第九章 实验十一 用多用电表测量电学中的物理量.docx
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第九章实验十一用多用电表测量电学中的物理量
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.
图1
(2)外形如图1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2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.
图2
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.
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(Rg+r+R是欧姆表的内阻)
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)测量步骤
①估测待测电阻值.
②欧姆挡调零.
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.
(3)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3所示,左端为正极,右端为负极.
图3
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)用多用电表测二极管的正、反向电阻
①测二极管正向电阻:
将多用电表的选择开关选至低倍率的欧姆挡,欧姆调零之后将黑表笔接触二极管的正极,红表笔接触二极管的负极(如图4甲).
②测二极管反向电阻:
将多用电表的选择开关选至高倍率的欧姆挡,欧姆调零之后将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).
图4
使用二极管前,常常需要辨明它的正负极,若标识模糊,可用欧姆表测量两个方向的电阻判断二极管的正负极.
考点一 教材原型实验
欧姆表的原理和使用
例1
(八省联考·江苏·13)电流表改装成欧姆表的电路如图5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600Ω的电阻时,指针指在刻度“1”上,求刻度“3”应标注的电阻值R.
图5
答案 100Ω
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=150Ω
指针指在刻度“3”,由闭合电路欧姆定律得:
Ig=
解得R=100Ω.
多用电表的原理和使用
例2
(2017·全国卷Ⅲ·23)图6(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250μA,内阻为480Ω.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1V挡和5V挡,直流电流1mA挡和2.5mA挡,欧姆×100Ω挡.
图6
(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)1.47mA 1.10kΩ 2.94V
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1mA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=160Ω.
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1V的电压挡,表头与R1、R2组成的串联电路并联后的总电阻为120Ω,两端电压为0.12V,由串联电路中电压与电阻成正比知:
R4两端电压为0.88V,则R4电阻为880Ω.
(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2.5mA,读数为1.47mA.
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11×100Ω=1.10kΩ.
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5V,读数为2.94V.
使用多用电表测量二极管
例3
(2020·浙江名校协作体模拟)钱华同学的爸爸是个电气工程师,钱华经常看到爸爸用多用电表进行一些测量.在高中物理课堂上学习了多用电表的用法之后,爸爸给他出了一道题目,让他通过测量找到发光二极管的负极.
(1)钱华同学做了如下两步具体的操作:
第一,将多用电表选择开关旋转到电阻挡的“×1”挡,经过________之后,他把红表笔接在二极管的短管脚上,把黑表笔接在二极管的长管脚上,发现二极管发出了耀眼的白光;然后他将两表笔的位置互换以后,发现二极管不发光.这说明二极管的负极是________(选填“长管脚”或“短管脚”)所连接的一极.
(2)钱华同学的好奇心一下子就被激发起来了,他琢磨了一下,然后又依次用电阻挡的“×1挡”、“×10挡”、“×100挡”、“×1k挡”分别进行了二极管导通状态的准确的测量,他发现二极管发光的亮度越来越________(选填“大”或“小”),请帮助他分析一下具体的原因:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
答案
(1)欧姆调零 短管脚
(2)小 原因见解析
解析
(1)在测量电阻时,选择挡位后首先要进行欧姆调零;二极管发光时处于正向导通状态,因为黑表笔所接的长管脚为二极管的正极,故短管脚为负极.
(2)从×1挡、×10挡、×100挡到×1k挡,多用电表的内阻越来越大,根据闭合电路欧姆定律I=
可知,通过二极管的电流越来越小,根据P=I2R可知二极管的亮度越来越小.
1.如图7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=1.5V,内阻r=1Ω,灵敏电流计满偏电流Ig=10mA,内阻rg=90Ω,表盘如图丙所示,欧姆表表盘中值刻度为“15”.
图7
(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175Ω
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=150Ω;当半偏时有:
E=
Ig(R+R中),所以R=R中,所以选择的是“×10”挡位,根据题图丙可知读数为70Ω.
(2)开关旋至“×1”,此时内阻R′=R中=15Ω,短接时电流Im=
=100mA,所以给表头并联一个分流电阻R0,根据欧姆定律:
R0=
=10Ω.
(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,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,使测量值偏小,B错误;若采用“×100”倍率测量时,发现指针偏角过大,说明电阻相对该挡位太小,所以应该换小挡位,即“×10”倍率,且要重新进行欧姆调零,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175Ω,D错误.
考点二 拓展创新实验
欧姆表检测电路故障
断开电路,用多用电表的欧姆挡测量待测部分的电阻,若检测部分示数正常,说明两点间电路正常;若检测部分电阻很小(几乎为零),说明该部分短路;若检测部分指针几乎不动,说明该部分有断路.
例4
(1)某同学按如图8所示的电路图连接元件后,闭合开关S,发现A、B灯都不亮.该同学用多用电表的欧姆挡检查电路的故障.检查前,应将开关S________.(选填“闭合”或“断开”)
图8
(2)若
(1)中同学检查结果如表所示,由此可以确定________.
测试点
b、f
b、e
b、d
d、e
多用电表示数
无穷大
无穷大
500Ω
无穷大
A.灯A断路
B.灯B断路
C.灯A、B都断路
D.d、e间导线断路
答案
(1)断开
(2)D
解析
(1)用欧姆挡检查电路需将电路断开.
(2)b、f之间电阻无穷大说明b、f间有断路,b、e之间电阻无穷大说明b、e间有断路,d、e之间电阻无穷大说明d、e间有断路,b、d间电阻有一定的数值,说明b、d间没有断路,所以断路在d、e之间.
组装欧姆表
例5
(2019·全国卷Ⅲ·23)某同学欲将内阻为98.5Ω、量程为100μA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15kΩ刻度正好对应电流表表盘的50μA刻度.可选用的器材还有:
定值电阻R0(阻值14kΩ),滑动变阻器R1(最大阻值1500Ω),滑动变阻器R2(最大阻值500Ω),电阻箱(0~99999.9Ω),干电池(E=1.5V,r=1.5Ω),红、黑表笔和导线若干.
图9
(1)欧姆表设计
将图9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10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________、________.
图10
(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11所示,则电阻箱接入的阻值为________Ω.
图11
答案
(1)如图所示 900 R1
(2)45 5
(3)0 35000.0
解析
(1)由题知当两表笔间接入15kΩ的电阻时,电流表示数为50μA,由闭合电路欧姆定律有
=
,代入数据解得R=900Ω,所以滑动变阻器选择R1.
(2)欧姆表的内阻Rg′=Rg+r+R0+R=15kΩ,当电流为25μA时,有
=
,可得Rx′=45kΩ;当电流为75μA时,有
=
,可得Rx″=5kΩ.
(3)红、黑表笔短接,调节滑动变阻器,使欧姆表指针指向0kΩ处.题图中电阻箱读数为35000.0Ω.
2.图12(a)为多用电表的示意图,其中S、K、T为三个可调节的部件,现用此电表测量一阻值约1000Ω的定值电阻.
图12
(1)测量的某些操作步骤如下:
①调节可调部件________,使电表指针停在________(选填“电流0刻度”“欧姆0刻度”)位置.
②调节可调部件K,使它的尖端指向____(选填“×1k”“×100”“×10”“×1”)位置.
③将红、黑表笔分别插入“+”“-”插孔,笔尖相互接触,调节可调部件________,使电表指针指向________(选填“电流0刻度”“欧姆0刻度”)位置.
④将红、黑表笔笔尖分别接触待测电阻的两端,当指针稳定后,读出表头的示数,如图(b)所示,再乘以可调部件K所指的倍率,得出该电阻的阻值Rx=________.
⑤测量完毕,应调节可调部件K,使它的尖端指向“OFF”或交流电压“×500”位置.
(2)欧姆挡进行调零后,用“×10”挡测量另一个阻值未知的电阻,发现指针偏转角度很小,则下列说法和做法中正确的是________.
A.这个电阻的阻值较小
B.这个电阻的阻值较大
C.为测量更准确些,电表应当换用欧姆“×1”挡,并且重新调零后进行测量
D.为测量更准确些,电表应当换用欧姆“×100”挡,并且重新调零后进行测量
答案
(1)①S 电流0刻度 ②×100 ③T 欧姆0刻度 ④1100Ω
(2)BD
3.(2019·安徽皖江名校联盟摸底大联考)某实验小组在练习使用多用电表时,他们正确连接好电路如图13甲所示.闭合开关S后,发现无论如何调节电阻箱R0,灯泡都不亮,电流表无读数,他们判断电路可能出现故障.经小组讨论后,他们尝试用多用电表的欧姆挡来检测电路.已知保护电阻R=15Ω,电流表量程为0~50mA.操作步骤如下
图13
①将多用电表挡位调到欧姆×1挡,再将红、黑表笔短接,进行欧姆调零;
②断开图甲电路开关S,将多用电表两表笔分别接在a、c上,多用电表的指针不偏转;
③将多用电表两表笔分别接在b、c上,多用电表的示数如图乙所示;
④将多用电表两表笔分别接在c、e上,调节R0=20Ω时,多用电表示数如图丙所示,电流表的示数如图丁所示.
回答下列问题:
(1)图丙中的多用电表读数为________Ω;图丁中的电流表读数为________mA.
(2)操作步骤④中,多用电表红表笔应接________(选填“c”或“e”)点.
(3)电路的故障可能是________.
A.灯泡短路B.灯泡断路
C.保护电阻R短路D.保护电阻R断路
(4)根据以上实验得出的数据,同学们还计算出多用电表内部电源的电动势E′=________V(结果保留三位有效数字).
答案
(1)24 38.0
(2)e (3)B (4)1.48
解析
(1)欧姆表的读数为24×1Ω=24Ω,电流表的最小分度是1mA,需估读到0.1mA,所以图丁中的电流表读数为38.0mA.
(2)根据电流必须从电流表正接线柱流入,电流从欧姆表的红表笔流入,黑表笔流出,电路中电流表在e端为负极,即电流经过电流表的方向为d→e,则操作步骤④中,多用电表黑表笔应接c点,红表笔应接e点.(3)将多用电表两表笔分别接在a、c上,多用电表的指针不偏转,说明ac间有断路.将多用电表两表笔分别接在b、c上,多用电表的示数不为零,所以电路的故障是灯泡断路.(4)由操作步骤③中多用电表指针正好指在中间刻度,根据欧姆表的中值电阻等于其内阻,则知欧姆表的内阻为R欧=15Ω.操作步骤④中,根据闭合电路欧姆定律得:
I=
,又R0+RmA=24Ω,故E′=I(R0+RmA+R欧)=38.0×10-3×(24+15)V≈1.48V.
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- 第九章 实验十一 用多用电表测量电学中的物理量 第九 实验 十一 多用 电表 测量 电学 中的 物理量