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第九章
电路和电能
实验12　用多用电表测量电学中的物理量
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、电流和电阻,会用多用电表判断二极管的极性。3.会用多用电表进行简单的电路故障分析。
实验储备·归纳
自主落实 回扣教材
实验类型·突破
关键能力 深度剖析
考向1　多用电表的使用和读数
【典例1】　在练习使用多用电表的实验中。
(1)某同学连接的电路如图所示。
类型1　实验基本技能应用
①若旋转选择开关,使尖端对准直流电流挡,此时测得的是通过________的电流;(填图中元件代号,下同)
②若断开电路中的开关,旋转选择开关使其尖端对准欧姆挡,此时测得的是________的电阻;
③若旋转选择开关,使尖端对准直流电压挡,闭合开关,并将滑动变阻器的滑片移至最左端,此时测得的是________两端的电压。
(2)(多选)在使用多用电表的欧姆挡测量电阻时,下列说法正确的是____
____(填选项字母)。
A.双手捏住两表笔金属杆,测量值将偏小
B.测量时发现指针偏离中央刻度过大,则必须减小倍率,重新调零后再进行测量
C.选择“×100”倍率测量时发现指针位于20与30正中间,则测量值等于2 500 Ω
D.欧姆表内的电池使用时间太长,虽然完成调零,但测量值将略偏大
解析　(1)①多用电表调至直流电流挡,与滑动变阻器串联,测的是通过滑动变阻器R1的电流;②断开电路中的开关,多用电表调至欧姆挡,接在R1与R2串联电路的两端,测的是串联部分的总电阻;③多用电表调至电压挡,滑动变阻器的滑片移至最左端,滑动变阻器相当于导线;多用电表与电阻R2并联,测的是R2两端的电压。
(2)双手捏住两表笔金属杆,人体与电阻并联,总电阻减小,测量值偏小,故A项正确;测量时若发现指针向右偏离中央刻度过大,则必须减小倍率,若向左偏离中央刻度过大,则必须增大倍率,重新调零后再进行测量,故B项

答案　(1)①R1　②R1和R2　③R2　(2)AD
考向2　欧姆表的原理
【典例2】　(2022·湖南卷)小梦同学自制了一个两挡位(“×1”“×10”)的欧姆表,其内部结构如图所示,R0为调零电阻(最大阻值为R0m),Rs、Rm、Rn为定值电阻(Rs+R0m(1)短接①②,将单刀双掷开关S与m接通,电流计G示数为Im;保持电阻R0滑片位置不变,将单刀双掷开关S与n接通,电流计G示数变为In,则Im________(填“大于”或“小于”)In。
(2)将单刀双掷开关S与n接通,此时欧姆表的挡位为________(填“×1”或“×10”)。



答案　(1)大于　(2)×10　(3)向上　(4)400
考向3　用多用电表测量二极管
【典例3】　二极管的导电特性表现为单向导电性,当给二极管加上正向电压时,二极管处于导通状态,正向电阻较小,当给二极管加上反向电压时,二极管处于截止状态,反向电阻较大,现有一只二极管,表面字迹模糊,某同学想用多用电表判断其正负极,选用“×10”挡,电路连接如甲图,指针的位置如图乙所示。
(1)二极管的正向电阻为________。
(2)________(填“a”或“b”)端为二极管正极。
(3)多用电表“×100”挡的内电阻约为________。
(4)一只二极管的伏安特性曲线如图丙所示,现将其接在电动势为2 V,内阻约为4 Ω的直流电源上,给二极管加上正向电压,此时二极管消耗的电功率约为________W。

(4)作出电动势为2 V,内阻约为4 Ω的直流电源的U-I图像,可得到图像与二极管伏安特性曲线的交点如图所示,可得交点坐标为(1.0 V,0.25 A),所以可得此时二极管消耗的电功率约为P=UI=1.0×0.25 W=0.25 W。
答案　(1)50 Ω　(2)a　(3)1 500 Ω　(4)0.25
考向4　用多用电表判断电路故障
【典例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(填选项字母)。
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________(填选项字母)。
A.A灯灯丝断开 B.B灯灯丝断开
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断开。
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6 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)②e、f　12.7　高温条件下金属丝电阻率大,计算的电阻是正常工作时的高温电阻,而测量值为断电下的低温小电阻
【典例5】　(2019·全国卷Ⅲ)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。
类型2　实验的迁移、拓展和创新
(1)欧姆表设计。
将图甲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,如图乙所示。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丙所示,则电阻箱接入的阻值为________Ω。

(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。题图丙中电阻箱读数为35 000.0 Ω。
答案　(1)如图所示　900　R1　 (2)45　5 (3)0　35 000.0
高效训练·提能
拓广视野 智学慧考
1.某同学用量程为1 mA、内阻为120 Ω的表头按图甲所示电路改装成量程分别为1 V和1 A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)根据图甲所示的电路,在图乙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________(填“红”或“黑”)色。
(4)定值电阻的阻值R1=________Ω,R2=________Ω。(均保留3位有效数字)
解析　(1)连线如图所示。
(2)本实验考查的是电表的改装。改装成电压表时,要串联电阻,改装成电流表时,要并联电阻。根据题图甲所画电路,闭合开关时,电流表与R2串联后再与电阻R1并联,用于测电流,断开开关时,只串联一个电阻R2,用于测电压。
(3)根据表头可知电流应从表笔B进,从表笔A出,由“红进黑出”可知,表笔A应为黑色。

答案　(1)见解析图　(2)电流　电压　(3)黑 (4)1.00　880
2.如图甲所示,数字多用电表是近来发展起来的高科技电子产品,它具有测量精度高、读数方便等许多独特的优点。以型号“DF930”普通数字多用电表为例,其电压挡所有量程内阻高达10 MΩ以上,而机械指针式电压表内阻一般为几千欧到几十千欧。
现有一块型号为“DF930”的数字多用电表,用它来测量一只电池的电动势和内电阻。提供的其他测量器材还有:一只滑动变阻器R(0~30 Ω),两只开关,导线若干。
实验要求:利用这些器材,尽量采用最简单的测量方法,分两步进行。首先测量电动势,待电动势测定之后再测量其内电阻。现按图乙连接好测量电路。
操作步骤:
(1)将数字多用电表选择开关置于________挡,选择合适的量程,断开开关________,闭合开关________,记录表的示数,然后反复测量多次,取平均值并记为a。
(2)将数字多用电表选择开关置于________挡,选择合适的量程,断开开关________,闭合开关________,记录表的示数,记为b,紧接着进行以下的操作:将选择开关置于________挡,选择合适的量程,然后同时闭合开关S1和S2,记录表的示数并记作c,把b和对应的c作为一组数据记录下来,然后反复测量多次,得到多组数据。
(3)________(填“a”“b”或“c”)即为干电池的电动势。
(4)干电池的内电阻的表达式r=________(用a、b、c表示),将步骤(1)(2)测得的数据代入公式,求出r的平均值,即为干电池的内电阻。


3.(2022·河北卷)某物理兴趣小组利用废弃电饭煲的部分器材自制简易电饭煲,设计电路如图甲所示。选用的器材有:限温开关S1(手动将其按下,开始持续加热煮饭,当锅内温度高于103 ℃时自动断开,之后不能自动闭合);保温开关S2(当锅内温度高于80 ℃时自动断开,温度低于70 ℃时自动闭合);电饭煲的框架(结构如图乙所示)。自备元件有:加热电阻丝R(阻值为60 Ω,用于加热煮饭);限流电阻R1和R2(阻值均为1 kΩ);指示灯L1和L2(“2.5 V　0.6 W”,当电流低于30 mA时可视为熄灭);保险丝T。
(1)(多选)按照兴趣小组设计的电路,下列说法正确的是________(填选项字母)。
A.按下S1,L1和L2均发光
B.当锅内温度高于103 ℃时,S1自动断开,L1和L2均发光
C.保温过程中,S2自动在闭合、断开状态之间交替切换
D.当锅内温度低于70 ℃时,S2自动闭合,L1发光,L2熄灭
(2)简易电饭煲制作完成后,试用时L1始终不亮,但加热和保温功能均正常。在不增加元件的前提下,断开电源,使用多用电表判断发生故障的元件。下列操作步骤的正确顺序是________(填写各步骤前的字母)。
A.将选择开关旋转到“×100”位置
B.将两支表笔直接接触,调节“欧姆调零旋钮”,使指针指向欧姆零点
C.调整“指针定位螺丝”,使指针指到零刻度
D.测量指示灯L1两端的阻值
E.将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡
操作时,将多用电表两表笔与L1两端接触,若指针如图丙所示,可判断是________断路损坏;若指针如图丁所示,可判断是________断路损坏。
(用电路中的元件符号表示)


(2)多用电表的操作步骤为:调整“指针定位螺丝”,使指针指到零刻度——机械调零;将选择开关旋转到“×100”位置——选挡;将两支表笔直接接触,调节“欧姆调零旋钮”,使指针指向欧姆零点——欧姆调零;测量指示灯L1两端的阻值——测量;将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡——关闭多用电表。故正确顺序为CABDE。
由于使用时L1始终不亮,但加热和保温功能均正常,则说明R、L2、R2、T均正常,指针如题图丙所示,可看出L1两端有约1 100 Ω左右的电阻,则说明L1始终不亮的原因是L1断路损坏;指针如题图丁所示,可看出欧姆表的示数几乎为零,但由于RL=10.42 Ω,此时选用的是“×100”挡则说明灯泡L1正常,则说明L1始终不亮的原因是R1断路损坏。
答案　(1)CD　(2)CABDE　L1　R1

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