1第5講實驗: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原理,掌握多用電表的使用方法。2.會使用多用電表測電壓、電流及電阻。3.會用多用電表探索黑箱中的電學元件。二、實驗原理根據閉合電路歐姆定律(1)當紅、黑表筆短接時(2)當被測電阻Rx接在紅、黑表筆兩端時當g時,中值電阻R中=Rg+R+r,此電阻等于多用電表的內阻。三、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(大、中、小)三個。四、實驗步驟1.測量定值電阻的阻值(1)機械調零:調整定位螺絲,使指針指向左端的零位置。(2)根據被測電阻的估計阻值,選擇合適的擋位,把兩表筆短接,進行歐姆調零。(3)將被測電阻接在兩表筆之間,待指針穩定后讀數。2(4)改變選擇開關擋位時,需重新進行歐姆調零。(5)測量完畢,將選擇開關置于“OFF”擋或交流電壓最高擋。2.測量小燈泡的電壓和電流3.測量二極管的正、反向電阻4.探索黑箱內的電學元件判斷元件應用擋位現象電壓擋兩接線柱正、反接時均無示數,說明無電源電阻擋兩接線柱正、反接時示數相同二極管電阻擋正接時示數很小,反接時示數很大電容器電阻擋正接、反接示數先很小,然后逐漸變大,最后指針指在無窮大處五、數據處理1.測電阻時,電阻值等于指針的示數與倍率的乘積。2.測電流和電壓時,如果表盤最小刻度為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。六、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;歐姆零點是表盤刻度右側的“0”位置,調整的是歐姆調零旋鈕。3.電阻表讀數時注意乘相應擋位的倍率。34.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6.測電阻時每換一次擋必須重新歐姆調零。7.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。七、誤差分析1.偶然誤差(1)估讀時易帶來誤差。(2)指針偏轉過大或過小都會使誤差增大。2.系統誤差(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,要及時更換電池。(2)測電流、電壓時,由于電表內阻的影響,測得的電流、電壓均小于真實值?？键c一基礎性實驗[例1]【多用電表的原理】(2024·云南昆明階段檢測)電流表G1的量程為0～5mA,內阻為290Ω。把它改裝成如圖所示的一個多量程多用電表,電流和電壓的測量都各有兩個量程。當開關S接到1或2位置時為電流擋,其中小量程為0～10mA,大量程為0～100mA。(1)對于此多用電表,當開關S接到位置5時是擋。(2)開關S接位置(選填“1”或“2”)時是小量程的電流擋,圖中電阻R2=Ω。(3)已知圖中的電源E的電動勢為3V,短接A、B表筆進行歐姆調零后,此電阻擋的內阻為 Ω?，F用該擋測一未知電阻的阻值,指針偏轉到電流表G1滿偏刻度的處,則該未知電阻的阻值為Ω?！敬鸢浮?1)電壓(2)2261(3)300200【解析】(1)當開關S接位置5、6時,為電壓擋。4(2)當開關S接到2位置時,并聯的電阻大,分流小,其電流表的量程小,因此開關S接位置2時是小量程的電流擋。設開關S接1時的最大電流為I1,接2時的最大電流為I2,由題意可知,當開關接到1時,有Ig(r+R2)=(I1-Ig)R1,當開關接到2時,有Igr=(I2-Ig)(R1+R2),代入數據解得R2=261Ω。(3)由上述分析可知,當開關S接到位置3時,電路中的滿偏電流Im=10mA,根據閉合電路歐姆定律可得R內Ω=300Ω,由指針偏轉到電流表G1滿偏刻度的處可得解得Rx=200Ω。掌握多用電表原理的兩點注意(1)多用電表根據閉合電路歐姆定律得到的Rx與電流I是一一對應關系。(2)R+Rg+r為電阻表的內阻。[例2]【多用電表的使用】(2024·廣東模擬)小明同學練習使用多用電表測電阻。(1)如圖甲所示,請根據下列步驟完成電阻測量:①旋動(選填“S”或“T”),使指針對準電流的“0”刻線。②將K旋轉到電阻“×10”擋的位置。③將紅、黑表筆短接,旋動(選填“S”或“T”),使指針對準電阻擋的“0”刻線。④將兩表筆分別與待測電阻相接,發現指針偏轉角度過大。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“×100”的位置B.將K旋轉到電阻擋“×1”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,對電表歐姆調零5(2)正確操作后,讀數如圖乙所示,則阻值為Ω。(3)若電阻表內用一個新電池(電動勢為1.5V,內阻較小),測得該電阻讀數為R;然后更換其他品牌的新電池(電動勢為1.5V,內阻較大),調零后測得該電阻讀數為R′,則R(選填“>”“<”或“=”)R′?！敬鸢浮?1)①S③T④BDC(2)19(3)=【解析】(1)①電表使用前,先旋動機械調零旋鈕S使指針對準電流的“0”刻線。③選擇電阻擋位后進行歐姆調零,將紅、黑表筆短接,旋動T使指針對準電阻擋的“0”刻線。④將兩表筆分別與待測電阻相接,發現指針偏轉角度過大,即被測電阻阻值偏小,將K旋轉到電阻擋“×1”的位置,將兩表筆短接,旋動T,對電表歐姆調零,然后將兩表筆的金屬部分分別與被測電阻的兩根引線相接,所以操作順序為BDC。(2)讀數為19×1Ω=19Ω。(3)由電阻表的結構可知,電源的內阻的變化,可以通過調零電阻的阻值變化來抵消,所以兩次的測量值是相等的?？键c二創新性實驗[例3]【用多用電表檢測電路故障】如圖是某同學連接的實驗實物圖,A、B燈都不亮,他采用下列兩種方法進行故障檢查。(1)應用多用電表的直流電壓擋進行檢查,選擇開關置于10V擋。該同學測試結果如表1所示,在測試a、b間直流電壓時,紅表筆應接觸(選填“a”或“b”)。根據測試結果,可判定故障是。A.燈A短路B.燈B短路6C.cd段斷路D.df段斷路表1測試點電壓示數a、b有示數b、c有示數c、d無示數d、f有示數表2測試點指針偏轉情況c、dd、ee、f(2)將開關斷開,再選擇電阻擋測試,測量結果如表2所示,那么檢查出的故障是。(多選)A.燈A斷路B.燈B短路C.燈A、B都斷路D.d、e間導線斷路【答案】(1)aD(2)BD【解析】(1)應用多用電表判斷電路故障,首先要正確使用多用電表,對多用電表而言,電流應從紅表筆流入該表內,由題圖能看出a點接電源正極,電勢高于b點電勢,所以紅表筆應接觸a。由題表1可知,a、b間,b、c間,d、f間均有示數,c、d間無示數,說明d、f之外路段無斷路,且d、f間有電阻,而燈不亮,則d、f間有斷路,故C錯誤,D正確;若燈A或燈B短路,不會造成A、B燈都不亮,故A、B錯誤。(2)由題表2可知,c、d間有一定的電阻但不是很大,燈A既不短路也不斷路,故A、C錯誤;d、e間存在很大電阻,表明d、e間導線斷路,故D正確;e、f間電阻為零,則燈B短路,故B正確。[例4]【測量元件的電阻】(2024·重慶沙坪壩三模)某興趣小組用多用電表測量一個二極管的正向電阻,分別利用“×10”擋和“×100”擋進行正確操作,發現測得的阻值有很大差距。7分析原因時,有同學提出,可能因為多用電表不同擋位的兩個倍率所用電源電動勢不同而造成二極管的正向電阻不同,為分析具體原因,該小組同學進行了如下實驗。(1)先將多用電表調到“×100”擋,紅表筆和黑表筆短接,進行歐姆調零;再把多用電表、電流表(量程為0～500μA,內阻約為300Ω)、電阻箱(阻值范圍為0～9999Ω)和開關串聯成閉合回路,并將電阻箱的阻值調到最大,如圖甲所示。其中多用電表的紅表筆應該接電流表的 (選填“正”或“負”)極。(2)閉合開關,調整電阻箱的阻值,該多用電表的表盤指針和電流表指針位置如圖乙所示,電阻表中央刻度示數為15,可知多用電表內部電源的電動勢為V(結果保留3位有效數字);再換用“×10”擋,重復上述操作,測得內部電源電動勢與“×100”擋相同。(3)該型號二極管的伏安特性曲線如圖丙所示,根據圖丙和多用電表測電阻時,內部電路可知,用不同倍率擋位測得二極管阻值的不同并非電表內部電動勢不同,而是不同倍率擋位的不同,由圖丙可知,“×10”擋測得的二極管正向電阻阻值為Ω(結果保留3位有效數字)?！敬鸢浮?1)負(2)1.47(3)內阻220(215～225均正確)8【解析】(1)多用電表測電阻時,電流從黑表筆流出,流入電流表的正極,再從電流表負極流出,流進多用電表紅表筆,故多用電表紅表筆應該接電流表的負極。(2)電流表讀數為420μA,電流表內阻和電阻箱阻值之和可由電阻表示數得出,為2000Ω,中值電阻1500Ω,故電動勢E=420μA×3500Ω=1.47V。(3)當用多用電表的電阻“×10”擋和“×100”擋測量二極管的正向電阻時,多用電表可視為電動勢E=1.47V,內阻分別為r1=150Ω和r2=1500Ω的等效電源,故不同倍率的擋位內阻不同,在伏安特性曲線坐標圖中作函數150I=1.47-U圖線,如圖所示,兩圖線交點為(0.88V,4.0mA),可算出二極管此時的正向電阻約為[例5]【多用電表探測“電學黑箱”】(2024·安徽合肥一模)如圖甲,A、B、C和D、E、F分別是電學黑箱Ⅰ、Ⅱ的接線柱。現用多用電表探索黑箱內的電學元件。每個黑箱內的元件不超過2個,每兩個接線柱之間最多只能接1個元件,且元件的種類只限于定值電阻、干電池和二極管(非理想)。實驗操作如下:9(1)如圖乙,在使用多用電表之前,發現指針未指左側“0”刻度線,應先調節(選填“a”“b”或“c”)。(2)探索黑箱Ⅰ。將選擇開關撥至“直流電壓10V”擋,對A、B、C任意兩個接線柱測量,將發生正向偏轉時對應的接法和數值記錄在表中,紅表筆接A、黑表筆接C時,電表指針如圖丙中P位置所示,將讀數填入表1空白處。表1紅表筆接AAB黑表筆接CBC電壓表示數/V(3)探索黑箱Ⅱ。先用“直流電壓10V”擋對D、E、F任意兩接線柱正向、反向測量,發現均無偏轉。再用電阻擋進行測量,將連接情況和數據填入下表。選擇開關旋至電阻“×100”擋,紅表筆接D、黑表筆接E,表盤指針如圖丙中Q位置所示,讀出阻值填入表2①處。若最后一組數據漏記,請推出并填入表2②處。表2紅表筆接黑表筆接測得的電阻/ΩDE①DF1.0kED∞EF∞FD1.0kFE②(4)將探明的電路結構畫在虛線框中。【答案】(1)a(2)3.2(3)9001.9k(4)圖見解析【解析】(1)如題圖乙,在使用多用電表之前,發現指針未指左側“0”刻度線,應機械調零,故應先調節a。(2)電壓表示數為U=3.2V。(3)紅表筆接D、黑表筆接E,ED間的阻值為RED=9×100Ω=900Ω。紅表筆接F,黑表筆接E,EF間的阻值為REF=RED+RDF=0.9kΩ+1.0kΩ=1.9kΩ。(4)紅表筆接A,AB間的電壓為1.5V,則AB間接入干電池,干電池正極與A相連,同理可得,BC間接入干電池,干電池正極與B相連,黑箱Ⅰ內部結構如圖甲所示。不管是紅黑表筆正接還是反接,DF間的電阻都為1.0kΩ,可知DF間接入定值電阻。紅表筆接D,黑表筆接E,DE間阻值較小,紅表筆接E,黑表筆接D,DE間阻值無窮大,可知DE間接入二極管,且二極管的正極與E相連,黑箱Ⅱ內部結構如圖乙所示。判斷黑箱內元件的基本思路(1)首先用多用電表電壓擋探測黑箱是否有電源。(2)如果有電源,則用多用電表的電壓擋探測黑箱外任意兩接點間電壓,根據電壓關系判定黑箱內電源的位置及各接點間電阻關系,從而分析出黑箱內各元件的連接情況。(3)如果沒有電源,則直接用多用電表的電阻擋測量任意兩點間的電阻值,根據所測量的電阻值,分析黑箱內各元件的連接情況。(滿分:40分)1.(12分)用如圖所示的多用電表測量定值電阻。(1)如圖為一正在測量中的多用電表表盤;①如果是用直流250mA擋測量電流,則讀數為mA;②如果是用直流5V擋測量電壓,則讀數為V。(2)若待測電阻的阻值約為20Ω,測量步驟如下:①調節指針定位螺絲,使多用電表指針對準(選填“直流電流電壓”或“電阻”)的“0”刻線;②將選擇開關轉到電阻擋的(選填“×1”“×10”或“×100”)的位置;③將紅、黑表筆插入“+”“-”插孔,并將兩表筆短接,調節歐姆調零旋鈕,使電表指針對準電阻的(選填“0刻線”或“∞刻線”);④將兩表筆分別與待測電阻相接,讀取數據。(3)測量后需要繼續測量一個阻值大約是2kΩ的電阻。在紅黑表筆接觸這個電阻兩端之前,請從下列選項中挑出必要的步驟,并按的順序進行操作,再完成讀數測量。A.調節指針定位螺絲,使多用電表指針對準“0”刻線B.將紅黑表筆接觸C.把選擇開關旋轉到“×1k”位置D.把選擇開關旋轉到“×100”位置E.調節歐姆調零旋鈕,使電表指針對準電阻的“0”刻線(4)某同學通過測量找到發光二極管的負極,首先將多用電表選擇開關旋轉到電阻擋的“×1”擋,經過歐姆調零之后,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,發現二極管不發光。這說明(選填“長管腳”或“短管腳”)所連接的是二極管的負極?！敬鸢浮?1)①180②3.60(2)①直流電流電壓②×1③0刻線(3)DBE(4)短管腳【解析】(1)若是用直流250mA擋測量電流,則最小分度值為5mA,則讀數為180mA。如果是用直流5V擋測量電壓,則最小分度值為0.1V,則讀數為3.60V。(2)若待測電阻的阻值約為20Ω,則先調節指針定位螺絲,使多用電表指針對準直流電流電壓的“0”刻線。再根據電阻表測電阻時指針盡可能接近“中值”的原則,將選擇開關轉到電阻擋“×1”的位置。然后將紅、黑表筆插入“+”、“-”插孔,并將兩表筆短接,調節歐姆調零旋鈕,使電表指針對準電阻的“0刻線”。最后將兩表筆分別與待測電阻相接,讀取數據。(3)測量后需要繼續測量一個阻值大約是2kΩ的電阻,則不需要重新機械調零。先把選擇開關旋轉到“×100”位置,然后將紅黑表筆接觸,最后調節歐姆調零旋鈕,使電表指針對準電阻的“0”刻線。故選DBE。(4)將多用電表選擇開關旋轉到電阻擋的“×1”擋,經過歐姆調零之后,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,說明此時二極管通入了正向電流,即紅表筆接在二極管的負極,所以短管腳所連接的是二極管的負極。2.(10分)(2024·湖南長沙二模)某實驗小組使用某個多用電表測量電學中的物理量,并探究電阻表的原理。(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.若該讀數是選用電阻擋“×100”倍率得到的,應該更換為“×10”倍率,歐姆調零后再次進行測量B.多用電表的電阻擋是靠內部電源提供電流的,若選用“×10”倍率測量電阻,則電阻表內阻約為20ΩC.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D.測二極管正向電阻時,應讓紅表筆接二極管的負極,黑表筆接二極管的正極(2)該小組進一步探究電阻表的原理,設計了如圖乙所示的電路,通過調節開關S,可使電阻表具有“×1”和“×10”的兩種倍率,可用器材如下:A.干電池(電動勢E=1.5V,內阻不計);B.電流表G(滿偏電流Ig=1mA,內阻Rg=90Ω);C.定值電阻R0(阻值為5.0Ω);D.滑動變阻器R1(最大阻值為150Ω);E.定值電阻R2(阻值為1.0Ω)、R3未知;F.開關一個,紅、黑表筆各一支,導線若干。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;①定值電阻R3=Ω;②當開關S撥向(選填“a”或“b”)時,電阻表的倍率是“×10”,歐姆調零后,電阻表內阻為Ω。③使用一段時間后電池老化,電動勢下降到1.4V、內阻增大到4Ω,但仍可調零,正確操作后,測量另一個定值電阻,電阻表讀數為150Ω,則這個電阻的阻值應為Ω?！敬鸢浮?1)B(2)①9②b150③140【解析】(1)多用電表指針偏轉較大,說明待測電阻較小,若該讀數是選用電阻擋“×100”倍率得到的,應該更換為“×10”倍率,歐姆調零后再次進行測量,故A說法正確;多用電表作電阻表使用時,是靠內部電源提供電流,中值刻度對應的電阻等于這個倍率下電阻表的內阻,若選用的是“×10”的倍率測電阻,則電阻表內阻約為R=15×10Ω=150Ω,故B說法錯誤;測直流電流時,應該讓電流從紅表筆流入,從黑表筆流出,以保證表盤指針能夠正偏,故應讓紅表筆接外電路的正極,黑表筆接外電路負極,故C說法正確;作為電阻表使用時,多用電表內部電源正極與黑表筆相連,為保證電流從紅表筆流入,從黑表筆流出,應讓紅表筆接二極管的負極,黑表筆接二極管的正極,故D說法正確。(2)當S接a時,對應電流表量程是0～0.1A,則有Ig(R3+Rg)=(I1-Ig)R2,其中I1=0.1A,解得R3=9Ω,則電阻表內阻為Ra內15Ω;當S接b時,對應電流表最大量程為I2=10mA=0.01A,則電阻表內阻為Rb內150Ω,故當開關S接b時,電阻表的倍率是“×10”,歐姆調零后,電阻表內阻為150Ω。電動勢下降到1.4V,調零后,電阻表內阻為Ω,電阻表讀數為150Ω,對應的電流為解得R真=140Ω。3.(12分)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.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)接著用電阻表的“×1”擋測電阻,電阻表經過“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?！敬鸢浮?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,選擇開關應置于10V擋,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,A正確。(2)①用電阻表測量電阻時,開關應斷開,使得待測電阻與電源不相連。②電阻表的讀數為6×1Ω=6Ω,因為c、d間斷路,可知測量的是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)。4.(12分)如圖所示的黑箱,箱內有一節干電池、一個電阻、一個晶體二極管和一個電容器,箱外有4個接線柱,分別標為1、2、3、4,相鄰兩個序號間只有一個元件。(1)若用多用電表確定干電池的位置,應使用多用電表的(選填下述擋位的序號)進行試測。A.直流2.5V擋B.直流2.5A擋C.電阻擋(2)試測后,用直流1.5V電壓擋進一步測量,測量結果記錄如下:紅表筆位置111黑表筆位置234示數1.5V00確定干電池位置后,去掉干電池,應用多用電表的擋進行測量,結果如下:紅表筆位置111234黑表筆位置234111情況很大很大很大先有電阻,然后變為很大較小很小(3)根據以上結果在虛線框內畫出電路圖?！敬鸢浮?1)A(2)電阻(3)圖見解析【解析】(1)已知電路中有一節干電池,應用直流電壓擋試測。故選A。(2)為避免試觸時電壓表反接損壞電表,應采用較大量程試測。確定好電源的正負極位置后,可以利用1.5V擋測量。1、2之間直接測量為1.5V,說明電壓表測量值為電源電動勢,去掉電源后,應用電阻擋檢測電路。(3