高考复习方案全国卷地区专用届高考物理一轮复习 实验10 多用电表的使用 新人教版.docx
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高考复习方案全国卷地区专用届高考物理一轮复习实验10多用电表的使用新人教版
实验10 多用电表的使用
一、实验目的
1.了解多用电表的构造和原理,掌握多用电表的使用方法;
2.会用多用电表测电压、电流及电阻;
3.会用多用电表探索黑箱中的电学元件.
二、实验器材
多用电表,干电池,____________,定值电阻(标明阻值为几欧、几十欧、几百欧、几千欧的各一个),小螺丝刀,______________.
考点一 多用电表的原理和读数
1.欧姆表原理
欧姆表是依据闭合电路的欧姆定律制成的,电路构造如图S101所示.
图S101
当红、黑表笔短接并调节调零电阻R使指针满偏时,有
Ig=
=
①
当表笔间接入待测电阻Rx时,有Ix=
②
由①②式得Ix=
Ig ③
当Rx=R中时,Ix=
Ig,指针指在表盘刻度中心,故称R中为欧姆表的中值电阻,也是欧姆表的内阻.
由②式可知每一个Rx都有一个对应的电流值Ix,如果在刻度盘上直接标出与Ix对应的Rx的值,那么当红、黑表笔分别接触待测电阻的两端时,就可以从表盘上直接读出它的阻值.
由Ix=
Ig知电流和电阻为非线性关系,表盘上电流刻度是均匀的,其对应的电阻刻度是不均匀的,电阻的零刻度在电流满刻度处.
2.用多用电表测电阻的步骤:
(1)调整定位螺丝,使指针指向电流的零刻度.
(2)将选择开关置于欧姆挡的“×1”挡,短接红、黑表笔,调节欧姆调零旋钮,然后断开表笔,再使指针指向∞.
(3)将两表笔分别接触阻值为几十欧的定值电阻两端,读出指示的电阻值,然后断开表笔,再与标定值进行比较.
(4)选择开关改置“×100”挡,重新进行欧姆调零.
(5)再将两表笔分别接触标定值为几千欧的电阻两端,读出指示的电阻值,然后断开表笔,与标定值进行比较.
(6)测量完毕,将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡.
1[2020·新课标全国卷Ⅰ]某学生实验小组利用图S102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S102
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S102中多用电表的红表笔和________(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S103甲所示,这时电压表的示数如图乙所示.多用电表和电压表的读数分别为________kΩ和________V.
甲 乙
图S103
(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)多用电表电阻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S104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________V,电阻“×1k”挡内部电路的总电阻为________kΩ.
图S104
式题如图S105甲为多用电表的示意图,现用它测量一个阻值约为20Ω的电阻,测量步骤如下:
图S105
(1)调节________,使电表指针停在________(填“电阻”或“电流”)的“0”刻线.
(2)将选择开关旋转到欧姆挡的________(填“×1”“×10”“×100”或“×1k”)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________(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.
■注意事项
(1)表内电源正极接黑表笔,负极接红表笔,但是红表笔插入“+”插孔,黑表笔插入“-”插孔,注意电流的实际方向应为“红入黑出”.
(2)区分“机械零点”与“欧姆零点”.机械零点是表盘刻度左侧的“0”位置,调整的是表盘下边中间的指针定位螺丝;欧姆零点是指刻度盘右侧的“0”位置,调整的是欧姆调零旋钮.
(3)读数时注意乘以相应挡位的倍率.
(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进行欧姆调零.
(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.
考点二 用多用电表探索黑箱内的电学元件
判断目的
应用挡位
现象
电源
电压挡
两接线柱正、反接时均无示数说明无电源
电阻
欧姆挡
两接线柱正、反接时示数相同
二极管
欧姆挡
正接时示数很小,反接时示数很大
电容器
欧姆挡
指针先指向某一小阻值,后逐渐增大到“∞”,且指针摆动越来越慢
电感线圈
欧姆挡
示数由“∞”逐渐减小到某一较小固定示数
2[2020·江苏卷]如图S106甲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.
甲 乙
图S106
(1)在使用多用电表前,发现指针不在左边“0”刻度线处,应先调整图中多用电表的________(选填“A”“B”或“C”).
(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.两表笔分别接a、b时,多用电表的示数如图乙所示.
请将记录表补充完整,并在黑箱图中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、c
10.0Ω
b、c
15.0Ω
式题[2020·全国卷]在黑箱内有一由四个阻值相同的电阻构成的串、并联电路,黑箱面板上有三个接线柱1、2和3.用欧姆表测得1、2接线柱之间的电阻为1Ω,2、3接线柱之间的电阻为1.5Ω,1、3接线柱之间的电阻为2.5Ω.
(1)在虚线框中画出黑箱中的电阻连接方式.
(2)如果将1、3接线柱用导线连接起来,1、2接线柱之间的电阻为________Ω.
考点三 数据处理与误差分析
1.由于欧姆表表盘刻度不均匀(左密右疏),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,使指针指在中央附近,读数需要估读到最小刻度下一位;
2.读数时易形成偶然误差,要垂直表盘正对指针读数.
3[2020·新课标全国卷Ⅱ]某同学用量程为1mA、内阻为120Ω的表头按图S107(a)所示电路改装成量程分别为1V和1A的多用电表.图中R1和R2为定值电阻,S为开关.回答下列问题:
(1)根据图(a)所示的电路,在图(b)所示的实物图上连线.
(2)开关S闭合时,多用电表用于测量________(填“电流”“电压”或“电阻”);开关S断开时,多用电表用于测量________(填“电流”“电压”或“电阻”).
(3)表笔A应为________色(填“红”或“黑”).
(4)定值电阻的阻值R1=________Ω,R2=________Ω.(结果取3位有效数字)
(a) (b)
图S107
式题某同学想用以下器材组装一只欧姆表,并比较精确地测量一只电阻的阻值(几千欧).
A.电流计:
满偏电流为1mA,内阻为20Ω
B.电流计:
满偏电流为0.6A,内阻为5Ω
C.电动势15V、内阻5Ω的直流电源
D.电动势3V、内阻3Ω的直流电源
E.最大阻值为5000Ω的滑动变阻器
F.最大阻值为100Ω的滑动变阻器
(1)以上器材应选用________(填字母),并在下面的方框内画出所组装的欧姆表的内部电路结构图.
K
(2)欧姆表调零后,滑动变阻器被接入电路部分的阻值为________Ω.
(3)若用此欧姆表测量电阻,发现指针指在满偏电流的三分之一处,则此电阻的阻值约为________Ω.
(4)如果电池长期未用,导致内阻增大,电动势基本不变,且仍然能正常调零,这将导致测量的结果________(选填“偏大”“偏小”或“准确”).
考点四 同类实验拓展与创新
多用电表当作欧姆表使用时内有电源,往往会应用闭合电路的欧姆定律、电动势和内阻的测定等知识,往往涉及的变形有:
(1)与电压表串联形成闭合电路,则E=U+
r,通过计算得到E;
(2)与电流表串联形成闭合电路,则E=I(RA+r),通过计算得到E.
4[2020·安徽卷]某同学为了测量一个量程为3V的电压表的内阻,进行了如下实验.
(1)他先用多用电表进行了正确的测量,测量时指针位置如图S108甲所示,得出电压表的内阻为3.00×103Ω,此时电压表的指针也偏转了.已知多用电表欧姆挡表盘中央刻度值为“15”,表内电池电动势为1.5V,则电压表的示数应为________V(结果保留两位有效数字).
甲 乙
图S108
(2)为了更准确地测量该电压表的内阻RV,该同学设计了图乙所示的电路图,实验步骤如下:
A.断开开关S,按图乙连接好电路;
B.把滑动变阻器R的滑片P滑到b端;
C.将电阻箱R0的阻值调到零;
D.闭合开关S;
E.移动滑动变阻器R的滑片P的位置,使电压表的指针指到3V位置;
F.保持滑动变阻器R的滑片P位置不变,调节电阻箱R0的阻值,使电压表指针指到1.5V位置,读出此时电阻箱R0的阻值,此值即为电压表内阻RV的测量值;
G.断开开关S.
实验中可供选择的实验器材有:
a.待测电压表
b.滑动变阻器:
最大阻值2000Ω
c.滑动变阻器:
最大阻值10Ω
d.电阻箱:
最大阻值9999.9Ω,阻值最小改变量为0.1Ω
e.电阻箱:
最大阻值999.9Ω,阻值最小改变量为0.1Ω
f.电池组:
电动势约6V,内阻可忽略
g.开关,导线若干
按照这位同学设计的实验方法,回答下列问题:
①要使测量更精确,除了选用电池组、导线、开关和待测电压表外,还应从提供的滑动变阻器中选用________(选填“b”或“c”),电阻箱中选用________(选填“d”或“e”).
②电压表内阻RV的测量值R测和真实值R真相比,R测________R真(选填“>”或“<”);若RV越大,则
越________(填“大”或“小”).
式题在物理课外活动中,刘聪同学制作了一个简单的多用电表,图S109甲为电表的电路图.已知选用的电流表内阻Rg=10Ω,满偏电流Ig=10mA,当选择开关接3时为量程为250V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,由于粗心上排刻度线对应数据没有标出.
图S109
(1)若指针指在图乙所示位置,选择开关接1时其读数为________;选择开关接3时其读数为________.
(2)为了测该多用电表电阻挡的电阻和表内电源的电动势,刘聪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________,调节R1的阻值使电表指针满偏;
②将电表红、黑表笔与电阻箱相连,调节电阻箱使电表指针指C处,此时电阻箱的示数如图丙所示,则C处刻度应为________Ω.
③计算得到多用电表内电源的电动势为________V.(保留两位有效数字)
④调零后,将电表红、黑表笔与某一待测电阻相连,若指针指在图乙所在位置,则待测电阻的阻值为________Ω.(保留两位有效数字)
1.如图S1010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S1010
(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的直流电流挡测量电流时,表针指于图示位置,则所测电流为________mA;当选用量程为250mA的直流电流挡测量电流时,表针指于图示位置,则所测电流为________mA.
(3)当选用量程为10V的直流电压挡测量电压时,表针也指于图示位置,则所测电压为________V.
2.[2020·宁夏银川一模]在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,某同学连接了如图S1011甲所示的实物电路图.闭合开关,发现灯泡不亮,电流表的示数为零.
图S1011
(1)他借助多用电表检查小灯泡,先断开开关,把多用电表的选择开关旋到“×1”挡,再进行________调零;又将红、黑表笔分别接触①、②接线柱,此时多用电表的表盘如图乙所示,说明小灯泡正常,此时灯丝的电阻为________Ω.
(2)他将多用电表的选择开关旋于某直流电压挡,将红、黑表笔分别接触②、③接线柱,闭合开关,发现电压表的示数约等于电源的电动势,说明②、③接线柱间的导线出现了________(选填“断路”或“短路”).
(3)故障排除后,为了使电流表的示数从零开始,要在________接线柱间(选填“①、④”或“③、④”)再连接一根导线,并在闭合开关前把滑动变阻器的滑片置于最________端(选填“左”和“右”).
3.[2020·山西太原联考]指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器,请完成下列问题:
(1)在使用多用电表测量时,指针的位置如图S1012甲所示,若选择开关拨至“×1Ω”挡,则测量的结果为________;若选择开关拨至“50mA”挡,则测量结果为________.
图S1012
(2)多用电表测未知电阻阻值的电路如图乙所示,电池的电动势为E,内阻为r,R0为调零电阻,Rg为表头内阻,电路中电流I与待测电阻的阻值Rx关系图像如图丙所示,则该图像对应的函数关系式为___________________________________________________________.
(3)下列根据图丙中IRx图线做出的解释或判断中正确的是( )
A.因为函数图线是非线性变化的,所以欧姆表的示数左大右小
B.欧姆表调零的实质是通过调节R0使Rx=0时电路中的电流I=Ig
C.Rx越小,相同的电阻变化量对应的电流变化量越大,所以欧姆表的示数左密右疏
D.测量中,当Rx的阻值为图丙中的R2时,指针位于表盘中央位置的左侧
4.
(1)如图S1013所示为一黑箱装置,盒内有由两节干电池和几个电阻等元件组成的电路,a、b为黑箱的两个输出端,a端连接盒内电池的正极.
图S1013
为了探测黑箱,某同学准备进行以下几步测量:
①用多用电表的欧姆挡测量a、b间的电阻;
②用多用电表的直流电压挡测量a、b间的输出电压;
③用多用电表的直流电流挡测量a、b间的输出电流.
你认为以上测量中不妥的有_____________________(填序号),理由是______________________________________________________________________________.
(2)若他用多用电表测某电阻丝的电阻,已经调零且选择开关指向欧姆挡“×10”挡位,发现指针的偏转角度太大,这时他应将选择开关换成欧姆挡的“________”(选填“×100”或“×1”)倍率的挡位;调零后测量,其表盘及指针所指位置如图S1014所示,则此段电阻丝的电阻为________Ω.
图S1014
5.某照明电路出现故障,其电路如图S1015所示,该电路用标称值为12V的蓄电池作为电源,导线及其接触处完好.维修人员使用已调好的多用电表“直流50V”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S1015
(1)断开开关,红表笔接a点时多用电表指示如图S1016所示,读数为________V,说明题中________正常(选填:
蓄电池、保险丝、开关、小灯).
图S1016
(2)红表笔接b点,断开开关时,表针不偏转,闭合开关后,多用电表指示仍然和图S1016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).
实验10 多用电表的使用
【实验器材】
晶体二极管 电学黑箱
【考点互动探究】
考点一 多用电表的原理和读数
例1
(1)短接
(2)1
(3)15.0 3.60
(4)12.0
(5)9.00 15.0
[解析]
(1)多用电表调零时把两表笔短接相当把电路接通.
(2)根据流经电压表的电流是从正极流向负极,可判断出电流的方向;再根据对多用电表来说“红进黑出”即电流从红表笔流入,从黑表笔流出,可判断出红表笔接1.
(3)根据读数原则,最小刻度是1、0.1、0.01的都要估读一位.图甲中的指针指在15,而10~20间的最小刻度为1,所以读数为15.0;图乙中的电压表的最小刻度为0.1V,指针指在36格,所以读数为3.60V.
(4)当把滑动变阻器的电阻调为零时,相当于多用电表测的是电压表的电阻,所以多用电表的读数即为电压表的内阻.
(5)根据多用电表的原理,其中值电阻等于其内阻,即选“×1k”挡时的内阻为15.0kΩ,此时滑动变阻器接入电路的阻值调为零,相当于只有多用电表和电压表构成一回路,此时I=
=
,可得E=9.00V.
变式题
(1)指针定位螺丝 电流
(2)“×1”
(3)欧姆调零旋钮 电阻 (4)19.0
[解析]使用多用电表欧姆挡,先机械调零.测量20Ω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19.0Ω.
考点二 用多用电表探索黑箱内的电学元件
例2
(1)A
(2)短暂
(3)5.0 如图所示
[解析]
(1)在使用多用电表时发现指针不在左边“0”刻度线处,则需要进行机械调零,即调节A;
(2)在用直流电压挡探测黑箱a、b接点间是否有电源时,一个表笔接a,另一个表笔应短暂接b,防止电流过大烧毁电表;
(3)每对接点间正、反向电阻相等,说明黑箱中只有电阻,由于选择开关选择的是“×1”挡,因此两表笔分别接a、b时,多用电表的示数从表盘中读出为5.0Ω,根据表格中数据,可知各接点间的电阻连接如图所示.
变式题
(1)如图所示
(2)0.6
[解析]
(1)因为1、2接线柱之间的电阻与2、3接线柱之间的电阻之和等于1、3接线柱之间的电阻,所以2为中间的结点,又因为2、3接线柱之间的电阻与1、2接线柱之间的电阻的差等于1、2接线柱之间的电阻的一半,故2、3之间有两个电阻并联,后再与第三个电阻串联,每个电阻均为1Ω,连接方式如图所示.
(2)将1、3用导线相连后,等效电路如图所示:
1、2之间的等效电阻R=0.6Ω.
考点三 数据处理与误差分析
例3
(1)连线如图所示
(2)电流 电压
(3)黑
(4)1.00 880
[解析]
(1)根据电路图连接实物图,注意两表笔与表头的正负接线柱.
(2)根据“串联分压,并联分流”可知,当S断开时,多用电表测量电压;当S闭合时,多用电表测量电流.
(3)电流从红表笔流进多用电表,从黑表笔流出.从电路图中表头和表笔的接法可知电流从表笔A流出,所以A为黑表笔.
(4)当S断开时为电压表,此时R2=
-120Ω=880Ω;当S闭合时为电流表,此时R1=
≈1.00Ω.
变式题
(1)ADE 如图所示
(2)2977 (3)6000
(4)准确
[解析]
(1)选取器材要能够满足欧姆表调零的要求,即I=
,调节滑动变阻器的滑片,当滑动变阻器的阻值最大时,电流应小于电流表的满偏电流Ig,综合考虑应选A、D、E.欧姆表的内部电路结构图如图所示.
(2)欧姆表调零时,由闭合电路的欧姆定律得E=Ig(r+Rg+R),代入数据解得:
R=2977Ω.
(3)测量电阻时,由闭合电路欧姆定律得:
E=I(R+Rg+r+Rx),由题意得I=
,代入数据解得Rx=6000Ω.
(4)由于电池的电动势不变,根据上面的分析可知,测量的结果准确.
考点四 同类实验拓展与创新
例4
(1)1.0
(2)①c d ②> 小
[解析]
(1)已知电压表的内阻RV=3.0×103Ω,由于欧姆表的内阻等于中值电阻,所以欧姆表的内阻r=1.5×103Ω,根据分压关系可得电压表示数为1.0V.
(2)①根据分压电路的滑动变阻器的阻值小,测量支路的电阻变化对其所分得的电压影响小,因此滑动变阻器选择c,由于电压表的内阻约为3.0×103Ω,故电阻箱选择d.
②由于电阻箱串联接入测量支路,测量支路电阻增加,造成测量支路的电压大于3.0V,电阻箱两端的电压大于1.5V,因此R测>R真.RV越大,测量支路电阻越大,测量支路的电压越接近3.0V,电阻箱的电压越接近1.5V,因此R测越接近R真,相对误差越小.
变式题
(1)6.80mA 170V
(2)①短接
②150 ③1.5 ④71
[解析]
(1)选择开关接1时测电流,其分度值为0.2mA,示数为6.80mA;选择开关接3时测电压,其分度值为5V,其示数为170V.
(2)①选挡后,进行欧姆调零,即红、黑表笔短接,调节R1的阻值使电表指针满偏;
②由图丙可知,电阻箱示数为0×1000Ω+1×100Ω+5×10Ω+0×1Ω=150Ω;
③由图乙可知,指针指在C处时,电流表示数为5mA=0.005A,C处电阻为中值电阻,则电表内阻为150Ω,电源电动势E=IR总=0.005×300V=1.5V;
④由闭合电路的欧姆定律有I=
,即6.80mA=
,解得R=71Ω.
【教师备用习题】
1.在“测定金属丝电阻率”的实验中,某同学连接的电路如图所示.闭合开关后,发现电路有故障(已知电源、电表和导线均完好,电源电动势为E).
(1)若电流表示数为零、电压表示数为E,则发生故障的是________(填“待测金属丝”“滑动变阻器”或“开关”).
(2)若电流表、电压表示数均为零,该同学利用多用电表检查故障.先将选择开关旋至________挡(填“欧姆×100”“直流电压10V”或“直流电流2.5mA”),再将________(填“红”或“黑”)表笔固定在a接线柱,把另一支表笔依次接b、c、d接线柱.若只有滑动变阻器断路,则多用电表的示数依次是________、________、________.
[答案]
(1)待测金属丝
(2)直流电压10V 红 0 E E
[解析]
(1)电流表示数为零,说明电路断路,由于电压表示数为E,说明电压表两端与电源相连,因而待测金属丝断路.
(2)判断电路故障问题,应利用多用电表的直流电压挡,电流应从多用电表的红表笔流入,因而红表笔应与a接线柱相连,当只有滑动变阻器断路时,黑表笔接b时,多用电表不能与电源形成