻,最大值為2kΩ;表頭G的滿偏電流

為2mA,內阻為20Ω,虛線方框內為換擋開關。A端和B端分別與兩表筆相連;

(1)圖中的A端與________(填“紅”或“黑”)表筆相連接;

(2)要想使用直流電壓1V擋,選擇開關B應與______相連(填選擇開關對應的數字);

(3)關于R6的使用,下列說法正確的是________(填正確答案標號);

A.在使用多用電表之前,調整R6使電表指針指在表盤左端電流“0”位置

B.使用歐姆擋時,先將兩表筆短接,調整R6使電表指針指在表盤右端電阻“0”位置

C.使用電流擋時,調整R6使電表指針盡可能指在表盤右端電流最大位置

(4)根據題給條件可得R1=________Ω,

R2=________Ω。

答案(1)紅(2)4(3)B(4)2020

解析(1)根據“紅進黑出”,圖中的A端與紅表筆相連接。

(2)直流電壓1V擋要用表頭與較小的電阻串聯,則選擇開關B應與“4”相連。

(3)R6是歐姆擋的調零電阻,使用歐姆擋時,先將兩表筆短接,調整R6使電表指針指在表盤右端電阻“0”位

置,故B正確,A、C錯誤。

(4)直流電流分別為3mA和6mA擋,由圖可知,接“1”時為6mA擋,接“2”時為3mA擋,設I1=6mA,I2

=3mA

由歐姆定律可得(I1-Ig)R1=Ig(R2+Rg)

IgRg=(I2-Ig)(R2+R1)

解得R1=20Ω,R2=20Ω。

【對點訓練4】某實驗小組使用多用電表測量電學中的物理量,并探究歐姆表的原理。

(1)某次測量時,多用電表表盤指針指在如圖甲所示的位置,下列說法錯誤的是。

A.若該讀數是選用歐姆擋“100”倍率得到的,應該更換“10”倍率,歐姆調零后再次進行測量

B.多用電表的欣姆擋是靠內部電源提供電流的.若選用“10”倍率測量電阻,則歐姆表內阻約為20

C.測直流電流時,應讓紅表筆接外電路的正極,黑表筆接外電路的負極

(2)該小組進一步探究歐姆表的原理,設計了如圖乙所示的電路,通過調節開關S,可使歐姆表具有“1”

和“10”的兩種倍率,可用器材如下:

A.干電池(電動勢E1.5V,內阻不計);

B.電流表G(滿偏電流Ig1mA,內阻Rg90);

C.定值電阻R0(阻值為5.0);

.滑動變阻器(最大阻值為);

DR1150

E.定值電阻R2(阻值為1.0)、R3;

F.開關一個紅、黑表筆各一支,導線若干.

①表筆B是______(填“紅或“黑”)表筆;

②虛線框內是雙量程電流表,已知當S接a時,對應電流表量程是0~0.1A,那么定值電阻R3______;

③當開關S撥向________(填“a”或“b”)時,歐姆表的倍率是“10”,歐姆調零后,歐姆表內阻為

______。

【答案】(1)B(2)①.黑②.9③.b④.150

【解析】【小問1詳解】

A.歐姆表的讀數等于倍率乘指針示數,該圖指針所示位置電阻讀數偏小,說明倍率選大了,應該改用“10”

的倍率,歐姆調零后再次進行測量,故A正確;

B.多用電表作歐姆表使用時,是靠內部電源提供電流,中值刻度對應的電阻就等于這個倍率下歐姆表的內

阻,若選用的是“×10”的倍率測電阻,則歐姆表內阻約為150Ω,故B錯誤;

C.測直流電流時,應該讓電流從紅表筆流進,從黑表筆流出,以保證表盤指針能夠正偏,故必須讓紅表筆

接外電路的正極,黑表筆接外電路負極,故C正確。

本題選錯誤的,故選B。

【小問2詳解】

①[1]電流從紅表筆流進,黑表筆流出,由圖可知,表筆B是黑表筆;

②[2]當S接a時,對應電流表量程是0~0.1A,則有

IgR3RgIIgR2

解得

R39Ω

③[3][4]當S接a時,對應電流表量程是0-0.1A,則歐姆表內阻為

E

R內15Ω

aI

當S接b時,設滿偏電流為I',根據并聯電路分流特點有

RI'I

gg

R2R3Ig

解得

I'0.01A

可知,當S接b時,歐姆表的倍率是“×10”。

則歐姆表內阻為

E

R'150Ω

I'

【題型三】電阻的測量及檢測二極管

【典型例題5】某科學探究小組在參加廢水處理廠的社會實踐活動后,準備測定廢水的電阻率。該小組用透

明塑料板自制了一個長方體容器,在容器左、右內側面緊貼金屬銅薄板(板的厚度和電阻的影響可忽略不計),

銅薄板上端分別帶有接線柱M、N,在容器外側垂直底面粘一透明刻度尺,其0刻度與容器內底面對齊,如

圖所示。容器內底面長、寬分別為a、b。

(1)廢水注滿容器后,將多用電表選擇開關撥到歐姆擋“×100”擋位,正確使用多用電表,測得廢水的電阻

如圖所示,則廢水的電阻約為________Ω。

(2)為更精確地測量所取廢水的電阻率,該小組采用如下實驗器材設計實驗。

A.直流電源E(電動勢E約4.5V,內阻r0約0.1Ω);

B.電流表A1(量程0~3mA,內阻r1=100Ω);

C.電流表A2(量程0~5mA,內阻r2約40Ω);

D.電阻箱R1(0~999.9Ω)

E.滑動變阻器R2(阻值范圍0~50Ω,允許通過的最大電流2.0A)

F.開關S一個,導線若干。

請從下圖中選出最合理的實驗電路圖______。

(3)根據合理的實驗電路圖正確連接實驗電路后,調節電阻箱阻值使R1=900Ω,該實驗小組完成以下操作步

驟:

①倒出適量廢水,測出并記錄廢水深度,然后閉合開關S,調節滑動變阻器R2,分別記錄電流表A1的讀數

和電流表A2的讀數;

②斷開開關S,再倒出適量廢水,測出并記錄廢水深度,然后閉合開關S,調節滑動變阻器R2,使電流表

A1的讀數與步驟①中電流表A1的讀數相同,記錄電流表A2的讀數;

③重復第②步操作多次,記錄每次測量中的廢水深度h和電流表A2的讀數I,并描點作出I-h圖像如圖所

示。

④圖中直線的縱截距為I0,斜率為k,則該容器內廢水電阻率的表達式為ρ=________。

(用題中所給物理量的符號I0、k、a、b、r1、R1表示)

I0(r1+R1)b

答案(1)1600或1.6×103(2)C(3)

ka

解析(1)由圖可知歐姆表讀數為Rx=16.0×100Ω=1600Ω。

(2)因為待測電阻的阻值遠大于滑動變阻器的阻值,滑動變阻器采用限流式接法起不到調節作用,故應選用

4.5

分壓電路;回路中的最大電流為A=2.8mA,故電流表應選C,因為沒有電壓表,所以用內阻已知的

1600

B與電阻箱改裝電壓表,電壓表內阻已知,故采用外接法,故最合理的實驗電路圖為C。

I1(r1+R1)

(3)根據圖示電路圖,由歐姆定律可知,廢水的電阻R=

I-I1

a

廢水電阻R=ρ

bh

I1(r1+R1)b

整理得I=h+I1

ρa

由圖示I-h圖像可知,縱軸截距I0=I1

I1(r1+R1)b

圖像的斜率k=

ρa

I0b(r1+R1)

解得,廢水的電阻率ρ=。

ak

【典型例題6】在“練習使用多用電表”的實驗中:

(1)在測量小燈泡的電阻時,紅表筆接觸點的電勢比黑表筆接觸點的電勢________。(填“高”或“低”)

(2)某同學把選擇開關打到“×1”擋,轉動歐姆調零旋鈕,發現無法調零,則他應________。

A.用力轉動歐姆調零旋鈕

B.先用螺絲刀轉動指針定位螺絲機械調零

C.更換多用電表的電池

D.作報廢處理,換新的多用電表

(3)在用多用電表進行測量時,指針的位置如圖所示,若多用電表的選擇開關處在以下表格中所指的擋位,

請寫出對應指針讀數。

所選擇的擋位指針讀數

直流電壓10V

電阻“×10”擋

(4)小徐同學要進行二極管正反向電阻測量實驗,他可選用以下器件中的________。(填字母)

解析:(1)歐姆表的紅表筆與其內置電源的負極相連接,黑表筆與歐姆表內置電源正極相連接,在測量小燈

泡的電阻時,紅表筆接觸點的電勢比黑表筆接觸點的電勢低。

(2)把選擇開關打到“×1”擋,轉動歐姆調零旋鈕,無法調零,可能是多用電表沒有進行機械調零造成的,

他可以先用螺絲刀轉動指針定位螺絲進行機械調零,然后再進行歐姆調零,故選B。

(3)多用電表選擇直流電壓10V擋,由圖示可知,其分度值為0.2V,示數為3.6V;選擇開關置于電阻“×10”

擋,由圖示表盤可知,其示數為26×10Ω=260Ω。

(4)由圖示可知,A是電容器,C是電阻,B、D是二極管,因此可以選擇B、D進行實驗。

答案:(1)低(2)B(3)3.6V260Ω(4)BD

【對點訓練5】在“測量金屬絲的電阻率”實驗中,某同學用電流表和電壓表測量一金屬絲的電阻。

(1)該同學先用歐姆表“×1”擋粗測該金屬絲的電阻,示數如圖1所示,對應的讀數是________Ω。

(2)除電源(電動勢3.0V,內阻不計)、電壓表(量程0~3V,內阻約3kΩ)、開關、導線若干外,還提供如下

實驗器材:

A.電流表(量程0~0.6A,內阻約0.1Ω)

B.電流表(量程0~3.0A,內阻約0.02Ω)

C.滑動變阻器(最大阻值10Ω,額定電流2A)

D.滑動變阻器(最大阻值1kΩ,額定電流0.5A)

為了調節方便、測量準確,實驗中電流表應選用______,滑動變阻器應選用________(選填實驗器材前對應

的字母)。

(3)該同學測量金屬絲兩端的電壓U和通過金屬絲的電流I,得到多組數據,并在坐標圖上標出,如圖2所

示。請作出該金屬絲的U-I圖線。根據圖線得出該金屬絲電阻R=________Ω(結果保留小數點后兩位)。

(4)用電流傳感器測量通過定值電阻的電流,電流隨時間變化的圖線如圖3所示。將定值電阻替換為小燈泡,

電流隨時間變化的圖線如圖4所示,請分析說明小燈泡的電流為什么隨時間呈現這樣的變化。

解析:(1)將選擇開關調節到“×1”擋,由圖1可知,金屬絲的電阻Rx=6×1Ω=6Ω。

E3

(2)由題知,電源電動勢為3V,則回路中的最大電流約為Imax==A=0.5A,故電流表選A;為了調節

Rx6

方便、測量準確,滑動變阻器要選最大阻值小的,故選C。

(3)將描出的點用直線連接,即可得U-I圖線,如圖所示:

ΔU2.6V-1.75V

取點(0.3A,1.75V)和點(0.45A,2.6V),則R==≈5.67Ω。

ΔI0.45A-0.3A

(4)剛閉合開關時,燈絲溫度較低,電阻較小,電流較大;隨著燈絲溫度升高,電阻逐漸增大,電流逐漸減

小;當燈絲發熱與散熱平衡時,溫度不變,電阻不變,電流保持不變。

答案:(1)6(2)AC(3)見解析圖5.67(4)見解析

【對點訓練6】某同學用多用電表測量二極管的反向電阻。完成下列測量步驟:

(1)檢查多用電表的機械零點。

(2)將紅、黑表筆分別插入正、負表筆插孔,將選擇開關撥至電阻測量擋適當的量程處。

(3)將紅、黑表筆________,進行歐姆調零。

(4)測反向電阻時,將______表筆接二極管正極,將______表筆接二極管負極,讀出電表示數。

(5)為了得到準確的測量結果,應讓電表指針盡量指向表盤________(填“左側”“右側”或“中央”);否則,

在可能的條件下,應重新選擇量程,并重復(3)、(4)。

(6)測量完成后,將選擇開關撥向__________位置。

[創新點分析]

(1)二極管具有單向導電性,正向導通時紅表筆應接二極管的負極。

(2)應用多用電表歐姆擋測量二極管的電阻時,表針應指在表盤中央附近。

解析:(3)將紅、黑表筆短接,進行歐姆調零。(4)測反向電阻時,將紅表筆接二極管正極,將黑表筆接二極

管負極,讀出電表示數。(5)為了得到準確的測量結果,應讓電表指針盡量指向表盤中央。(6)測量完成后,

將選擇開關拔向“OFF”或交流電壓最高擋位置。

答案:(3)短接(4)紅黑(5)中央(6)“OFF”或交流電壓最高擋

05強化訓練

01

【基礎強化】

1.物理興趣小組利用以下器材測量待測電阻Rx的阻值。

待測電阻Rx;

多用電表;

電源E,電動勢約為6.0V,內阻可忽略不計;

電流表A1,量程為0~50mA,內阻r150;

電流表A2,量程為0~150mA,內阻r2約為10;

定值電阻R1450;

定值電阻R270;

滑動變阻器R0,最大阻值為20;

開關S,導線若干。

(1)小明用多用表的“1”歐姆檔粗測待測電阻Rx的阻值,指針所在位置如圖a所示,其示數為

__________.

(2)為了準確測量,小華用上述器材設計了圖b所示的實驗電路,其中甲表應為__________,乙表應為

__________,定值電阻應為__________.(均填器材符號)

(3)小華按正確的電路進行實驗,甲、乙兩表的示數分別為I甲、I乙,則Rx__________(用所給的符號

表示)

R2r1I甲

【答案】①.60②.A1③.A2④.R2⑤.

I乙I甲

【解析】(1)[1]多用表的“1”歐姆檔粗測待測電阻Rx的阻值,指針指向“60”刻度,則電阻為60

(2)[2][3]根據電路結構可知甲表與電阻R串聯,改裝成電壓表,所以甲表為A1,乙表串聯在電路中測

量電流,應為A2;

[4]電流表A1的滿偏電壓為

UIr=25V

111.

設電壓表量程擴大n倍,根據電壓表的改裝原理可知

nI1r1I1r1

R(n1)r1

I1

根據電源電動勢約為6V可知選擇R2即可。

(3)[5]根據歐姆定律可知

(I乙I甲)RxR2r1I甲

解得

R2r1I甲

Rx

I乙I甲

2.某實驗小組使用多用電表和螺旋測微器測量一長度為80.00cm電阻絲的電阻率,該電阻絲的電阻值約為

100~200Ω,材料未知。實驗過程如下:

(1)用螺旋測微器測量該電阻絲的直徑,示數如圖(a)所示。該電阻絲的直徑為________mm。

(2)對多用電表進行機械調零。

(3)將多用電表的選擇開關旋至________倍率的電阻擋(填“×1”“×10”“×100”或“×1k”)。

(4)將黑、紅表筆短接,調節歐姆調零旋鈕,使指針指在電阻擋零刻度線。

(5)將黑、紅表筆并接在待測電阻絲兩端,多用電表的示數如圖(b)所示。該電阻絲的電阻值為________Ω。

(6)測量完成之后,將表筆從插孔拔出,并將選擇開關旋到“OFF”位置。

(7)實驗測得的該電阻絲電阻率為________Ω·m(結果保留3位有效數字)。

解析:(1)該電阻絲的直徑為d=1mm+41.4×0.01mm=1.414mm。

(3)使用多用電表歐姆擋測電阻時,為了減小誤差,應盡可能使指針偏轉至刻度盤中央附近,由于該電阻絲

的阻值在100~200Ω,而表盤中央刻度在15~20左右,所以應選擇×10倍率的電阻擋。

(5)15~20之間的分度值為1,要估讀1位,所以該電阻絲的電阻值為R=16.0×10Ω=160.0Ω。

2

l4lπdR-

(7)根據電阻定律有R=ρ=ρ,解得該電阻絲的電阻率為ρ=≈3.14×104Ω·m。

Sπd24l

答案:(1)1.414(3)×10(5)160.0

(7)3.14×10-4

3.錢華同學的爸爸是電氣工程師,錢華經常看到爸爸用多用電表進行一些測量.錢華在高中物理課堂上學習

了多用電表的用法之后,爸爸給他出了一道題目,讓他通過測量找到發光二極管的負極.

(1)錢華同學做了如下兩步具體的操作:第一,將多用電表選擇開關旋轉到電阻擋的“×1”擋,經過________

之后,他把紅表筆接在二極管的短管腳上,把黑表筆接在二極管的長管腳上,發現二極管發出了耀眼的白

光;然后他將兩表筆的位置互換以后,發現二極管不發光.這說明二極管的負極是______(選填“長管腳”

或“短管腳”)所連接的一極.

(2)錢華同學的好奇心一下子就被激發起來了,他琢磨了一下,然后又依次用多用電表電阻擋的“×1”擋、

“×10”擋、“×100”擋、“×1k”擋分別進行了二極管導通狀態的準確的測量(多用電表內部電源電動勢

不變),他發現二極管發光的亮度越來越________(選填“大”或“小”),請幫助他分析一下具體的原因:

_________________________________

________________________________________________________________________.

答案(1)歐姆調零短管腳(2)小原因見解析

解析(1)在測量電阻時,選擇擋位后首先要進行歐姆調零;二極管發光時處于正向導通狀態,因為黑表筆

所接的長管腳為二極管的正極,故短管腳為負極.

(2)從“×1”擋、“×10”擋、“×100”擋到“×1k”擋,多用電表的內阻越來越大,根據閉合電路歐姆

E

定律I=可知,通過二極管的電流越來越小,根據P=I2R可知二極管的亮度越來越小.

R+RΩ

4.在如圖甲所示的電路中,四節干電池串聯,小燈泡A、B的規格均為“3.8V0.3A”.合上開關S后,

無論怎樣移動滑片,A、B燈都不亮.

(1)用多用電表的直流電壓擋檢查故障:

①選擇開關置于下列量程的________擋較為合適;(用字母序號表示)

A.2.5VB.10VC.50VD.250V

②測得c、d間電壓約為5.8V,e、f間電壓為0,則故障是________.

A.A燈絲斷開B.B燈絲斷開

C.d、e間連線斷開D.B燈短路

(2)接著用歐姆表的“×1”擋測電阻,歐姆表經過“歐姆調零”,

①測試前,一定要將電路中的開關S________;

②測c、d間和e、f間電阻時,某次測量結果如圖乙所示,讀數為________Ω,此時測量的是________間電

阻,根據小燈泡的規格計算出的電阻為________Ω,它不等于測量值,原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________.

答案(1)①B②A(2)①斷開②6e、f

12.7溫度高時燈絲電阻率大,計算出的電阻是燈絲溫度高時的電阻(或測量出的電阻是常溫下燈絲的電阻)

解析(1)①因為電源的電動勢大約為6V,要使電壓擋選擇的量程安全以及準確,則選擇開關應選擇10V

的量程,故B正確;②測得c、d間電壓約為5.8V,接近電源電動勢,e、f間電壓為0,可知燈泡A斷路,

故A正確.

(2)①用歐姆表測量電阻時,開關應斷開,使得待測電阻與電源不相連.②歐姆表的讀數為6×1Ω=6Ω,因

U3.8

為c、d間斷路,知測量的是e、f間的電阻.根據R=得,小燈泡正常發光時的電阻為R=Ω≈12.7Ω.

I0.3

它不等于測量值,原因是溫度高時燈絲電阻率大,計算出的電阻是燈絲溫度高時的電阻(或測量出的電阻是

常溫下燈絲的電阻).

5.某同學欲將內阻為98.5Ω、量程為100μA的電流表改裝成歐姆表并進行刻度和校準,要求改裝后歐姆表

的15kΩ刻度正好對應電流表表盤的50μA刻度.可選用的器材還有:定值電阻R0(阻值14kΩ),滑動變阻

器R1(最大阻值1500Ω),滑動變阻器R2(最大阻值500Ω),電阻箱(0~99999.9Ω),干電池(E=1.5V,r=

1.5Ω),紅、黑表筆和導線若干.

(1)歐姆表設計

將圖(a)中的實物連線組成歐姆表.歐姆表改裝好后,滑動變阻器R接入電路的電阻應為________Ω;滑動

變阻器選________(填“R1”或“R2”).

(2)刻度歐姆表表盤

通過計算,對整個表盤進行電阻刻度,如圖(b)所示.表盤上a、b處的電流刻度分別為25和75,則a、b

處的電阻刻度分別為________、________.

(3)校準

紅、黑表筆短接,調節滑動變阻器,使歐姆表指針指向________kΩ處;將紅、黑表筆與電阻箱連接,記錄

多組電阻箱接入電路的電阻值及歐姆表上對應的測量值,完成校準數據測量.若校準某刻度時,電阻箱旋

鈕位置如圖(c)所示,則電阻箱接入的阻值為________Ω.

答案(1)如圖所示900R1

(2)455(3)035000.0

Ig

解析(1)由題知當兩表筆間接入15kΩ的電阻時,電流表示數為50μA,由閉合電路歐姆定律有=

2

E

,代入數據解得R=900Ω,所以滑動變阻器選擇R1.

Rg+r+Rx+R0+R

IgE

(2)歐姆表的內阻Rg′=Rg+r+R0+R=15kΩ,當電流為25μA時,有=,可得Rx′=45kΩ;

4Rg′+Rx′

3IgE

當電流為75μA時,有=,可得Rx″=5kΩ.

4Rg′+Rx″

(3)紅、黑表筆短接,調節滑動變阻器,使歐姆表指針指向0kΩ處.題圖中電阻箱讀數為35000.0Ω.

6.某實驗小組做“測量一均勻新材料制成的圓柱體的電阻率”實驗。

先用螺旋測微器測其直徑,如圖甲所示,其直徑為__________mm;再用游標卡尺測其長度,如圖乙所示,

其長度為________cm;最后用多用表粗測其電阻,如圖丙所示,其電阻為__________Ω。

答案1.845(1.843~1.847均可)4.2256

解析螺旋測微器測其直徑為1.5mm+34.5×0.01mm=1.845mm;游標卡尺測長度為42mm+5×0.05mm

=42.25mm=4.225cm;多用電表測其電阻R=6×1Ω=6Ω。

【素養提升】

7.某學習小組在練習使用多用電表的同時,對多用電表進行了探究(以下問題中均使用同一多用電表)。

(1)該學習小組先使用多用電表測量電壓,若選擇開關處在“10V”擋位,指針的位置如圖1所示,則測量結

果為________V。

(2)然后學習小組對多用電表進行了探究,將多用電表選擇開關旋至某倍率歐姆擋,測未知電阻值的電路如

圖2所示,通過查找資料,了解到表頭G的滿偏電流為10mA,并通過測量作出了電路中電流I與待測電

阻阻值Rx關系圖像如圖3所示,由此可確定電池的電動勢E=________V,該圖像的函數關系式為

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