(鲁京津琼)2020版高考物理总复习第八章恒定电流实验用多用电表测量电学中的物理量教案

实验 用多用电表测量电学中的物理量

一、基本原理与操作

装置及器材 操作要领 (1)机械调零：使用前注意机械调零。 (2)电流方向：在使用多用电表时，必须保证电流总是“红入”“黑出”。 (3)测电阻的三关键 ①选挡：指针指中值附近较准，否则换挡。 ②欧姆调零：选择挡位后或每换一挡必须重新进行欧姆调零。 ③读数：读出示数要乘以倍率。 (4)使用完毕：选择开关置于“OFF”挡或交 二、数据处理 流电压最高挡，长期不用应取出电池。 1.测电阻时，电阻值等于指针的示数与倍率的乘积。指针示数的读数一般读两位有效数字。 2.测电压和电流时，如果所读表盘的最小刻度为1、0.1、0.01等，读数时应读到最小刻度的下一位，若表盘的最小刻度为0.2、0.02、0.5、0.05等，读数时只读到与最小刻度位数相同即可。 误差分析

(1)多用电表内的电池用旧后，电动势会减小，内阻会变大，致使电阻测量值偏大，要及时更换新电池。

(2)欧姆表的表盘刻度不均匀，估读时易带来误差，要注意其左密右疏的特点。

(3)由于欧姆表刻度的非线性，表头指针偏转过大或过小都会使误差增大，因此要选用恰当挡位，尽可能使指针指向表盘的中值刻度附近。

(4)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。 (5)读数时的观测易造成偶然误差，视线要垂直表盘正对指针读数。

教材原型实验

【例1】 如图1甲为多用电表的示意图，现用它测量一个阻值约为20 Ω的电阻，测量步骤如下：

图1

(1)调节________ ，使电表指针停在________ (选填“电阻”或“电流”)的“0”刻线。 (2)将选择开关旋转到“Ω”挡的______ (选填“×1”“×10”“×100”或“×1 k”)位置。

(3)将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔，并将两表笔短接，调节________ ，使电表指针对准________ (选填“电阻”或“电流”)的“0”刻线。

(4)将红、黑表笔分别与待测电阻两端相接触，若电表读数如图乙所示，该电阻的阻值为________ Ω。

(5)测量完毕，将选择开关旋转到“OFF”位置。

解析 使用多用电表欧姆挡，先机械调零。中值电阻为15 Ω，测量20 Ω的电阻时，要使用“×1”的倍率，然后进行欧姆调零；由刻度盘和倍率可知，测量电阻的阻值为19 Ω。 答案 (1)指针定位螺丝 电流 (2)×1 (3)欧姆调零旋钮 电阻 (4)19

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)。

命题角度1 用多用电表检测电路故障

【例2】 如图2所示是某同学连接的实验实物图，合上开关S后，发现A、B灯都不亮，他采用下列两种方法检查故障：

实验拓展创新

图2

(1)用多用电表的直流电压挡进行检查

①在测试a、b间直流电压时，红表笔应接触________ (选填“a”或“b”)。

②该同学测试结果如下表所示，根据测试结果，可以判定故障是________ (假设只有下列中的某一项有故障)。

测试点 电压示数 有示数 有示数 无示数 有示数 a、b c、b c、d d、f A.灯A断路 C.c、d段断路 (2)用欧姆挡检查

B.灯B短路 D.d、f段断路

①测试前，应将开关S________ (选填“断开”或“闭合”)。 ②测试结果如下表所示，由此可以断定故障是________ 。

测试点 表头指示位置 B.灯B断路 D.d、e间导线断路

c、d d、e e、f A.灯A断路 C.灯A、B都断路

解析 (1)测试时红表笔应接电势高的a点。根据测试结果，a、b间有示数，说明b→电源→a完好；c、b间有示数，说明b→电源→a→c完好；c、d间无示数，说明c→e→f→b有断路；

d、f间有示数，说明f→b→电源→a→c→d电源完好，故应是d、f段断路，另外，若灯B短

路，则d、f间应无示数。

(2)用欧姆挡检查时，测试前应首先将开关S断开。根据表针偏转情况，接c、d时有示数，说明不是灯A断路；接e、f时有示数，说明也不是灯B断路；接d、e时有电阻无穷大，可以断定是d、e间导线断路。 答案 (1)①a ②D (2)①断开 ②D

多用电表检测电路故障的方法

(1)电流挡检测：将多用电表串联在电路中，若示数为零，说明与电流表串联的部分电路断路。 (2)电压挡检测：将多用电表与部分电路并联，若示数为零，说明该部分电路完好.若示数等于电动势，说明该部分电路中有断点。

(3)欧姆挡检测：将各元件与电源断开，然后接到红、黑表笔间，若电阻无穷大说明此元件断路。

命题角度2 用多用电表探测电学“黑箱” 问题

【例3】 (2019·潍坊模拟)如图3所示，已知黑箱外有A、B、C三只接线柱，黑箱内有一只定值电阻和一个二极管，它们的两端都直接接在接线柱上。用多用电表依次测三只接线柱间的阻值，结果如下表所示。请判定黑箱内的结构。

图3

红表笔 黑表笔 阻值/Ω A B 100 A C 150 B C 50 C B 2 000 C A 2 100 B A 100 解析 先由二极管的反向截止的性质分析，由表可知，接BC和CB时测量结果不同，故在BC间一定有二极管存在；同理可知在AC间也有二极管存在，并且AC间的正向电阻大于BC之间的正向电阻，说明AC间包含电阻；而接AB和BA时电阻不变；故说明AB间只有电阻，BC间接二极管。所以黑箱内的结构为：

答案 见解析

探测电学“黑箱”内的电学元件的判断方法

判断元件 电源 电阻 二极管 应用挡位 电压挡 欧姆挡 欧姆挡 现象 两接线柱正、反接时均无示数说明无电源 两接线柱正、反接时示数相同 正接时示数很小，反接时示数很大

1.(2019·西城区月考)如图4所示为多用电表的刻度盘。若选用倍率为“×100”的欧姆挡测电阻时，表针如图所示，则：

图4

(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2.0×10 Ω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“×1 k”)。

(2)用此多用电表进行测量，当选用量程为50 mA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250 mA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10 V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1.5×10 Ω；测2.0×10 Ω电阻时应选“×1 k”的欧姆挡。

(2)选50 mA直流电流挡，则每一大格表示10 mA，每一小格表示1 mA，测量的精确度为1 mA，应估读到0.1 mA(此时为1/10估读)，指针对应的读数为30.7 mA；选择量程为250 mA的电流挡，则每一大格表示50 mA，每一小格表示5 mA，测量的精确度为5 mA，应估读到1 mA(此时为1/5估读)，指针对应的读数为 153 mA。

(3)选择10 V电压挡，则每一大格表示2 V，每一小格表示0.2 V，测量的精确度为0.2 V，应估读到0.1 V(此时应为1/2估读)，指针对应的读数为6.1 V。

答案 (1)1.5×10 ×1 k (2)30.7(30.5～30.9都正确) 153(152～1都正确) (3)6.1 2.(2019·杭州模拟)在物理课外活动中，李刚老师制作了一个简单的多用电表，图5甲为电表的电路原理图。已知选用的电流表内阻Rg＝10 Ω、满偏电流Ig＝

10 mA，当选择开关接3时为量程250 V的电压表。该多用电表表盘如图乙所示，下排刻度均匀，C为上排刻度线的中间刻度，为考察大家对多用电表的理解上排刻度线对应数值没有标出。

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4

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图5

(1)若指针指在图乙所示位置，选择开关接1时其读数为________ mA；选择开关接3时其读数为________ V。

(2)为了测该多用电表欧姆挡的电阻和表内电源的电动势，指导小明同学在实验室找到了一个电阻箱，设计了如下实验：

①将选择开关接2，红黑表笔短接，调节R1的阻值使电表指针满偏。

②将多用电表红黑表笔与电阻箱相连，调节电阻箱使多用电表指针指在C处，此时电阻箱如图丙所示，则C处刻度应为________ Ω。

③计算得到多用电表内电池的电动势为________ V。(保留2位有效数字)

(3)调零后将电表红黑表笔与某一待测电阻相连，若指针指在图乙所示位置，则待测电阻的阻值为________ Ω。(保留2位有效数字)

解析 根据电表量程由图示电表确定其分度值，根据指针位置读出其示数；电阻箱各指针示数与所对应倍率的乘积之和是电阻箱示数；由闭合电路欧姆定律可以求出电源电动势。 (1)选择开关接1时测电流，多用电表为量程是10 mA的电流表，其分度值为

0.2 mA，示数为6.9 mA；选择开关接3时测电压，多用电表为量程250 V的电压表，其分度值为5 V，其示数为173 V；

(2)②由图丙所示电阻箱可知，电阻箱示数为1×100 Ω＋5×10 Ω＝150 Ω；

③由图乙所示可知，指针指在C处时，电流表示数为5 mA＝0.005 A，C处电阻为中值电阻，则电表内阻为150 Ω，电源电动势E＝IR＝1.5 V；

(3)根据第(1)问可知，调零后将电表红黑表笔与某一待测电阻相连，此时电路中的电流值为6.9 mA，而表内电池的电动势为E＝1.5 V，表内总电阻为150 Ω，所以待测电阻的阻值为67 Ω。

答案 (1)6.9 173 (2)②150 ③1.5 (3)67

3.某照明电路出现故障，其电路如图6所示，该电路用标称值12 V的蓄电池为电源，导线及其接触完好。维修人员使用已调好的多用表直流50 V挡检测故障。他将黑表笔接在c点，用红表笔分别探测电路的a、b点。

图6

图7

(1)断开开关，红表笔接a点时多用表指示如图7所示，读数为________V，说明__________正常(选填：蓄电池、保险丝、开关、小灯)。

(2)红表笔接b点，断开开关时，表针不偏转，闭合开关后，多用表指示仍然和图4相同，可判定发生故障的器件是__________(选填：蓄电池、保险丝、开关、小灯)。

解析 (1)由题图可知，直流50 V挡的最小分度为1 V，故按“十分之一”估读法可知读数应为11.5 V左右。由于测得的电压基本等于蓄电池电动势的标称值，说明a、c两点与电源之间是通路，只能是此电池之外的保险丝、开关、小灯中出现了断路故障，但故障的具体位置不能确定。(2)同理可知，两表笔接c、b时测得结果仍等于电源电动势，说明多用表、开关、保险丝、蓄电池形成了一闭合回路，故只能是与多用表并联的小灯发生了断路故障。 答案 (1)11.5(11.2～11.8之间的值均可) 蓄电池 (2)小灯 4.在“用多用电表测量电学中的物理量”的实验中：

图8

(1)某同学用多用电表测量电阻，电路如图8甲所示，若选择开关置于“×100”挡，按正确使用方法测量电阻Rx的阻值，指针位于图乙所示位置，则Rx＝________Ω。

(2)若该欧姆表使用一段时间后，电池电动势变小，内阻变大，但此表仍能调零，按正确使用方法再测上述Rx，其测量结果与原结果相比将________(选填“变大”“变小”或“不变”)。 (3)某同学利用图甲中的器材设计了一只欧姆表，其电路如图丙所示。 ①关于该欧姆表，下列说法正确的是________。 A.电阻刻度的零位置在表盘的右端 B.表盘上的电阻刻度是均匀的 C.测量前，不需要红、黑表笔短接调零 D.测量后，应将开关S断开

②某同学进行如下操作：当Rx未接入时，闭合开关S，将红、黑表笔分开时，调节可变电阻，使电流表满偏。当Rx接入A、B表笔之间时，若电流表的指针指在表盘的正，则待测电阻

Rx的阻值为________(已知电流表的内阻为Rg，电池的内阻为r，可变电阻接入电路的阻值为R)。

解析 (1)欧姆表的示数乘以相应挡位的倍率，即待测电阻的阻值，图示读数为7×100 Ω＝700 Ω。

(2)当电池电动势变小、内阻变大时，欧姆表需要重新调零，由于满偏电流Ig不变，由公式Ig

＝＝

E可知，欧姆表内阻R内应调小，待测电阻的测量值是通过电流表的示数体现出来的，由IR内

ER内＋Rx＝IgR内Ig

＝可知，当R内变小时，I变小，指针跟原来的位置相比偏左了，欧姆R内＋RxRx1＋R内

表的示数变大了。

(3)①由图丙可知，该欧姆表利用并联电路特点与闭合电路欧姆定律测电阻阻值，电阻刻度的零位置在表盘的左端，由闭合电路欧姆定律可知，表盘上的电阻刻度是不均匀的，测量前，不需要红、黑表笔短接调零，测量后，应将开关S断开，故选项A、B错误，C、D正确。 ②当Rx未接入时，闭合开关S，将红、黑表笔分开，调节可变电阻使电流表满偏，由闭合电路欧姆定律得Ig＝

E，当Rx接入A、B表笔之间时，若电流表的指针指在表盘的正，

r＋Rg＋RERgRxr＋R＋Rg＋Rx·（R＋r）Rg

，联立解得Rx＝。 Rg＋RxR＋r＋Rg

1

由闭合电路欧姆定律得Ig＝2

Rx（R＋r）Rg

答案 (1)700 (2)变大 (3)①CD ②

R＋r＋Rg5.在“用多用电表测量电学中的物理量”的实验中：

(1)在测量小灯泡的电阻时，红表笔接触点的电势比黑表笔__________；(填“高”或“低”) (2)某同学把选择开关打到“×1”挡，转动欧姆调零旋钮，发现无法调零，则他应__________。 A.用力转动欧姆调零旋钮

B.先用螺丝刀转动指针定位螺丝机械调零 C.更换多用电表的电池 D.作报废处理，换新的多用电表

(3)在多用电表进行测量时，指针的位置如图9所示，若多用电表的选择开关处在以下表格中所指的挡位，请写出对应指针读数。

图9

所选择的挡位 直流电压10 V 电阻“×10”挡 指针读数 (4)小徐同学要进行二极管正反向电阻测量实验，他可选用以下器件中的__________。(填字母)

解析 (1)欧姆表的红表笔与其内置电源的负极相连接，黑表笔与欧姆表内置电源正极相连接，在测量小灯泡的电阻时，红表笔接触点的电势比黑表笔低。

(2)把选择开关打到“×1”挡，转动欧姆调零旋钮，无法调零，可能是多用电表没有进行机械调零造成的，他可以用螺丝刀转动指针定位螺丝进行机械调零，然后再进行欧姆调零，故选B。

(3)多用电表选择直流电压10 V挡，由图示可知，其分度值为0.2 V，示数为3.6 V；选择开关置于电阻“×10”挡，由图示表盘可知，其示数为26×10 Ω＝260 Ω。

(4)由图示可知，A是电容器，C是电阻，B、D是二极管，因此可以选择B、D进行实验。 答案 (1)低 (2)B (3)3.6 V 260 Ω (4)BD