實驗十四用多用電表測量電學中的物理量一、實驗目的1.了解多用電表的構造和工作原理。2.會用多用電表測量電壓、電流。3.測量定值電阻和判斷二極管的正負極。4.會用多用電表進行簡單的電路故障分析。二、多用電表的原理與使用1.認識多用電表(1)多用電表可以用來測量電流、電壓、電阻等，并且每一種測量項目都有幾個量程。(2)外形如圖1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。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)。圖12.用多用電表測量小燈泡的電壓和電流按如圖2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。紅表筆接電勢高的點。圖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。此時電流從紅色表筆流入電表。3.用多用電表測定值電阻的阻值(1)原理電路圖I與Rx的對應關系相當于待測電阻Rx＝0，調節R使I＝Ig＝eq\f(E,Rg＋r＋R)，此時指針指在Ig處(RΩ＝Rg＋r＋R)相當于待測電阻Rx＝∞，此時I＝0，指針不偏轉待測電阻為Rx，I＝eq\f(E,RΩ＋Rx)，指針指到某確定位置，此時Rx＝eq\f(E,I)－RΩ刻度特點表頭電流滿偏Ig處，對應歐姆表零刻度(最右側)表頭電流I＝0處，對應歐姆表∞刻度(最左側)表頭電流I與電阻Rx一一對應，但不是線性關系，表盤刻度不均勻(2)注意：①黑表筆與電源的正極連接，紅表筆與電源的負極連接，電流方向為“紅進黑出”。②當多用電表指針指在中央時eq\f(Ig,2)＝eq\f(E,RΩ＋R中)，知中值電阻R中＝RΩ。(3)測量步驟①估測待測電阻阻值，選擇合適的量程。②歐姆調零。③將被測電阻接在紅、黑表筆之間。④讀數：指針示數乘以倍率。⑤使用完畢：選擇開關置于“OFF”擋，長期不用應取出電池。(4)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。4.用多用電表測二極管的正、反向電阻(1)認識二極管：晶體二極管由半導體材料制成，它的符號如圖3所示，左端為正極，右端為負極。圖3特點：當給二極管加正向電壓時電阻很小，當給二極管加反向電壓時電阻很大。(2)用歐姆擋判斷二極管的正、負極將多用電表歐姆擋調零之后，若多用電表指針偏角很大，則黑表筆接觸二極管的正極，紅表筆接觸二極管的負極(如圖4甲)；若多用電表指針偏角很小，則黑表筆接觸二極管的負極，紅表筆接觸二極管的正極(如圖乙)。圖45.探索黑箱內的電學元件判斷目的應用擋位現象電源電壓擋兩接線柱正、反接時均無示數，說明無電源電阻歐姆擋兩接線柱正、反接時示數相同二極管歐姆擋正接時示數很小，反接時示數很大考點一教材原型實驗角度多用電表的原理與讀數例1(2024·四川師范大學附屬中學模擬)某同學利用一個多用電表(表盤如圖5乙所示)測量一個內阻Rg約100Ω、滿偏電流Ig＝100mA的電流表的內阻，主要步驟如下：(1)歐姆擋的選擇開關撥至倍率________(填“×1”“×10”或“×100”)擋，先將紅、黑表筆短接調零后，將多用電表中“黑表筆”接到電流表________(填“A”或“B”)接線柱上，“紅表筆”接另一個接線柱。圖5(2)多用電表表盤中的指針和電流表表盤指針所指位置如圖乙、丙所示，該同學讀出歐姆表的讀數為________Ω，這時電流表的讀數為________mA。(3)測量結束后，將選擇開關撥到OFF擋。(4)通過進一步分析還可得到多用電表內部電池的電動勢為________V。答案(1)×10B(2)12040(4)10.8解析(1)當歐姆表的指針指在中間位置附近時，測量值較為準確，故選擇“×10”擋較好；多用電表的黑表筆與內部電源正極連接，與外電路形成閉合回路后，電流從黑表筆流出，紅表筆流進，而電流表接入電路要注意“＋”進“－”出，故黑表筆應接電流表的B接線柱上。(2)歐姆表讀數等于表盤刻度值×倍率，即歐姆表的讀數為120Ω；電流表的量程是0～100mA，分度值為2mA，則示數為40mA。(4)由題圖乙可知表盤中間刻度為15，又選擇倍率為“×10”擋，所以此時多用電表的中值電阻為150Ω，根據E＝I(R＋R中)得E＝40×10－3×(120＋150)V＝10.8V。角度多用電表的原理例2(2024·山東高三校聯考)某物理愛好者設計了一個三擋位(“×1”“×10”“×100”)的歐姆表，其內部結構如圖6所示，K為單刀三擲開關，R為調零電阻，R1、R2、R3為定值電阻，表頭G的滿偏電流為Ig，內阻為Rg，干電池的電動勢為E，內阻為r。用此歐姆表測量某待測電阻的阻值，回答下列問題：圖6(1)歐姆表的兩只表筆中，________(選填“a”或“b”)是紅表筆。(2)當歐姆表的擋位為“×100”時，應將單刀三擲開關K與________(選填“1”“2”或“3”)接通。(3)若從“×10”擋位換成“×1”擋位，再進行歐姆調零時，調零電阻R的滑片應該________(選填“向上”或“向下”)調節。(4)在“×100”擋位進行歐姆調零后，在ab兩表筆間接入阻值為6000Ω的定值電阻R1，穩定后表頭G的指針偏轉到滿偏刻度的eq\f(1,4)；取走R1，在ab兩表筆間接入待測電阻Rx，穩定后表頭G的指針偏轉到滿偏刻度的eq\f(1,3)，則Rx＝________Ω。答案(1)a(2)1(3)向下(4)4000解析(1)電流從紅表筆流進歐姆表，從黑表筆流出歐姆表，歐姆表紅表筆與內部電源負極相連，所以圖中a是紅表筆。(2)當開關K撥向1時，回路中滿偏電流小，歐姆表內阻大，中值電阻大，能夠接入待測電阻的阻值大，倍率較大，即為“×100”擋位。(3)從“×10”擋位換成“×1”擋位。即開關K從2撥向3，根據閉合電路歐姆定律有E＝Ig2(R調零2＋r)＋Ig(Rg＋R3)E＝Ig3(R調零3＋r)＋Ig(Rg＋R2＋R3)又Ig2<Ig3則R調零2>R調零3即調零電阻接入電路的阻值減小，因此滑片向下滑動。(4)在“×100”擋位進行歐姆調零，則Ig1＝eq\f(E,R內)在ab兩表筆間接入阻值為6000Ω的定值電阻R1，穩定后表頭G的指針偏轉到滿偏刻度的eq\f(1,4)，則eq\f(Ig1,4)＝eq\f(E,R內＋R1)在ab兩表筆間接入待測電阻Rx，穩定后表頭G的指針偏轉到滿偏刻度的eq\f(1,3)，則eq\f(Ig1,3)＝eq\f(E,R內＋Rx)聯立解得Rx＝eq\f(2,3)R1則有Rx＝4000Ω。角度使用多用電表判斷二極管的正、負極例3某同學通過用多用電表測量找到發光二極管的負極。(1)該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)該同學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，根據閉合電路歐姆定律I＝eq\f(E,R＋RΩ)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。角度用多用電表探測電路故障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，若有阻值說明元件完好，若電阻無窮大說明此元件斷路。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。例4在如圖7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，無論怎樣移動滑動變阻器的滑片，A、B燈都不亮。圖7圖8(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.2.5V B.10VC.50V D.250V②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8所示，讀數為________Ω，此時測量的是________間的電阻，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、f12.7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，則選擇開關應置于10V擋，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，因為c、d間斷路，所以此時測量的是e、f間的電阻。根據R＝eq\f(U,I)得，小燈泡正常發光時的電阻為R＝eq\f(3.8,0.3)Ω≈12.7Ω。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)。考點二創新拓展實驗例5如圖9所示，電學實驗室的“黑盒子”表面有A、B、C三個接線柱，盒內總共有兩個電學元件(一只定值電阻和一只半導體二極管)，每兩個接線柱之間最多連接一個元件。為了探明盒內元件的連接方式，小華同學用多用電表進行了如下探測：用多用電表歐姆擋進行測量，把紅、黑表筆分別與接線柱A、B、C連接，測量結果如表：紅表筆ACCBAB黑表筆CABCBA阻值有阻值阻值同AC測量值很大很小很大接近AC間電阻(Ⅰ)在圖10虛線框中畫出黑箱內的電路結構圖。(Ⅱ)小華為了精確測量黑箱內二極管的正向電阻值和定值電阻阻值，又進行了如下實驗：(1)如圖11所示，將電源(電動勢未知，內阻不計)、電阻箱、開關連接，將e與________(選填“A”或“B”)相連，f與________(選填“A”或“B”)相連，A、B之間再接入一個電壓表，閉合開關，改變電阻箱R的阻值大小，讀出多組對應的電壓表示數，記錄為U1。(2)將e、f按照正確方式與A、C相連，閉合開關，改變電阻箱R的阻值大小，讀出對應的電壓表示數，記錄為U2。(3)分別作出eq\f(1,U1)－R和eq\f(1,U2)－R圖像，發現兩圖線均為直線，若直線縱截距分別為a1、a2，斜率分別為k1、k2，則電源電動勢為________，黑箱內定值電阻阻值為________，二極管正向電阻值為________。答案(Ⅰ)見解析圖(Ⅱ)(1)BA(3)eq\f(1,a1)或eq\f(1,a2)eq\f(a2,k2)eq\f(a1,k1)－eq\f(a2,k2)解析(Ⅰ)AC與CA間電阻相同，說明AC間是定值電阻，在測量BC之間電阻時，黑表筆接C時電阻很小，接B時電阻很大，說明BC之間有二極管，而且C接二極管的正極，則電路如圖所示。(Ⅱ)(1)因為電流從A到B才能正向流過該二極管，且f與電源正極相連，故f接A，e接B。(3)e與B、f與A相連時，AB之間的電壓表測的是二極管和定值電阻的總電壓，設電源電動勢為E，二極管正向電阻為RD，定值電阻阻值為R0，則由題意得U1＝E×eq\f(R0＋RD,R＋R0＋RD)即eq\f(1,U1)＝eq\f(1,E（R0＋RD）)×R＋eq\f(1,E)故在eq\f(1,U1)－R關系圖像中，縱截距a1＝eq\f(1,E)斜率k1＝eq\f(1,E（R0＋RD）)故電源電動勢E＝eq\f(1,a1)同理可得U2＝E×eq\f(R0,R＋R0)即eq\f(1,U2)＝eq\f(1,ER0)×R＋eq\f(1,E)故在eq\f(1,U2)－R關系圖像中，縱截距a2＝eq\f(1,E)，斜率k2＝eq\f(1,ER0)，故電源電動勢E＝eq\f(1,a2)，定值電阻R0＝eq\f(a2,k2)在eq\f(1,U1)－R關系圖像中，將a1＝eq\f(1,E)，R0＝eq\f(a2,k2)代入k1等式中，可得二極管正向電阻阻值RD＝eq\f(a1,k1)－eq\f(a2,k2)。1.(2023·山東泰安模擬預測)某物理興趣小組設計了一個如圖1所示的多用電表電路圖。已知表頭G的滿偏電流為Ig＝30mA，內阻Rg＝90Ω。定值電阻R1＝10Ω。電源電動勢E＝12V，內阻r＝2Ω，電阻箱R2和R3的調節范圍都是0～999.9Ω。圖1(1)與多用電表B端相連的是________(填“紅”或者“黑”)表筆。(2)選擇開關置于1位置，閉合開關S，電流表的量程為________mA，保持S閉合，選擇開關置于3位置，將其改裝為量程60V的電壓表，電阻箱R3應調節為________Ω。(3)選擇開關置于2位置，通過開關S的通斷可以實現歐姆表“×1”與“×10”兩種倍率，則________(填“閉合”或者“斷開”)開關S，歐姆表為“×1”倍率。將歐姆表切換至“×10”倍率，紅、黑表筆短接進行歐姆調零，將某一待測電阻接在紅黑表筆之間，當表頭G的指針偏轉角度為滿量程的eq\f(2,3)時，待測電阻為________Ω。答案(1)黑(2)300191(3)閉合200解析(1)根據多用電表的電流“紅進黑出”可知與B端相連的為黑表筆。(2)選擇開關置于1位置，閉合開關S時，電流表的量程為IA＝Ig＋eq\f(Rg,R1)Ig＝300mAR1與Rg并聯后總電阻為RA＝9ΩS閉合，選擇開關置于3時U＝IA(RA＋R3)解得R3＝191Ω。(3)閉合開關S時，電流表量程為S斷開時的10倍，故所測電阻是開關斷開時的eq\f(1,10)，因此開關S閉合為“×1”倍率，S斷開為“×10”倍率。使用“×10”倍率時，電流表量程為30mA，因此Rx＝eq\f(E,I)－eq\f(E,Ig)＝eq\f(12,20×10－3)Ω－eq\f(12,30×10－3)Ω＝200Ω。2.如圖2甲所示的黑箱中有兩只電學元件，小明使用多用電表對其進行探測。圖2(1)在使用多用電表前，發現指針不在左邊“0”刻度線處，應先調整圖乙中多用電表的________(選填“A”“B”或“C”)。(2)探測黑箱a、b接點間是否存在電源時，應選用多用電表的________擋(選填“直流電壓”“直流電流”或“電阻”)。(3)在判定黑箱中無電源后，將選擇開關旋至“×1”擋，調節好多用電表，測量各接點間的阻值。兩表筆分別接a、b時，多用電表的示數如圖丙所示，正反向阻值均相等，則他判斷a、b兩點間連接了電阻，阻值為____________Ω。(4)他繼續將紅表筆接b，黑表筆接c，發現電阻無窮大，于是又將黑表筆接b，紅表筆接c，發現電阻比a、b間的電阻更小，于是他判斷出b、c間連接了二極管，并且二極管的正極與________點相連。答案(1)A(2)直流電壓(3)15(4)b解析(1)多用表使用前應機械調零，應調整A。(2)可用多用電表的直流電壓擋探測黑箱a、b接點間是否存在電源，將一表筆接a，另一表筆短暫接b，同時觀察指針偏轉的情況，判斷接點間是否存在電源。(3)擋位為“×1”擋，根據圖丙示數可知r＝15×1Ω＝15Ω。(4)二極管正向導通電阻很小，反向電阻無窮大，再根據多用電表歐姆擋內部結構可知，電流從紅表筆流入，黑表筆流出，可知二極管的正極與b點相連，負極與c點相連。3.(1)如圖3甲所示，是歐姆表測未知電阻Rx阻值的原理圖，電路中電池的電動勢為E、內阻為r，R0為調零電阻，Rg為表頭內阻，則電流I與待測電阻的阻值Rx關系式為I＝________(調零電阻接入電路的部分阻值用R0表示)。(2)I－Rx的關系圖像如圖乙所示，由圖像判斷下列說法正確的是________。A.指針偏角越小，測量的誤差越小B.歐姆調零是當Rx＝0時，調節R0使電路中的電流I＝IgC.Rx越小，相同的電阻變化量對應的電流變化量越大，所以歐姆表的示數左密右疏D.測量中，當Rx的阻值為圖乙中的R2時，指針位于表盤中央位置的右側(3)用歐姆擋粗測電阻，選用“×10”倍率擋測量，發現指針偏轉角度過小，因此需選擇________(選填“×1”或“×100”)倍率的擋位，換擋后應重新進行________________(選填“歐姆”或“機械”)調零，測量時多用電表的示數如圖丙所示，測量結果為Rx＝________Ω。圖3答案(1)eq\f(E,r＋Rg＋R0＋Rx)(2)BC(3)×100歐姆1900解析(1)根據閉合電路歐姆定律E＝I(Rg＋R0＋Rx＋r)，故I＝eq\f(E,r＋Rg＋R0＋Rx)。(2)指針在表盤中間位置時的誤差較小，故A錯誤；歐姆調零是當Rx＝0時，調節R0使電路中的電流達到滿偏電流，故B正確；根據I＝eq\f(E,r＋Rg＋R0＋Rx)，Rx越小，相同的電阻變化量對應的電流變化量越大，所以歐姆表的示數左密右疏，故C正確；當Rx的阻值為題圖乙中的R2時，Rx大于中值電阻，指針位于表盤中央位置的左側，故D錯誤。(3)指針偏轉角度過小，說明選擇的擋位較小，應該換×100倍率的擋位，換擋后應重新進行歐姆調零。如題圖丙所示，測量結果為Rx＝19×100Ω＝1900Ω。4.(2024·云南昆明一中高三校考)佳佳同學在做“練習使用多用電表”的實驗時，進行了如下測量：圖4(1)測量電路的電壓時，選用直流50V量程，指針位置如圖4中a所示，該電路兩端電壓為________V。(2)測量電路的電流時，選擇開關處在電流“10mA”擋，指針位置如圖中b所示，被測電流的值為________mA。(3)某歐姆表由于長時間未使用，電源電動勢和內阻發生了明顯變化，導致無法進行歐姆調零。小佳同學用如圖5甲所示的電路來研究其內部的電源情況。實驗時選擇歐姆表“×1”擋位，已知毫安表的量程為400mA，內阻約為1Ω。圖5①在電路連接時，要注意毫安表的“－”接線柱要與歐姆表的________(填“紅”或“黑”)表筆相連；②調節電阻箱的阻值，當毫安表的讀數為400mA時，歐姆表指針偏轉到整個表盤eq\f(4,5)位置的2.5Ω刻度處，如圖乙所示，則歐姆表表頭G的量程為________mA；③連續調節電阻箱的阻值，記錄多組電阻箱阻值R及通過毫安表的電流I，做出R－eq\f(1,I)圖像，如圖丙所示，則電源的電動勢E＝________V。在不考慮實驗偶然誤差的情況下，電源電動勢的測量值________(填“大于”“小于”或“等于”)真實值。答案(1)20.5(2)6.0(3)①紅②500③5等于解析(1)測量電路的電壓時，選用直流50V量程，指針位置如圖中a所示，讀數時要讀中間的刻度盤，最小刻度為1V，則該電路兩端電壓為20.5V。(2)測量電路的電流時，選擇開關處在電流“10mA”擋，指針位置如圖中b所示，讀數時要讀中間的刻度盤，最小刻度為0.2mA，被測電流的值為6.0mA。(3)①電流從歐姆表的紅表筆流入，從毫安表的“－”接線柱流出，所以毫安表的“－”接線柱要與歐姆表的紅表筆相連；②設歐姆表表頭G的量程為Ig，由題意可得eq\f(4,5)Ig＝400mA，解得歐姆表表頭G的量程為Ig＝500mA；③設回路中除電阻箱之外的總電阻為r，根據閉合電路歐姆定律有E＝I(R＋r)，整理得R＝eq\f(E,I)－r可知R－eq\f(1,I)圖像的斜率等于電源的電動勢，則有E＝k＝eq\f(12,2.4)V＝5V根據實驗原理可知并未引入由于電表內阻而產生的系統誤差，可知在不考慮實驗偶然誤差的情況下，電源電動勢的測量值等于真實值。5.(1)用如圖6所示的多用電表測量電阻，要用到選擇開關K和兩個部件S、T。圖6①請將以下測量步驟補充完整：a.旋動部件________，使指針對準電流的“0”刻線。b.將K旋轉到電阻擋“×100”的位置。c.將插入“＋”“－”插孔的表筆短接，旋動部件________，使指針對準電阻的________(填“0刻線”或“∞刻線”)。②將兩表筆分別與待測電阻相接，發現指針偏轉角度過小。為了得到比較準確的測量結果，請從下列選項中挑出合理的步驟，并按________的順序進行操作，再完成讀數測量。A.將K旋轉到電阻擋“×1k”的位置B.將K旋轉到電阻擋“×10”的位置C.將兩表筆的金屬部分分別與被測電阻的兩根引線相接D.將兩表筆短接，旋動合適部件，對電表進行校準(2)圖7為表頭改裝歐姆表的原理示意圖。表頭的量程為Ig＝300μA，內阻為Rg＝500Ω，電源電動勢E＝3V，內阻為r＝2.0Ω，R為變阻器，最大阻值為10kΩ。圖7①由上述條件可知，改裝后該表盤的正中央所標記的