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实验十一　用多用电表测量电学中的物理量
目标要求　1.了解多用电表的构造和工作原理.2.会用多用电表测量电压、电流.3.测量定值电阻和判断二极管的正负极.4.会用多用电表进行简单的电路故障分析．
实验技能储备
1．认识多用电表
(1)多用电表可以用来测量电流、电压、电阻等，并且每一种测量项目都有几个量程．
(2)外形如图所示：上半部分为表盘，表盘上有电流、电压、电阻等多种量程的刻度；下半部分为选择开关，它的四周刻有各种测量项目和量程．
多用电表面板上还有：欧姆表的欧姆调零旋钮(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)．
2．用多用电表测量小灯泡的电压和电流
按如图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．红表笔接电势高(填“高”或“低”)的点．
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．此时电流从红色表笔流入电表．
3．用多用电表测定值电阻的阻值
(1)原理
电路图
I与Rx的对应关系 相当于待测电阻Rx＝0，调节R使I＝Ig＝，即表头满偏(RΩ＝Rg＋r＋R) 相当于待测电阻Rx＝∞，此时I＝0，指针不偏转 待测电阻为Rx，I＝ ，指针指到某确定位置
刻度特点 表头电流满偏Ig处，对应欧姆表零刻度(右侧) 表头电流I＝0处，对应欧姆表∞刻度(左侧) 表头电流I与电阻Rx一一对应，但不是线性关系，表盘刻度不均匀
(2)注意：①黑表笔与电源的正极连接，红表笔与电源的负极连接，电流方向为“红进黑出”．
②当多用电表指针指在中央时＝，知中值电阻R中＝RΩ.
(3)测量步骤
①估测待测电阻阻值．
②欧姆调零．
③将被测电阻接在红黑表笔之间．
④读数：指针示数乘以倍率．
⑤使用完毕：选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡，长期不用应取出电池．
(4)注意事项
①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，机械调零对应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，欧姆调零对应的是欧姆调零旋钮．
②使指针指在中值附近，否则换挡．
③测电阻时每换一次挡必须重新欧姆调零．
④手不能接触表笔的金属杆．
⑤测量电阻时待测电阻要与其他元件和电源断开．
4．用多用电表测二极管的正、反向电阻
(1)认识二极管：晶体二极管由半导体材料制成，它的符号如图所示，左端为正极，右端为负极．
特点：当给二极管加正向电压时电阻很小，当给二极管加反向电压时电阻很大．
(2)用欧姆挡判断二极管的正负极
将多用电表欧姆挡调零之后，若多用电表指针偏角很大，则黑表笔接触二极管的正极，红表笔接触二极管的负极(如图甲)；若多用电表指针偏角很小，则黑表笔接触二极管的负极，红表笔接触二极管的正极(如图乙)．
5．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
考点一　教材原型实验
考向1　多用电表原理及读数
例1　(2017·全国卷Ⅲ·23)图(a)为某同学组装完成的简易多用电表的电路图．图中E是电池；R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻，R6是可变电阻；表头的满偏电流为250 μA，内阻为 480 Ω.虚线方框内为换挡开关，A端和B端分别与两表笔相连．该多用电表有5个挡位，5个挡位为：直流电压1 V挡和5 V挡，直流电流1 mA挡和2.5 mA 挡，欧姆×100 Ω挡．
(1)图(a)中的A端与________(填“红”或“黑”)色表笔相连接．
(2)关于R6的使用，下列说法正确的是________(填正确答案标号)．
A．在使用多用电表之前，调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置
B．使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置
C．使用电流挡时，调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置
(3)根据题给条件可得R1＋R2＝________Ω，R4＝________Ω.
(4)某次测量时该多用电表指针位置如图(b)所示．若此时B端是与“1”相连的，则多用电表读数为__________；若此时B端是与“3”相连的，则读数为________；若此时B端是与“5”相连的，则读数为____________．(结果均保留3位有效数字)
答案　(1)黑　(2)B　(3)160　880　(4)1.47 mA　1．10 kΩ　2.94 V
解析　(1)当B端与“3”连接时，内部电源与外部电路形成闭合回路，电流从A端流出，故A端与黑色表笔相连接．
(2)在使用多用电表之前，调整表头指针定位螺丝使电表指针指在表盘左端电流“0”位置，选项A错误；使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置，选项B正确；使用电流挡时，电阻R6不在闭合电路中，调节无效，选项C错误．
(3)根据题给条件可知，当B端与“2”连接时，表头与R1、R2组成的串联电路并联，此时为量程1 mA的电流挡，由并联电路两支路电流与电阻成反比知，＝＝，解得R1＋R2＝160 Ω.
当B端与“4”连接时，表头与R1、R2组成的串联电路并联后再与R4串联，此时为量程1 V的电压挡，表头与R1、R2组成的串联电路并联后的总电阻为120 Ω，两端电压为0.12 V，由串联电路中电压与电阻成正比知：R4两端电压为0.88 V，则R4电阻为880 Ω.
(4)若此时B端是与“1”连接的，多用电表作为直流电流表使用，量程为2.5 mA，读数为1.47 mA.
若此时B端是与“3”连接的，多用电表作为欧姆表使用，读数为11×100 Ω＝1.10 kΩ.
若此时B端是与“5”连接的，多用电表作为直流电压表使用，量程为5 V，读数为2.94 V.
考向2　欧姆表的使用
例2　小明同学练习使用多用电表测电阻：
(1)如图甲所示，请根据下列步骤完成电阻测量：
①旋动________，使指针对准电流的“0”刻线．(填“S”或“T”)
②将K旋转到电阻挡“×10”的位置．
③将红、黑表笔短接，旋动________(填“S”或“T”)，使指针对准电阻的________刻线(填“0”或“∞”)．
④将两表笔分别与待测电阻相接，发现指针偏转角度过大．为了得到比较准确的测量结果，请从下列选项中挑出合理的步骤，并按________的顺序进行操作，再完成读数测量．
A．将K旋转到电阻挡“×100”的位置
B．将K旋转到电阻挡“×1”的位置
C．将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接
D．将两表笔短接，旋动合适部件，对电表欧姆调零
(2)正确操作后，读数如图乙所示，则阻值为________ Ω.
(3)若欧姆表内用一个新电池(电动势为1.5 V，内阻较小)，测得该电阻读数为R；然后更换另外品牌的新电池(电动势为1.5 V，内阻较大)，欧姆表调零后测得该电阻读数为R′，两次测量值R与R′相比，正确的是________．
A．R′＝R B．R′>R
C．R′＜R D．无法确定
答案　(1)①S　③T　0　④BDC　(2)19　(3)A
解析　(1)①S为机械调零旋钮，测量前应旋动部件S，使指针指在“0”刻度线；
③欧姆调零时，应旋动部件T，使指针对准电阻的“0刻线”；
④欧姆表指针偏转角度较大，说明所选挡位太大，应该换小挡位进行测量，应将旋转开关K置于电阻挡“×1”的位置，然后进行欧姆调零，再测电阻，因此合理的实验步骤是BDC；
(2)由题图乙可知，被测电阻为19 Ω；
(3)由欧姆表的结构可知，电源的内阻的变化，可以通过调零电阻的阻值的变化来抵消，两次的测量值是相等的，B、C、D错误，A正确．
考向3　使用多用电表测量二极管
例3　小明同学用多用电表探测发光二极管管脚的极性及阻值大小，他先将选择开关旋转到电阻“×100”挡，经过______(填操作名称)后将两表笔接触发光二极管的管脚，此时二极管阻值示数如甲图所示，则发光二极管的阻值为_____Ω；若实验中表笔与发光二极管的两个管脚两次接触的现象如乙图所示，可知发光二极管的长管脚为_____极(选填“正”或“负”)．
答案　欧姆调零　1 100　　正
解析　选择倍率后，要进行欧姆调零．
发光二极管的阻值为11.0×100 Ω＝1 100 Ω
根据多用电表红黑表笔的电流流向，电流由黑表笔流出多用电表，而黑表笔接触长管脚时，二极管发光，所以长管脚为正极．
考点二　用多用电表判断电路故障
例4　在如图甲所示的电路中，四节干电池串联，小灯泡A、B的规格均为“3.8 V　0.3 A”．合上开关S后，无论怎样移动滑片，A、B灯都不亮．
(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．2.5 V B．10 V C．50 V D．250 V
②测得c、d间电压约为5.8 V，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灯短路
(2)接着用欧姆表的“×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间电阻时，某次测量结果如图乙所示，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________________________．
答案　(1)①B　②A　(2)①断开　②6　e、f　12.7　温度高时灯丝电阻率大，计算出的电阻是灯丝温度高时的电阻(或测量出的电阻是常温下灯丝的电阻)
解析　(1)①因为电源的电动势大约为6 V，要使电压挡选择的量程安全以及准确，则选择开关应选择10 V的量程，故B正确；②测得c、d间电压约为5.8 V，接近电源电动势，e、f间电压为0，可知灯泡A断路，故A正确．
(2)①用欧姆表测量电阻时，开关应断开，使得待测电阻与电源不相连．②欧姆表的读数为6×1 Ω＝6 Ω，因为c、d间断路，知测量的是e、f间的电阻．根据R＝得，小灯泡正常发光时的电阻为R＝ Ω≈12.7 Ω.它不等于测量值，原因是温度高时灯丝电阻率大，计算出的电阻是灯丝温度高时的电阻(或测量出的电阻是常温下灯丝的电阻)．
考点三　探索创新实验
例5　(2019·全国卷Ⅲ·23)某同学欲将内阻为98.5 Ω、量程为100 μA的电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准，要求改装后欧姆表的15 kΩ刻度正好对应电流表表盘的50 μA刻度．可选用的器材还有：定值电阻R0(阻值14 kΩ)，滑动变阻器R1(最大阻值1 500 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值500 Ω)，电阻箱(0～99 999.9 Ω)，干电池(E＝1.5 V，r＝1.5 Ω)，红、黑表笔和导线若干．
(1)欧姆表设计
将图(a)中的实物连线组成欧姆表．欧姆表改装好后，滑动变阻器R接入电路的电阻应为________ Ω；滑动变阻器选________(填“R1”或“R2”)．
(2)刻度欧姆表表盘
通过计算，对整个表盘进行电阻刻度，如图(b)所示．表盘上a、b处的电流刻度分别为25和75，则a、b处的电阻刻度分别为________、________.
(3)校准
红、黑表笔短接，调节滑动变阻器，使欧姆表指针指向________ kΩ处；将红、黑表笔与电阻箱连接，记录多组电阻箱接入电路的电阻值及欧姆表上对应的测量值，完成校准数据测量．若校准某刻度时，电阻箱旋钮位置如图(c)所示，则电阻箱接入的阻值为________ Ω.
答案　(1)如图所示　900　R1
(2)45　5　(3)0　35 000.0
解析　(1)由题知当两表笔间接入15 kΩ的电阻时，电流表示数为50 μA，由闭合电路欧姆定律有＝，代入数据解得R＝900 Ω，所以滑动变阻器选择R1.
(2)欧姆表的内阻Rg′＝Rg＋r＋R0＋R＝15 kΩ，当电流为25 μA时，有＝，可得Rx′＝45 kΩ；当电流为75 μA时，有＝，可得Rx″＝5 kΩ.
(3)红、黑表笔短接，调节滑动变阻器，使欧姆表指针指向0 kΩ处．题图中电阻箱读数为 35 000.0 Ω.
课时精练
1．如图甲所示是多用电表欧姆挡内部的部分原理图，已知电源电动势E＝1.5 V，内阻r＝1 Ω，灵敏电流计满偏电流Ig＝10 mA，内阻rg＝90 Ω，表盘如图丙所示，欧姆表表盘中值刻度为“15”．
(1)多用电表的选择开关旋至“Ω”区域的某挡位时，其内部电路为图甲所示．将多用电表的红、黑表笔短接，进行欧姆调零，调零后多用电表的总内阻为________ Ω.某电阻接入红、黑表笔间，表盘如图丙所示，则该电阻的阻值为________ Ω.
(2)若将选择开关旋至“×1”，则需要将灵敏电流计________(选填“串联”或“并联”)一阻值为________ Ω的电阻，再进行欧姆调零．
(3)某同学利用多用电表对二极管正接时的电阻进行粗略测量，如图乙所示，下列说法中正确的是________(填选项前的字母)．
A．欧姆表的表笔A、B应分别接二极管的C、D端
B．双手捏住两表笔金属杆，测量值将偏大
C．若采用“×100”倍率测量时，发现指针偏角过大，应换“×10”倍率，且要重新进行欧姆调零
D．若采用“×10”倍率测量时，发现指针位于刻度“15”与“20”的正中央，测量值应略大于175 Ω
答案　(1)150　70　(2)并联　10　(3)AC
解析　(1)设欧姆表总内阻为R，短接时有
E＝IgR
代入数据计算得
R＝150 Ω
当半偏时有
E＝Ig(R＋R中)
所以R＝R中，所以选择的是“×10”挡位，根据题图丙可知该电阻的阻值为70 Ω.
(2)开关旋至“×1”，此时内阻R′＝R中′＝15 Ω，
短接时电流Im＝＝100 mA
所以给灵敏电流计并联一个分流电阻R0.
根据欧姆定律
R0＝＝10 Ω
(3)二极管具有单向导电性，由于表笔A与欧姆表内部电源正极相连，故需要表笔A、B应分别接二极管的C、D端，故A正确；实验测量时，手不能触碰金属杆，否则会将自身电阻并联进电路，测量值偏小，故B错误；若采用“×100”倍率测量时，发现指针偏角过大，说明电阻对该挡位来说太小，所以应该换小挡位，即“×10”倍率，且要重新进行欧姆调零，故C正确；欧姆表表盘刻度不均匀，“左密右疏”且越往左阻值越大，所以测量值应小于175 Ω，故D错误．
2．(2021·江苏省1月适应性考试·13)电流表改装成欧姆表的电路如图所示，两表笔直接相连时，指针指在表盘刻度“5”上．两表笔之间接有600 Ω的电阻时，指针指在刻度“1”上，求刻度“3”应标注的电阻值R.
答案　100 Ω
解析　指针指在刻度“5”时，电流表满偏，设为Ig，则指针指在刻度“3”和刻度“1”时的电流分别为Ig和Ig，
指针指在刻度“5”，由闭合电路欧姆定律得Ig＝
指针指在刻度“1”，由闭合电路欧姆定律得
Ig＝
解得R内＝150 Ω
指针指在刻度“3”，由闭合电路欧姆定律得：Ig＝
解得R＝100 Ω.
3．指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器．
(1)如图甲所示为某同学设计的多用电表的原理示意图．虚线框中S为一个单刀多掷开关，通过操作开关，接线柱B可以分别与触点1、2、3接通，从而实现使用多用电表测量不同物理量的不同功能．关于此多用电表，下列说法中正确的是________．(选填选项前面的字母)
A．当S接触点1时，多用电表处于测量电流的挡位，其中接线柱B接的是黑表笔
B．当S接触点2时，多用电表处于测量电压的挡位，其中接线柱B接的是黑表笔
C．当S接触点2时，多用电表处于测量电阻的挡位，其中接线柱B接的是黑表笔
D．当S接触点3时，多用电表处于测量电压的挡位，其中接线柱B接的是红表笔
(2)用实验室的多用电表进行某次测量时，指针在表盘的位置如图乙所示．
a．若所选挡位为直流50 mA挡，则示数为________ mA.
b．若所选挡位为电阻“×10”挡，则示数为________ Ω.
c．若所选挡位为电阻“×10”挡，则欧姆表表头内阻为________ Ω.
(3)用表盘为图乙所示的多用电表正确测量了一个约15 Ω的电阻后，需要继续测量一个阻值约2 kΩ的电阻．在用红、黑表笔接触这个电阻两端之前，请选择以下必需的步骤，并按操作顺序逐一写出步骤的序号：________.
A．将红表笔和黑表笔接触
B．把选择开关旋转到“×100”位置
C．把选择开关旋转到“×1k”位置
D．调节欧姆调零旋钮使表针指向欧姆零点
(4)某小组同学们发现欧姆表的表盘刻线不均匀，分析在同一个挡位下通过待测电阻的电流I和它的阻值Rx关系，他们分别画出了如图所示的几种图像，其中可能正确的是________．
(5)图丙为上题(图乙表盘的)多用电表电阻挡中某一挡位的原理示意图，其中电流表的满偏电流Ig＝100 μA，内阻Rg＝100 Ω，电池的电动势E＝1.5 V，内阻r＝0.5 Ω，则此时欧姆表为电阻______挡．
答案　(1)AC　(2)22.0　190　150　(3)BAD　(4)AC　(5)×1k
解析　(1)当S接触点2时，内部接电源，则多用电表处于测量电阻的挡位，因黑表笔接内部电源的正极，则接线柱B接的是黑表笔，选项B错误，C正确；当S接触点1时，电阻与表头并联，则多用电表处于测量电流的挡位，其中接线柱B接的是黑表笔，选项A正确；当S接触点3时，表头与电阻串联，则多用电表处于测量电压的挡位，其中接线柱B接的是黑表笔，选项D错误；
(2)a．若所选挡位为直流50 mA挡，则示数为22.0 mA；
b．若所选挡位为电阻×10 Ω挡，则示数为19×10 Ω＝190 Ω；
c．若所选挡位为电阻×10 Ω挡，则欧姆表表头内阻等于中值电阻，即为15×10 Ω＝150 Ω.
(3)用表盘为题图乙所示的多用电表正确测量了一个约15 Ω的电阻后，需要继续测量一个阻值约2 kΩ的电阻，则必须要换成“×100”挡，然后两表笔短接调零，其正确步骤是BAD.
(4)根据闭合电路的欧姆定律可知I＝
则＝Rx＋，故A、C正确．
(5)由闭合电路的欧姆定律Ig＝，即100×10－6 A＝，
解得R内＝15 kΩ
则此时欧姆表为电阻“×1 k”挡．
4．(1)如图甲所示，是欧姆表测未知电阻Rx阻值的原理图，电路中电池的电动势为E、内阻为r，R0为调零电阻，Rg为表头内阻，则电流I与待测电阻的阻值Rx关系式为：I＝________；(调零电阻接入电路的部分阻值用R0表示)
(2)I－Rx的关系图像如图乙所示，由图像判断下列说法正确的是________；
A．指针偏角越小，测量的误差越小
B．欧姆调零是当Rx＝0时，调节R0使电路中的电流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的阻值为图乙中的R2时，指针位于表盘中央位置的右侧
(3)用欧姆挡粗测电阻，选用 “×1 k”倍率挡测量，发现指针偏转角度过大，因此需选择________(选填“×10 k”或“×100”)倍率的挡位，换挡后应重新进行________(选填“欧姆”或“机械”)调零，测量时多用电表的示数如图丙所示，测量结果为Rx＝________Ω.
(4)为了精确地测量待测电阻Rx的阻值，实验室提供了下列器材：
A．电流表A1(量程为500 μA，内阻r1＝800 Ω)
B．电流表A2(量程为1.5 mA，内阻r2约为300 Ω)
C．滑动变阻器R(0～100 Ω，额定电流1 A)
D．定值电阻R1＝3 200 Ω
E．定值电阻R2＝200 Ω
F．电源(电动势E＝3.0 V，内阻约2 Ω)
G．开关S、导线若干
①要求通过待测电阻的电流调节范围尽量大，请将设计好的电路图画在虚线框中(标出器材的符号)．
②按正确的设计连接电路，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，读出电流表A1、A2的示数I1、I2，记录多组数据，并作出I1－I2图像如图丁所示，则待测电阻Rx＝__Ω(结果保留3位有效数字)．
答案　(1)　(2)BC　(3)“×100”　欧姆　1.9×103　(4)①见解析图　
②2.00×103(1.94×103 ～2.02×103)
解析　(1)根据闭合电路欧姆定律E＝I(Rg＋R0＋Rx＋r)
故I＝
(2)指针在表盘中间位置时的误差才较小，故A错误；欧姆调零是当Rx＝0时，调节R0使电路中的电流达到满偏电流，故B正确；根据I＝，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，故C正确；当Rx的阻值为题图乙中的R2时，Rx大于中值电阻，指针位于表盘中央位置的左侧，故D错误．
(3)指针偏转角度过大，说明选择的挡位较大，应该换“×100”倍率的挡位，换挡后应重新进行欧姆调零．
如题图丙所示，测量结果为Rx＝19×100 Ω＝1.9×103 Ω
(4)①电流表A1内阻已知，可与一定值电阻串联，改装成电压表，根据串并联关系，串联的电阻越大，改装成的电压表量程越大，当与R1串联时，量程为U1＝500×10－6×(800＋3 200) V＝2 V
电源电压为3 V，故电流表A1与R1串联比较合适．
改装后的电压表内阻为RV＝800 Ω＋3 200 Ω＝4 000 Ω
故采用电流表外接法．
因要求通过待测电阻的电流调节范围尽量大，故采用分压接法．电路图如下：
②根据串并联关系I2＝I1＋，I1＝I2
结合图像可知＝k＝≈
解得Rx＝2.00×103 Ω.

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