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实验十一　练习使用多用电表
　　　　　　　　　　　　　　　　
[实验目的]
1．学会用多用电表测量电压、电流、定值电阻．
2．学会用多用电表测量二极管的正、反向电阻，并据此判断二极管的正、负极．
3．学会用多用电表探测简单黑箱中的电学元件．
[实验器材]
　多用电表、电学黑箱、直流电源、开关、导线若干、小灯泡、二极管、定值电阻(大、中、小)三个．
[实验过程]
1．准备：
(1)观察多用电表的外形，认识选择开关对应的测量项目及量程．
(2)检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的零位置．若不指零，则可用小螺丝刀进行机械调零．
(3)将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔．
2．测量：
(1)测电压：按如图甲所示连好电路，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．
(2)测电流：按如图乙所示连好电路，将选择开关置于直流电流挡，测量通过小灯泡的电流．
(3)测电阻：
①调整定位螺丝，使指针指向电流的零刻度．
②选择开关置于“Ω”挡的“×1”，红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使表针指向欧姆零点，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．
(4)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
[数据处理]
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．系统误差：
(1)电池用旧后，电动势会减小，致使电阻测量值偏大，要及时更换新电池．
(2)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．
2．偶然误差：
(1)欧姆表的表盘刻度不均匀，估读时易带来误差，要注意其左密右疏特点．
(2)读数时易形成偶然误差，要垂直表盘正对指针读数．
(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，使指针指中值附近．
[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．由于欧姆挡表盘难以估读，测量结果只需取两位有效数字，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．
　　　　　　　　　　　　　　　　
命题点1　欧姆表原理和使用
1．构造：如图所示，欧姆表由电流表G、电池、调零电阻R和红、黑表笔组成．
欧姆表内部：电流表、电池、调零电阻串联，其电阻之和称为欧姆表内阻，即R内＝r＋rg＋R.
外部：接被测电阻Rx.
全电路电阻R总＝Rg＋R＋r＋Rx＝R内＋Rx.
2．工作原理：闭合电路欧姆定律I＝.
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．由闭合电路欧姆定律可知R内＝.
(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)
(3)当I＝时，Rx＝Rg＋R＋r，此电阻值等于欧姆表的内阻值，Rx叫中值电阻，即中值电阻等于欧姆表内阻．
某型号多用电表欧姆挡的电路原理图如图甲所示．微安表G是欧姆表表头，其满偏电流Ig＝500 μA，内阻Rg＝950 Ω.电源电动势E＝1.5 V，内阻r＝1 Ω.电阻箱R1和电阻箱R2的阻值调节范围均为0～9 999 Ω.
(1)图甲中的a端应与________(选填“红”或“黑”)表笔连接．
(2)某同学将图甲中的a、b端短接，为使微安表G满偏，则应调节R1＝________Ω；然后在a、b端之间接入一电阻Rx后发现微安表半偏，则接入的电阻阻值为Rx＝________Ω.
(3)如图乙所示，该同学将微安表G与电阻箱R2并联，利用该电路图组装一个“×100”倍率的欧姆表，要求欧姆表的表盘刻度示意图如图丙所示，其中央刻度为“15”，则该同学应调节R2＝________Ω；用此欧姆表测量一个阻值约2 000 Ω的电阻，测量前应调节R1＝________Ω.
【解析】　(1)根据多用电表的内部电流流向可知电流从红表笔进，黑表笔出，则a端接红表笔．
(2)欧姆调零时，根据闭合电路的欧姆定律Ig＝，解得R1＝－(Rg＋r)＝2 049 Ω；当接入Rx后，电流为满偏的一半，则＝，可得Rx＝Rg＋r＋R1＝3 000 Ω.
(3)因欧姆表的中央刻度为15，倍率为“×100”，则欧姆表的内阻R内＝15×100 Ω＝1 500 Ω，故调零时的满偏电流为I＝＝1×10－3 A，表头和R2并联改装为电流表，由并联分流电压相等IgRg＝(I－Ig)R2，解得R2＝950 Ω，改装后的欧姆表需要进行欧姆调零，则R内＝1 500 Ω＝＋R1＋r，解得R1＝1 024 Ω.
【答案】　(1)红　(2)2 049　3 000　(3)950　1 024
1．(1)如图所示为指针式多用电表，其中S、K、T为三个可调节的部件，现用此电表测量一定值电阻的阻值，测量的某些操作步骤如下：
①调节指针定位螺丝部件，使电表指针指向电流0刻度处；
②将选择开关旋转到欧姆挡位置；
③将红、黑表笔分别插入“＋”、“－”插孔，笔尖相互接触，调节部件T(选填“S”“K”或“T”)，使电表指针指向“0 Ω”；
④测量该定值电阻阻值时，多用电表指针示数如图所示，则该电阻的阻值为1_400 Ω.
(2)欧姆调零后，用“×10”挡测量另一电阻的阻值，发现指针偏转角度很大，则下列做法正确的是A.
A．为测得更准确些，应当换用“×1”挡，重新欧姆调零后进行测量
B．为测得更准确些，应当换用“×100”挡，重新欧姆调零后进行测量
解析：(1)③测电阻时先进行欧姆调零，即先短接红、黑表笔，调节欧姆调零旋钮T，使指针指向欧姆挡零刻度线；④欧姆调零后，测量电阻，读出示数，则电阻R＝1 400 Ω.
(2)由题知指针偏转角度过大，即欧姆挡示数太小，要使示数变大，则要减小倍率，重新欧姆调零后，再测量，故选项A正确．
命题点2　多用电表原理和使用
1．表盘：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．外形如图所示：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．另外，还有欧姆调零旋钮、指针定位螺丝和测试笔的插孔．
由于多用电表的测量项目和量程比较多，而表盘的空间有限，所以并不是每个项目的量程都有专门的标度，有些标度就属于共用标度，图中的第二行就是交、直流电流和直流电压共用的标度．
2．挡位：如图所示，多用电表是由一只小量程的电流表与若干元件组成的，每进行一种测量时，只使用其中一部分电路，其他部分不起作用．
(1)当S接通1或2时，表头与电阻并联，所以1、2为电流挡，由于并联阻值的大小不同，量程也不同，1的量程较大．
(2)当S接通3或4时，接通内部电源，此时为欧姆挡，4的倍率比3的倍率高．
(3)当S接通5或6时，表头与电阻串联，此时为电压挡，由于串联的阻值不同，6的量程比5的量程大．
(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．
(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)表示．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.
【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＝?Rx′＝3Rx＝45 kΩ；当电流为75 μA时有＝?Rx″＝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(c)中电阻箱读数为35 000.0 Ω.
【答案】　(1)如图所示　900　R1
(2)45 kΩ　5 kΩ　(3)0　35 000.0
2．如图甲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G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)图甲中的A端与黑(选填“红”或“黑”)色表笔相连接．
(2)关于R6的使用，下列说法正确的是B(填选项前的字母)．
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＝160 Ω，R4＝880 Ω.
(4)某次测量时该多用电表指针位置如图乙所示．若此时B端是与“1”相连的，则多用电表读数为1.47_mA；若此时B端是与“3”相连的，则读数为1.10×103_Ω；若此时B端是与“5”相连的，则读数为2.95_V．(结果均保留3位有效数字)
解析：(1)根据欧姆表原理可知黑表笔接高电势．
(2)R6是欧姆调零电阻，故B正确．
(3)换挡开关接2时，是量程较小的电流表，所以R1＋R2＝＝160 Ω；换挡开关接4时，是量程较小的电压表，这时表头与R1、R2并联组成新表头，新表头的内阻r＝＝120 Ω，新表头的量程是1 mA，所以R4＝－r＝ Ω－120 Ω＝880 Ω.
(4)若此时B端是与“1”相连的，则为量程为2.5 mA的电流表，则多用电表读数为1.47 mA；若此时B端是与“3”相连的，则为欧姆表，读数为1.10×103 Ω；若此时B端是与“5”相连的，则为量程是5 V的电压表，读数为2.95 V.
命题点3　多用电表的应用
　　 如图是某同学连接的实验电路实物图．若L1、L2灯都不亮，他采用下列两种方法进行故障检查：
(1)应用多用电表的直流电压挡进行检查，那么选择开关应置于的量程是(　　)
A．0～2.5 V B．0～10 V
C．0～50 V D．0～250 V
(2)该同学的测试结果如表1所示，在测试a、b间直流电压时，红表笔应接触________(填“a”或“b”)．根据测试结果，可以判定故障是(　　)
A．灯L1短路 B．灯L2短路
C．cd段断路 D．df段断路
表1
测试点 a、b c、d d、f
电压表示数情况 有示数 无示数 有示数
(3)将开关断开，再选择欧姆挡测试，测试结果如表2所示，那么进一步检查出的故障是(　　)
A．灯L1断路 B．灯L2断路
C．灯L1、灯L2都断路 D．de段断路
表2
【解析】　(1)四节干电池的总电动势为6 V，应用多用电表的直流电压的10 V挡测量，故选B.
(2)在测试a、b间直流电压时，因为电流必须从多用电表正接线柱流入，所以红表笔应当接触a.
A项，若灯L1短路，L1灯不亮，而L2灯亮，与题不符，故A错误；B项，若灯L2短路，L2灯不亮，而L1灯亮，与题不符，故B错误；C项，cd段断路，则d、f间没有电压，无示数，故C错误；D项，df段断路时，电路中无电流，两灯泡都不亮，a、b和d、f间有电压，c、d间无电压，与题相符，故D正确．
(3)欧姆表的刻度无穷大在左端，0刻度在右端，电路断路时，其电阻为无穷大．根据欧姆表的读数可知，d、e间电阻无穷大，说明d、e间导线断路，故D正确．
【答案】　(1)B　(2)a　D　(3)D
高分技法
电路故障检测方法
(1)用多用电表电压挡检测
①断路故障的判断：用电压表与电源并联，若有电压，再逐段与电路并联，若电压表指针偏转，则该段电路中有断点.
②短路故障的判断：用电压表与电源并联，若有电压，再逐段与电路并联，若电压表示数为零，则该并联段电路被短路.若电压表示数不为零，则该并联段电路没有被短路或不完全被短路.
(2)用欧姆挡检测
①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.
②不能用欧姆表检测电源的情况.
3．“黑盒子”表面有a、b、c三个接线柱，盒内总共有两个电学元件，每两个接线柱之间只可能连接一个元件．为了探明盒内元件的种类及连接方式，某位同学用多用电表进行了如下探测：
第一步：用电压挡对任意两接线柱进行正、反向测量，指针不发生偏转；
第二步：用电阻“×100”挡对任意两个接线柱进行正、反向测量，指针偏转情况如图所示．
(1)第一步测量结果表明盒内不存在电源．
(2)下图甲显示了图①、②中欧姆表指针所处的位置，其对应的阻值是1.20×103 Ω；图乙显示了图③中欧姆表指针所指的位置，其对应的阻值是5.0×102 Ω.
(3)请在下图的接线柱间，用电路图符号画出盒内的元件及连接情况．
解析：(1)使用电压挡进行测量，目的是看内部是否有电源，由于指针不偏转，因此内部无电源，故黑盒子内不存在电源．
(2)使用欧姆表读数时注意其零刻度在右侧，因此读数时要从右侧读，读出结果后乘倍率即为所测电阻阻值．所以图甲示数为R1＝12.0×100 Ω＝1.20×103 Ω，图乙读数为R2＝5.0×100 Ω＝5.0×102 Ω.
(3)使用欧姆挡进行测量时注意黑表笔是和内部电源的正极相连的，观察图①、②可知，在测量b、c之间的电阻时，对两个接线柱进行正、反测量，其阻值相同，说明b、c之间接有一个定值电阻；观察图③、④可知，在测量a、c之间电阻时，黑表笔接c时电阻很小，接a时电阻很大，说明a、c之间有二极管，而且c应该接二极管的正极；观察图⑤可知，黑表笔接b时电阻比③中黑表笔接c时电阻大，说明了a、c、b之间串联了二极管、电阻两个元件，由图⑥可知，a、b之间电阻无穷大，故黑盒子内元件的连接如图所示．
答案：(3)如图所示

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