步步高高三物理新课标一轮讲义实验10练习使用多用电表.docx
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步步高高三物理新课标一轮讲义实验10练习使用多用电表
实验十练习使用多用电表
考纲解读1.了解电表改装的原理与方法.2.了解多用电表的构造和原理,掌握多用电表的使用
方法.3.会使用多用电表测电压、电流及电阻.4.会用多用电表探索黑箱中的电学元件.
一、电流表与电压表的改装
1.改装方案
原理
改装原理图
分压电阻或分流
电阻
改装后电表内阻
2.校正
改装为电压表
串联电阻分压
U=Ig(Rg+R)
U
故R=Ig-Rg
RV=Rg+R>Rg
改装为大量程的电流表
并联电阻分流
IgRg=(I-Ig)R
故R=IgRgI-Ig
RA=RRg R+Rg (1)电压表的校正电路如图 1所示,电流表的校正电路如图2所示. 图1图2 (2)校正的过程是: 先将滑动变阻器的滑动触头移动到最左端,然后闭合开关,移动滑 动触头,使改装后的电压表(电流表)示数从零逐渐增大到量程值,每移动一次记下改装 的电压表(电流表)和标准电压表(电流表)示数,并计算满刻度时的百分误差,然后加以 校正. 二、欧姆表原理(多用电表测电阻原理) 1.构造: 如图3所示,欧姆表由电流表G、电池、调零电阻R和红、黑表笔组成. 第1页共15页 图3 欧姆表内部: 电流表、电池、调零电阻串联. 外部: 接被测电阻Rx. 全电路电阻R总=Rg+R+r+Rx. E 2.工作原理: 闭合电路欧姆定律 I=Rg+R+r+Rx. 3.刻度的标定: 红、黑表笔短接 (被测电阻Rx=0)时,调节调零电阻 R,使I=Ig,电流表的 指针达到满偏,这一过程叫欧姆调零. (1) 当I=Ig时,Rx=0,在满偏电流Ig处标为“0”.(图甲) (2) 当I=0 时,Rx→∞,在I=0处标为“∞”.(图乙) Ig 时,Rx=Rg+R+r,此电阻值等于欧姆表的内阻值, Rx叫中值电阻. (3)当I=2 三、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4所示: 上半部为表盘,表盘上有电流、电压、电阻等多种量程的刻度; 下半部为选择开关,它的四周刻有各种测量项目和量程. 图4 (3)多用电表面板上还有: 欧姆表的调零旋钮(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). 四、二极管的单向导电性 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5甲所 示. 第2页共15页 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. 图5 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. 基本实验要求 规律方法总结 1.实验器材 1.多用电表使用注意事项 多用电表、电学黑箱、直流电源、开关、 (1)表内电源正极接黑表笔,负极接红表笔,但是红 导线若干、小灯泡、二极管、定值电阻(大、 表笔插入“+”孔,黑表笔插入“-”孔,注意电 中、小)三个. 流的实际方向应为“红入”,“黑出”. 2.实验步骤 (2)区分“机械零点”与“欧姆零点”.机械零点是 (1)观察: 观察多用电表的外形,认识选择 表盘刻度左侧的“0”位置,调整的是表盘下边中间 开关的测量项目及量程. 的定位螺丝;欧姆零点是指刻度盘右侧的“ 0”位 (2)机械调零: 检查多用电表的指针是否停 置,调整的是欧姆挡的调零旋钮. 在表盘刻度左端的零位置.若不指零,则 (3)由于欧姆挡表盘难以估读,测量结果只需取两位 可用小螺丝刀进行机械调零. 有效数字,读数时注意乘以相应挡位的倍率. 第3页共15页 (3)将红、黑表笔分别插入“+”、“-” 插孔. (4)测量小灯泡的电压和电流 ①按如图6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. 图6 ②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 ①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,调节欧姆表的调零旋钮,使指针指在欧姆表的“0”刻度处;②将被测电阻接在两表笔之间,待指针稳定后读数;③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;④测量完毕,将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡. (4)使用多用电表时,手不能接触表笔的金属杆,特别是在测电阻时,更应注意不要用手接触表笔的金属杆. (5)测量电阻时待测电阻要与其他元件和电源断开,否则不但影响测量结果,甚至可能损坏电表. (6)测电阻时每换一挡必须重新欧姆调零. (7)使用完毕,选择开关要置于交流电压最高挡或“OFF”挡.长期不用,应把表内电池取出. 2.多用电表对电路故障的检测 (1)断路故障的检测方法①将多用电表拨到电压挡作为电压表使用. a.将电压表与电源并联,若电压表示数不为零,说 明电源良好,若电压表示数为零,说明电源损坏. b.在电源完好时,再将电压表与外电路的各部分电 路并联.若电压表的示数为零,则说明该部分电路 完好,若电压表示数等于电源电动势,则说明该部 分电路中有断点. ②将电流表串联在电路中,若电流表的示数为零, 则说明与电流表串联的部分电路断路. ③用欧姆挡检测 将各元件与电源断开,然后接到红、黑表笔间,若 有阻值(或有电流)说明元件完好,若电阻无穷大(或 无电流)说明此元件断路. 不能用欧姆表检测电源的情况. (2)短路故障的检测方法①将电压表与电源并联,若电压表示数为零,说明电源被短路;若电压表示数不为零,则外电路的部分电路不被短路或不完全被短路.②用电流表检测,若串联在电路中的电流表示数不为零,故障应是短路. 考点一对多用电表使用的考查 第4页共15页 例1在“练习使用多用电表”实验中,某同学进行了如下的操作: (1)用多用电表欧姆挡测量某一电阻的阻值时,该同学先用大拇指和食指紧捏红黑表笔 进行欧姆调零(如图7a所示),然后用两表笔接触待测电阻的两端(如图b所示),这两步 操作是否合理? ________(选“a合理”或“b合理”或“都不合理”) (2)用多用电表电流挡测量电路中电流,该同学将选择开关置于直流50mA挡,连接的 电路如图c所示,图中多用电表测量的是________(填“甲电阻的电流”、“乙电阻的 电流”或“总电流”),测得的值是________. 图7 (3)该同学要测量多用电表直流“ 2.5 V”挡的内阻RV(约为20kΩ).除此多用电表外, 还有以下器材: 直流电源一个(电动势E为2V,内阻可忽略不计)、电阻一个(阻值R为 10kΩ)、电键一个、导线若干.要求: (Ⅰ)画出实验电路图(多用电表用 表示);(Ⅱ)写 出RV的表达式(用字母表示). 解析 (1)b会受人体电阻的影响; (2)在题图c中,多用电表与乙电阻串联, 因此测的是 (3)多用电表与电阻串联,通过它们的电流相等,所以有: U E-U 乙电阻的电流; RV= R , 因此: RV=UR (U为多用电表直流“2.5V”挡的读数). E-U 答案 (1)a合理 (2)乙电阻的电流 25.0mA(±0.1都可以)(3)(Ⅰ)实验电路图如图所 第5页共15页 示 (Ⅱ)RV=UR(U为多用电表直流“2.5V”挡的读数) E-U 考点二 对多用电表读数的考查 例2 如图8所示为多用电表的刻度盘.若选用倍率为“×100”的电阻挡测电阻时,表针 如图8所示,则: 图8 (1)所测电阻的阻值为________Ω;如果要用此多用电表测量一个阻值约为 2.0×104Ω的 电阻,为了使测量结果比较精确,应选用的欧姆挡是________(选填“×10”、“×100” 或“×1k”). (2)用此多用电表进行测量,当选用量程为50mA的电流挡测量电流时,表针指于图示 位置,则所测电流为______mA;当选用量程为250mA的电流挡测量电流时,表针指 于图示位置,则所测电流为________mA. (3)当选用量程为10V的电压挡测量电压时,表针也指于图示位置,则所测电压为 ________V. 解析 (1)欧姆表读数: 对应最上一行刻度值为15,倍率为“×100”,读数为1.5×103 Ω;测2.0×104Ω电阻时应选“×1k”的欧姆挡. (2)选50mA直流电流挡,则每一大格表示10mA,每一小格表示1mA,测量的精确度 为1mA,应估读到0.1mA(此时为1/10估读),指针对应的读数为30.8mA;选择量程 为250mA的电流挡,则每一大格表示50mA,每一小格表示5mA,测量的精确度为5 mA,应估读到1mA(此时为1/5估读),指针对应的读数为154mA. (3)选择10V电压挡,则每一大格表示2V,每一小格表示 0.2V,测量的精确度为 0.2V, 应估读到0.1V(此时应为1/2估读),指针对应的读数为 6.1V. 答案 (1)1.5×103 ×1k (2)30.8(30.7~30.9都正确) 154 (3)6.1 欧姆表刻度盘特点及多用电表读数技巧 (1)欧姆表刻度盘不同于电压、电流刻度盘 第6页共15页 ①左∞右0: 电阻无限大与电流、电压零刻度重合,电阻零刻度与电流、电压最大刻度重合. ②刻度不均匀: 左密右疏. ③欧姆挡是倍率挡,即读出的示数应再乘以该挡的倍率.电流、电压挡是量程范围挡. 在不知道待测电阻的估计值时,应先从小倍率开始,熟记“小倍率小角度偏,大倍率大 角度偏”(因为欧姆挡的刻度盘上越靠左读数越大,且测量前指针指在左侧“∞”处). (2)读数技巧 ①欧姆表的读数 a.为了减小读数误差,指针应指在表盘 1到 2的部分,即中央刻度附近. 3 3 b.除非指针所在刻度盘处每个小格表示 1Ω时,要估读到下一位,其余情况都不用估 读. c.电阻值等于指针示数与所选倍率的乘积. ②测电压、电流时的读数,要注意其量程,根据量程确定精确度,精确度是1、0.1、0.01 时要估读到下一位,精确度是2、0.02、5、0.5时,不用估读到下一位. 考点三用多用电表检查电路故障 例3在如图9所示的电路中,四节干电池串联作为电源,小灯泡A、B的规格均为“3.8V,0.3 A”,合上开关S后,无论怎样移动滑动变阻器的滑动片,A、B灯都不亮. 图9 (1)用多用电表的直流电压挡检查故障. ①选择开关置于下列量程的________挡较为合适(用字母序号表示). A.2.5VB.10VC.50VD.250V ②测得c、d间电压约为5.8V,e、f间电压为0,则故障是() A.A灯丝断开B.B灯丝断开 C.d、e间连线断开D.B灯被短路 (2)接着利用欧姆表的“×1”挡测电阻,欧姆表经过欧姆调零. ①测试前,一定要将电路中的开关S____________; ②测c、d间和e、f间的电阻时,某次测量结果如图10所示,读数为________Ω,此 时测量的是______间电阻.根据小灯泡的规格计算出的电阻为________Ω,它不等于测 量值,原因是: ______________________________________________________. 第7页共15页 图10 解析 (1)①因电源为四节干电池,故电动势E=6V,则应选电压表10V量程挡较合适; ②因c、d间电压为5.8V,而e、f间电压为零,故应为A灯丝断开,B灯丝良好. (2)用欧姆表测电路中电阻的阻值时,一定要将电路断开;由题图读数知电阻的阻值为 U 6.0Ω,应为灯泡B的阻值,即测量的为e、f间电阻;由R=I得R=12.7Ω,与欧姆表 测得的阻值相差较大,是因为欧姆表测得的电阻的阻值是未通电工作时的电阻的阻值, 温度较低,电阻率偏小,阻值偏小. 答案 (1)①B②A (2)①断开②6.0e、f12.7欧姆表测量时灯泡未工作,灯泡 温度低,电阻小 考点四用多用电表探索黑箱内的电学元件 例4如图11所示的黑箱中有三只完全相同的电学元件,小明使用多用电表对其进行探测. 图11 (1)在使用多用电表前,发现指针不在左边“0”刻度线处,应先调整图12中多用电表 的________(选填“A”、“B”或“C”). 图12 (2)在用多用电表的直流电压挡探测黑箱a、b接点间是否存在电源时,一表笔接a,另 一表笔应________(选填“短暂”或“持续”)接b,同时观察指针偏转情况. (3)在判定黑箱中无电源后,将选择开关旋至“×1”挡,调节好多用电表,测量各接点 间的阻值.测量中发现,每对接点间正、反向阻值均相等,测量记录如下表.两表笔分 第8页共15页 别接a、b时,多用电表的示数如图12所示. 请将记录表补充完整,并画出一种可能的电路. 两表笔接的接点多用电表的示数 a、b________Ω a、c10.0Ω b、c15.0Ω 解析 (1)多用电表使用前应进行机械调零,机械调零部件为A. (2)使用多用电表测量电压时,为保证电表不被损坏往往要进行试触,即让两表笔进行 短暂接触,观察指针偏转情况,若持续接触则有可能损坏电表. (3)黑箱中无电源且每对接点间正、反阻值相等,由多用电表读数可知所缺数据为5.0Ω,由a、b间电阻为5.0Ω,a、c间为10.0Ω,b、c间为15.0Ω知,电路为a、b间5.0Ω的电阻与a、c间10.0Ω的电阻串联而成,故可能的电路图如图所示. 答案 (1)A (2)短暂(3)5.0见解析图 创新实验设计 多用电表当欧姆表使用时内有电源, 往往会考查闭合电路欧姆定律、 电动势和内阻的测 定等,往往涉及的变形有: U 1.与电压表串联形成闭合电路,则 E=U+RV·r,从而计算得到 E; 2.与电流表串联形成闭合电路,则 E=I(RA+r),从而计算得到 E. 例5 有一内阻未知(20kΩ~60kΩ)、量程0~10V的直流电压表. (1)某同学想通过一个多用电表的欧姆挡直接测量上述电压表的内阻,该多用电表刻度 盘上读出电阻刻度中间值为 30,欧姆挡的选择开关拨至倍率 ________(选填“×10”、 “×100”或“1k”)挡.先将红、黑表笔短接调零后,选用图13中________(选填“A” 或“B”)方式连接. 图13 (2)在实验中,欧姆表和电压表的指针分别如图14甲、乙所示,某同学读出欧姆表的读 数为________Ω,这时电压表的读数为______V.计算出欧姆表中电池的电动势为 ______V. 第9页共15页 图14 解析 (1)多用电表测电阻时,应让开关指在中间刻度附近,因而应选“×1k”挡.多 用电表测电阻时,用其内部电源,黑表笔接内部电源的正极,又因电压表的两接线柱中, “+”接线柱应接高电势端,因而A电路的连接方式正确. (2)题图甲中欧姆表的读数为40×1kΩ=40kΩ. 题图乙中电压表的读数为5.0V. 5.0 欧姆表中电池的电动势E=5.0V+×30V=8.75V. 答案 (1)×1kA (2)40k5.08.75 1.多用电表表头的示意图如图15所示.在正确操作的情况下: 图15 (1)若选择开关的位置如 a箭头所示,则测量的物理量是 ________,测量结果为________. (2)若选择开关的位置如 b箭头所示,则测量的物理量是 ________,测量结果为________. (3)若选择开关的位置如 c箭头所示,则测量的物理量是 ________,测量结果为________. (4)若选择开关的位置如c箭头所示,正确操作后发现指针的偏转角很小,那么接下来 的正确操作步骤应该依次为: ____________,____________,_____________. (5)全部测量结束后,应把选择开关拨到______或者______. (6)无论用多用电表进行何种测量(限于直流),电流都应该从______色表笔经______插孔 第10页共15页 流入电表. 答案 (1)直流电压1.57V (2)直流电流48mA (3)电阻1.6kΩ(4)改用“×1k”倍率重新欧姆调零测量、读数(5)OFF挡交 流电压最高挡(6)红正 2. (1)用多用电表的欧姆挡测量阻值约为几十千欧的电阻Rx,以下给出的最可能的实验操作 步骤,其中S为选择开关,P为欧姆挡调零旋钮.把你认为正确的步骤前的字母按合理 的顺序填写________. a.将两表笔短接,调节P使指针对准刻度盘上欧姆挡的0刻度,断开两表笔 b.将两表笔分别连接到被测电阻的两端,读出Rx的阻值后,断开两表笔 c.旋转S使其尖端对准欧姆挡“×1k” d.旋转S使其尖端对准欧姆挡“×100” e.旋转S使其尖端对准交流“500V”挡,并拔出两表笔 根据如图16所示指针位置,此时被测电阻的阻值约为________Ω. 图16 (2)下述关于用多用电表欧姆挡测电阻的说法中正确的是() A.测量电阻时,如果指针偏转过大,应将选择开关S拨至倍率较小的挡位,重新调零 后测量 B.测量电阻时,如果红、黑表笔分别插在负、正插孔,则会影响测量结果 C.测量电路中的某个电阻,应该先把该电阻与外电路断开 D.测量阻值不同的电阻时,都必须重新调零 答案 (1)c、a、b、e30k (2)AC 解析 (1)题目中要求测量几十千欧的电阻,所以应该选择“×1k”的欧姆挡,再进行 欧姆调零,然后进行测量,最后将S旋至交流“500V”挡,拔出表笔,所以顺序为c、 a、b、e.根据欧姆表的读数原理,可以得出被测电阻的阻值为30kΩ. (2)指针偏角过大,说明电阻较小,所以应选择倍率较小的挡位,A项正确;电阻的阻 值与电流的流向无关,所以红、黑表笔接反,不影响测量结果,B项错误;不将被测电 阻与外电路断开,流经欧姆表的电流会影响读数甚至烧毁器材,C项正确;只要不换挡 位,就不用重新调零,D项错误. 3.如图17所示的电路中各元件均完好,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,需要检测的元件有: 电源、开关、 第11页共15页 小灯泡、3根导线以及电路中的各连接点. 为了检测小灯泡、开关以及3根导线, 图17 (1)在连接点1、2已接好的情况下,应当选用多用电表的________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________挡,进行检查; (3)在开关闭合的情况下,若测得3、4两点间的电压接近电源的电动势,则表明________. 答案 (1)电压 (2)欧姆(3)小灯泡断路 4.(2013新·课标Ⅰ·23)某学生实验小组利用图18所示电路,测量多用电表内电池的电动势 和电阻“×1k”挡内部电路的总电阻.使用的器材有: 图18 多用电表;电压表: 量程5V,内阻十几千欧;滑动变阻器: 最大阻值5kΩ;导线若干. 回答下列问题: (1)将多用电表挡位调到电阻“×1k”挡,再将红表笔和黑表笔__________,调零点. (2)将图19中多用电表的红表笔和________(选填“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19所示,这时电压表的 示数如图20所示.多用电表和电压表的读数分别为________kΩ和________V. 图19图20 (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 第12页共15页 分别为12.0kΩ和4.00V.从测量数据可知,电压表的内阻为________kΩ. (5)多用电表欧姆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21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_
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