最新人教版高中物理选修31第二章《多用电表的原理9实验练习使用多用电表》.docx

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最新人教版高中物理选修31第二章《多用电表的原理9实验练习使用多用电表》

8　多用电表的原理

9　实验：

练习使用多用电表

答案：

（1）表头　

（2）电源　（3）可变电阻　（4）欧姆定律　（5）电压　（6）电阻　（7）电流　（8）表盘　（9）选择开关　（10）电压表电路　（11）OFF　（12）量程　（13）并联　（14）串联　（15）最小刻度　（16）欧姆　（17）负　（18）正　（19）欧姆调零　（20）OFF　（21）红　（22）黑

1．欧姆表

（1）构造：

欧姆表是根据闭合电路的欧姆定律制成的，它的原理如图所示，G是电流表（表头），内阻为Rg，满偏电流为Ig，电池的电动势为E，内阻为r。

电阻R是可变电阻，也叫调零电阻。

（2）原理：

闭合电路的欧姆定律

欧姆表状态

电路图

I与Rx的对应性

刻度特点

两表笔短路（调零）

相当于被测电阻Rx＝0，调节R使I＝Ig＝，即表头满偏（Rg＋r＋R是欧姆表内阻）

表头电流满偏Ig处，对应欧姆表零刻度（右侧）

两表笔断路

相当于被测电阻Rx＝∞，此时I＝0，指针不偏转

表头电流I＝0处，对应欧姆表∞刻度（左侧）

测量电阻Rx

被测电阻为Rx，I＝，指针指到某确定位置

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

（3）欧姆表的刻度

①由I＝可看出，I与Rx不成比例，所以欧姆表的刻度是不均匀的，从表盘上看，靠右边的刻度稀疏，靠左边的刻度稠密，即“左密右疏”。

②欧姆表的电阻零刻度是电流最大刻度处，在刻度盘最右侧Ig处，而欧姆表电阻“∞”刻度是电流零刻度处。

所以欧姆表偏角越大，表明被测电阻值越小。

③当欧姆表指针指向表盘中央时，有Ig＝，解得Rx＝Rg＋r＋R0＝R内，即当指针半偏时，表盘的中值电阻R中＝R内。

【例1】如图所示为多用电表欧姆挡原理的示意图，其中电流表的满偏电流为300μA，内阻rg=100Ω，调零电阻最大阻值R=50kΩ，串联的固定电阻R0=50Ω，电源的电动势E=1.5V，电源内阻r=1Ω，用它测量电阻Rx，能准确测量的阻值范围是（　　）

A．30～80kΩ

B．3～8kΩ

C．300～800kΩ

D．3000～8000kΩ

解析：

此题已经将欧姆表的原理图画出来了。

欧姆表是利用闭合电路的欧姆定律制成的，Ix＝，可见Ix与Rx是一一对应的关系，先在表头上刻下Ix对应的Rx值，我们就可以用它测电阻了，但是Ix与Rx并不是线性关系，在表盘两端线性关系最差，而中间的线性关系较好，便于估计和测量，所以在中值电阻附近测量是比较准确的，而Ig＝＝，

所以R中＝R0＋R＋rg＋r。

由于本题当电流表半偏时，Ig＝＝，所以R中＝＝Ω＝5kΩ。

答案：

B

2．多用电表

（1）多用电表的构造

多用电表又叫“万用表”，是一种集测量交流与直流电压、电流和电阻等功能于一体的测量仪器。

它具有用途多、量程广、使用方便等优点。

①如图是简化的多用电表电路图。

它由表头G、直流电流测量电路、直流电压测量电路、电阻测量电路以及转换开关S等部分组成。

图中1、2为电流测量端,3、4为电阻测量端,5、6为电压测量端。

测量时，黑表笔插入“－”插孔，红表笔插入“＋”插孔，并通过转换开关接入与待测量相应的测量端。

使用时，电路只有一部分起作用。

②指针式多用电表

a．如图所示，表的上半部分为表盘，下半部分为选择开关，周围标有测量功能的区域及量程。

将多用电表的选择开关旋转到电流挡，多用电表内的电流表电路就被接通；选择开关旋转到电压挡或欧姆挡，表内的电压表电路或欧姆表电路就被接通。

b．测量功能区域电压挡和电流挡对应的数值表示电压表或电流表的量程，电阻挡对应的数值表示倍率。

读数时，要读取跟功能选择开关挡位相对应的刻度值。

（2）用多用电表测电压、电流

使用多用电表前应先检查其机械零位。

若一开始指针不正对电流的零刻度，应用小螺丝刀调节多用电表的调整定位螺丝，使指针正对零刻度。

在测量小灯泡的直流电压或电流时，量程选择要适当，以使表针在测量范围内偏转得尽量大一些，这样测量结果会比较准确。

（3）用多用电表测定值电阻

①首先根据估测电阻的大小选择合适的挡位，使测量时表针在刻度盘的中间区域，选择挡位时通常按大量程挡向小量程挡顺序选择。

②电阻调零：

两表笔短接，调整“欧姆调零旋钮”，使指针指到“0Ω”处。

③测量时被测电阻要跟电源及其他元件断开，且不要用手接触表笔的金属杆，读数时要乘以倍率。

④测量完成后将选择开关拨离欧姆挡，一般旋至交流电压最高挡或“OFF”挡上，以切断内部电源。

如果挡位选择不合理，应该怎样调整呢？

如果指针偏转角度太小，说明电阻较大，应增大倍率；如果指针偏转角度太大，说明电阻太小，应减小倍率。

别忘了每次换挡后都要重新进行欧姆调零。

（4）测二极管的正、反向电阻

二极管常用半导体材料制成，它有两个极，一个正极，一个负极，符号为“

”。

①二极管具有单向导电性。

当给二极管加一定的正向电压时，它的电阻值很小；当给二极管加上反向电压时，它的电阻值变得很大。

②测正向电阻：

用多用电表的电阻挡，量程拨到“×10”的位置上，将红表笔插入“＋”插孔，黑表笔插入“－”插孔，然后两表笔短接进行电阻挡调零后，将黑表笔接触二极管正极，红表笔接触二极管负极，稳定后读取示数乘上倍率求出正向电阻R1。

③测反向电阻：

将多用电表的选择开关旋至高倍率的欧姆挡（例如“×1k”），变换挡位之后，须再次把两表笔短接调零，将黑表笔接触二极管的负极，红表笔接触二极管的正极，稳定后读取示数乘上倍率（例如1k），求出反向电阻R2。

析规律当R1与R2相差很大时，说明二极管质量较好；当R1与R2相差较小时，说明二极管质量不好。

如果R1与R2均较小，可能二极管短路；如果R1与R2均较大，可能二极管断路。

【例2】一多用电表的工作状态如图所示，则此时的测量值为___________，如果选择开关打在底部250挡，则此时的测量值为________，指在底部10挡的测量值应该是_________，选择开关指在左侧100挡处测量值应该为_________，如果指在左侧10挡处测量值应该为_________，在测量电阻时，要想使指针向左侧偏转一些，应该把选择开关换选_____________的挡位（填“更大”或“更小”），而在换挡之后重新测量之前要重新进行____________。

解析：

图中选择开关指在欧姆表×1挡，仔细观察指针指的刻度附近可以知道，两个刻度表示1Ω，可以读出示数为4，电阻值为4×1Ω＝4Ω。

当选择开关指在底部250挡时测的是直流电压，且量程为250V，应该读中间均匀刻度线，可选0～250这组数值来读，读得电压为200V。

选择开关指在底部10挡时测的也是直流电压，且量程为10V。

可选0～10这组数值来读，读得电压为8V。

选择开关指在左侧100挡时测的是直流电流，且量程为100mA，也应读中间均匀刻度线，可选0～10这组数值来读，读得电流为8×10mA＝80mA。

选择开关指在左侧10挡时测的是直流电流，且量程为10mA。

可选0～10这组数值来读，读得电流为8mA。

在测量电阻时，要想使指针向左侧偏转一些，即使电阻在盘上的指示值大一些，应该把选择开关换选更小的挡位，而在换挡之后重新测量之前要重新进行电阻调零。

答案：

4Ω　200V　8V　80mA　8mA　更小　电阻调零

3．多用电表使用的注意事项

（1）忌不调零就使用多用电表。

（2）忌搞错连接方式，测电压需并联，测电流需串联。

测量直流电流时，应先把待测电路断开，然后把多用电表串联在待测电路中测量，切忌误用电流挡去测量电压，否则可能使电表立即烧坏。

（3）多用电表表笔中的电流方向。

不论用作何种表电流都是从红表笔流入，黑表笔流出。

可以记住：

“红表笔进，黑表笔出”。

（4）忌不进行欧姆表调零，就用多用电表测电阻值。

改换欧姆挡量程后，一定要重新调零。

测电阻时，要把待测电阻与其他电路断开。

（5）合理选择欧姆挡量程时，应尽可能使指针指在中央位置附近。

（6）忌用手接触测试笔的金属杆，特别在测电阻时，更应注意不要用手接触测试笔的金属杆。

（7）忌用多用电表测不是50Hz的交流电，普通多用电表的交流电挡位是按照50Hz设计的，不能准确测量其他频率的交流电。

（8）用多用电表测黑箱时，一定要先用电压挡判断其内有无电源，确定无电源后才能使用欧姆挡测量。

（9）测试过程中，不准带电旋转开关，应使表笔与待测电路脱离接触后，再旋转开关，否则会使开关的接点之间产生火花，使接点氧化，造成接触不良。

（10）每次使用完毕或携带时，应将开关S1和S2都旋至“·”位置，使表头短路以及使内部线路处于断开状态，这样，可以减小表针因振动而左右摇摆，达到保护电表的目的。

（11）电表应经常保持清洁、干燥，以免影响其精度。

多用电表长期不用时，应将表内的干电池取出，以免电池变质后流出电解液，腐蚀内部元件。

【例3】（安徽模拟）多用电表测电阻时，下列操作中正确的是（　　）

A．测量前检查表针是否停在左端的“0”位置，如不在则要进行欧姆调零

B．用“×1”欧姆挡，若指针恰好在刻度30～50的正中，则待测电阻为40Ω

C．用“×1k”挡，若指针偏转角度太大，应换成“×100”或“×10”或“×1”

D．每次换挡后都要重新欧姆调零

解析：

要区分欧姆调零与机械调零，A错误；欧姆表刻度不均匀，B错误；用“×1k”挡，若指针偏转角度太大，表明被测电阻很小，应换成“×100”或“×10”或“×1”挡，C正确；每次换挡后都要重新欧姆调零，D正确。

答案：

CD

4．用多用电表检测电路故障

电路故障一般是指短路或断路，常见的情况有导线断芯、灯泡断丝、灯座短路、电阻器内部断路或接头处接触不良等，检查故障的方法有：

1．电表检测法

（1）电阻为零——两接线柱由无阻导线短接或存在短路现象。

（2）电压为零有下述可能性：

任意两接线柱之间电压均为零——盒内无电源。

部分接线柱之间电压为零：

①两接线柱中至少有一个与电源断路；②两接线柱之间有电动势代数和为零的反串电池组；③两接线柱间短路。

（3）有充放电现象（欧姆表指针先偏转，然后又回到“∞”刻度）——两接线柱之间有电容器。

（4）发现电压比正常值大——可能在两接线柱间有断路，而与之并联之外的电路无断路。

2．假设法

已知电路发生某种故障，寻找故障在何处时，可将整个电路划分为若干部分，然后逐一假设某部分电路发生故障，运用电路知识进行正向推理，若推理结果与题述现象不符合，则故障不在该部分电路；若推理结果与题述现象符合，则故障可能发生在这部分电路，这样逐一排除，直到找到发生故障的全部可能为止。

【例4】如图所示是某同学连接的实物电路图，合上开关S后，发现A、B灯都不亮，他采用下列两种方法检查故障：

（1）用多用电表的直流电压挡进行检查：

①那么选择开关应置于下列量程的________挡（用字母序号表示）。

A．2.5V　　　　B．10V　　　　C．50V　　　　D．250V

②在测量a、b间直流电压时，红表笔应接触________（填“a”或“b”）。

③该同学测量结果如表所示，根据测量结果，可以判定故障是________（假设只有下列中的某一项有故障）。

测试量

电压示数

a、b

有示数

c、b

有示数

c、d

无示数

d、f

有示数

A．灯A断路

B．灯B短路

C．c、d段断路

D．d、f段断路

（2）用欧姆挡检查：

①测量前，应将开关S________（填“断开”或“闭合”）。

②测量结果如表所示，由此可以断定故障是________。

测量点

表头指示位置

c、d

d、e

e、f

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

解析：

（1）用多用电表的直流电压挡进行测量时，实质上是用电压表测量，而电压表内阻很大，若并联在断路处（设只有一处发生断路）时，电压表示数应为电源的电动势，并联在未断路处时，示数为零。

因此，用多用电表的直流电压挡检查电路时，电压表的量程必须大于电源的电动势，同时，为了示数明显起见，量程不宜过大。

本题中电源的电动势为6V，故选0～10V量程即可。

测量时红表笔应接电势高的a点。

根据测量结果，a、b间有示数，说明b→电源→a完好；c、b间有示数，说明b→电源→a→c完好；c、d间无示数，说明c→灯→d间完好；d、f间有示数，说明f→b→a→c→d完好，故d、f段断路。

（2）用欧姆挡检查时，测量前应首先将开关S断开，根据表针偏转情况，接c、d时有示数，说明不是灯A断路；接e、f时有示数，说明也不是灯B断路；接d、e间时，电阻无穷大，可以断定是d、e间导线断路。

答案：

（1）①B　②a　③D　

（2）①断开　②D

5．判断黑箱内元件的思路

（1）电学黑盒问题的一般模式是：

给出一个内部结构未知的电学系统的测试结果，求解系统的内部电路结构。

一般的“电学黑盒”有四种：

一是纯电阻黑盒；二是纯电源黑盒；三是由电阻和电源组成的闭合电路黑盒；四是含电容器、二极管的黑盒。

（2）处理电学黑盒问题的关键是对测试结果作出正确的分析和判断。

判断的依据：

①电阻为零，则表明两接线柱间由无阻导线短接。

②电压为零，有下述可能性：

任意两接线柱之间的电压均为零，则表明盒内无电源；如果有个别接线柱之间电压为零，则表明：

A.两接线柱间由无阻导线短接；B.两接线柱中至少有一个与电源断路；C.两接线柱之间有电动势代数和为零的反串电池组。

③电压最大，则表明两接线柱间有电源。

④用欧姆挡测某两点间电阻时，若正反向测得电阻相等，则两接线柱间是电阻器；正向和反向电阻差别很大，则表明两接线柱之间有二极管；若测得正反向电阻均为无限大，则这两接线柱间为断路。

⑤有充放电现象（欧姆表指针先偏转，然后又回到“0”刻度），这表明两接线柱之间有电容器。

另外，在分析和解答黑盒问题时，还必须注意问题的多解性，因为不同的内部结构，其外观表现往往相同，所以不仅答案多种多样，而且在无条件限制时，还可能有多个解。

（3）利用多用电表探测黑箱内电学元件的操作程序如下：

①首先用多用电表电压挡探测黑箱内是否有电源。

②如果有电源，则用多用电表的电压挡探测黑箱任意两接点电压，根据电压关系判定黑箱内电源的位置及各接点电阻关系，从而分析出黑箱内各元件的连接情况。

③如果没有电源，则直接用多用电表的欧姆挡测量任意两点间的电阻值，根据所测量的电阻值，分析任意两点间各是什么元件及其连接情况。

④根据测量对黑箱内元件进行判断，画出结构图。

（4）用多用电表探索黑盒内电学元件时的注意事项：

①在不清楚黑盒子内部是什么电学元件时，应首先用电压挡来测量，避免黑盒内有电源时可能烧毁欧姆表。

②电压表、电流表的使用量程应从大到小，保证电表的安全。

③使用欧姆表应严格按照欧姆表的使用规则来测量，即换挡调零，读数时指针应尽可能地靠近表盘的中央。

④通常黑盒子问题，要求用最少的元件、最简洁的线路连接方式达到同样的效果。

【例5－1】如图所示是一个电阻暗盒，盒内有三个电阻，A、B、C、D分别为四根引线。

现在用多用电表测量电阻得到：

RAD=2Ω，RCD=5Ω，RAC=3Ω，若用导线把B、D端连接后，测得A、C端电阻RAC=2Ω，如果不用导线把B、D端连接，则RBD的大小为（　　）

A．10ΩB．9ΩC．8ΩD．7Ω

解析：

第一，根据题给条件：

“现在用多用电表测量电阻得到：

RAD=2Ω，RCD=5Ω，RAC=3Ω”，先画出题图电路中右侧的CAD部分，如图。

第二，因为用导线把B、D端连接后，测得A、C端电阻RAC=2Ω，可见AC之间一定要形成并联电路才能使其电阻从RAC=3Ω减小到RAC=2Ω，由此可知B和C点之间应接入一个电阻，设这个电阻的阻值为x，再由条件，当将BD短路起来时就有：

3×（2+x）/（3+2+x）=2，解这个方程可得x=4Ω。

于是电路又增加了左侧的一部分。

完成上述电路后，最终再根据“如果不用导线把B、D端连接，则RBD的大小为多少”来计算一下BD间的电阻大小。

由图可见将等于9Ω，这样答案应选B。

答案：

B

【例5－2】“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，对任意两接线柱正、反向测量，指针均不发生偏转；

第二步：

用电阻×100Ω挡，对任意两个接线柱正、反向测量，指针偏转情况如图所示。

甲

（1）第一步测量结果表明盒内______________________________________________。

（2）图乙表示了图甲

（1）中和图甲

（2）中欧姆表指针所处的位置，其对应的阻值是______Ω；图丙表示了图甲（3）中欧姆表指针所处的位置，其对应的阻值是______Ω。

乙　　　　　　　　　　　　　　　　　　丙

（3）请在图丁的接线柱间，用电路图符号画出盒内的元件及连接情况。

丁

（4）一个小灯泡与3V电池组的连接情况如图所示。

如果把图中e、f两端用导线直接相连，小灯泡可正常发光。

欲将e、f两端分别与黑盒子上的两个接线柱相连，使小灯泡仍可发光。

那么，e端应连接到____________接线柱，f端应连接到____________接线柱。

解析：

（1）用电压挡对任意接线柱正、反向测量，指针不动，说明盒内不存在电源；

（2）由于所用电阻挡为“×100”，故题图乙中示数为1200Ω，题图丙中示数为500Ω；

（3）由甲图

（1）

（2）知，b、c正反向电阻相同，图甲（5）（6）知a、b正反向电阻不同，说明b、c间为纯电阻，a、b间有二极管，a、b间电阻大于a、c间电阻，说明二极管在a、c间，且由c指向a为正向，b、c间电阻和a、c间的二极管串联，如图所示；

（4）为使小灯泡仍可发光，e端应接c，f端应接a，此时二极管是导通的。

答案：

（1）不存在电源　

（2）1200　500　（3）见解析　（4）c　a