届高考物理一轮复习精品学案077第七章 实验十 练习使用多用电表.docx
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届高考物理一轮复习精品学案077第七章实验十练习使用多用电表
077实验十 练习使用多用电表
考纲解读1.了解电表改装的原理与方法.2.了解多用电表的构造和原理,掌握多用电表的使用方法.3.会使用多用电表测电压、电流及电阻.4.会用多用电表探索黑箱中的电学元件.
一、电流表与电压表的改装
1.改装方案
改装为电压表
改装为大量程的电流表
原理
串联电阻分压
并联电阻分流
改装原理图
分压电阻或分流电阻
U=Ig(Rg+R)
故R=
-Rg
IgRg=(I-Ig)R
故R=
改装后电表内阻
RV=Rg+R>Rg
RA=
2.校正 (1)电压表的校正电路如图1所示,电流表的校正电路如图2所示. 图1 图2 (2)校正的过程是: 先将滑动变阻器的滑动触头移动到最左端,然后闭合开关,移动滑动触头,使改装后的电压表(电流表)示数从零逐渐增大到量程值,每移动一次记下改装的电压表(电流表)和标准电压表(电流表)示数,并计算满刻度时的百分误差,然后加以校正. 二、欧姆表原理(多用电表测电阻原理) 1.构造: 如图3所示,欧姆表由电流表G、电池、调零电阻R和红、黑表笔组成. 图3 欧姆表内部: 电流表、电池、调零电阻串联. 外部: 接被测电阻Rx. 全电路电阻R总=Rg+R+r+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. (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. 三、多用电表 (1)多用电表可以用来测量电流、电压、电阻等,并且每一种测量都有几个量程. (2)外形如图4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. 图4 (3)多用电表面板上还有: 欧姆表的调零旋钮(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). 四、二极管的单向导电性 1.晶体二极管是由半导体材料制成的,它有两个极,即正极和负极,它的符号如图5甲所示. 2.晶体二极管具有单向导电性(符号上的箭头表示允许电流通过的方向).当给二极管加正向电压时,它的电阻很小,电路导通,如图乙所示;当给二极管加反向电压时,它的电阻很大,电路截止,如图丙所示. 图5 3.将多用电表的选择开关拨到欧姆挡,红、黑表笔接到二极管的两极上,当黑表笔接“正”极,红表笔接“负”极时,电阻示数较小,反之电阻示数很大,由此可判断出二极管的正、负极. 基本实验要求 规律方法总结 1.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. 2.实验步骤 (1)观察: 观察多用电表的外形,认识选择开关的测量项目及量程. (2)机械调零: 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. (4)测量小灯泡的电压和电流 ①按如图6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6 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. (5)测量定值电阻 ①根据被测电阻的估计阻值,选择合适的挡位,把两表笔短接,观察指针是否指在欧姆表的“0”刻度,若不指在欧姆表的“0”刻度,调节欧姆表的调零旋钮,使指针指在欧姆表的“0”刻度处; ②将被测电阻接在两表笔之间,待指针稳定后读数; ③读出指针在刻度盘上所指的数值,用读数乘以所选挡位的倍率,即得测量结果; ④测量完毕,将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡. 1.多用电表使用注意事项 (1)表内电源正极接黑表笔,负极接红表笔,但是红表笔插入“+”孔,黑表笔插入“-”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,调整的是欧姆挡的调零旋钮. (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. 2.多用电表对电路故障的检测 (1)断路故障的检测方法 ①将多用电表拨到电压挡作为电压表使用. a.将电压表与电源并联,若电压表示数不为零,说明电源良好,若电压表示数为零,说明电源损坏. b.在电源完好时,再将电压表与外电路的各部分电路并联.若电压表的示数为零,则说明该部分电路完好,若电压表示数等于电源电动势,则说明该部分电路中有断点. ②将电流表串联在电路中,若电流表的示数为零,则说明与电流表串联的部分电路断路. ③用欧姆挡检测 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. 不能用欧姆表检测电源的情况. (2)短路故障的检测方法 ①将电压表与电源并联,若电压表示数为零,说明电源被短路;若电压表示数不为零,则外电路的部分电路不被短路或不完全被短路. ②用电流表检测,若串联在电路中的电流表示数不为零,故障应是短路. 考点一 对多用电表使用的考查 例1 在“练习使用多用电表”实验中,某同学进行了如下的操作: (1)用多用电表欧姆挡测量某一电阻的阻值时,该同学先用大拇指和食指紧捏红黑表笔进行欧姆调零(如图7a所示),然后用两表笔接触待测电阻的两端(如图b所示),这两步操作是否合理? ________(选“a合理”或“b合理”或“都不合理”) (2)用多用电表电流挡测量电路中电流,该同学将选择开关置于直流50mA挡,连接的电路如图c所示,图中多用电表测量的是________(填“甲电阻的电流”、“乙电阻的电流”或“总电流”),测得的值是________. 图7 (3)该同学要测量多用电表直流“2.5V”挡的内阻RV(约为20kΩ).除此多用电表外,还有以下器材: 直流电源一个(电动势E为2V,内阻可忽略不计)、电阻一个(阻值R为10kΩ)、电键一个、导线若干.要求: (Ⅰ)画出实验电路图(多用电表用 表示);(Ⅱ)写出RV的表达式(用字母表示). 解析 (1)b会受人体电阻的影响; (2)在题图c中,多用电表与乙电阻串联,因此测的是乙电阻的电流;(3)多用电表与电阻串联,通过它们的电流相等,所以有: = ,因此: RV= (U为多用电表直流“2.5V”挡的读数). 答案 (1)a合理 (2)乙电阻的电流 25.0mA(±0.1都可以) (3)(Ⅰ)实验电路图如图所示 (Ⅱ)RV= (U为多用电表直流“2.5V”挡的读数) 考点二 对多用电表读数的考查 例2 如图8所示为多用电表的刻度盘.若选用倍率为“×100”的电阻挡测电阻时,表针如图8所示,则: 图8 (1)所测电阻的阻值为________Ω;如果要用此多用电表测量一个阻值约为2.0×104Ω的电阻,为了使测量结果比较精确,应选用的欧姆挡是________(选填“×10”、“×100”或“×1k”). (2)用此多用电表进行测量,当选用量程为50mA的电流挡测量电流时,表针指于图示位置,则所测电流为______mA;当选用量程为250mA的电流挡测量电流时,表针指于图示位置,则所测电流为________mA. (3)当选用量程为10V的电压挡测量电压时,表针也指于图示位置,则所测电压为________V. 解析 (1)欧姆表读数: 对应最上一行刻度值为15,倍率为“×100”,读数为1.5×103Ω;测2.0×104Ω电阻时应选“×1k”的欧姆挡. (2)选50mA直流电流挡,则每一大格表示10mA,每一小格表示1mA,测量的精确度为1mA,应估读到0.1mA(此时为1/10估读),指针对应的读数为30.8mA;选择量程为250mA的电流挡,则每一大格表示50mA,每一小格表示5mA,测量的精确度为5mA,应估读到1mA(此时为1/5估读),指针对应的读数为154mA. (3)选择10V电压挡,则每一大格表示2V,每一小格表示0.2V,测量的精确度为0.2V,应估读到0.1V(此时应为1/2估读),指针对应的读数为6.1V. 答案 (1)1.5×103 ×1k (2)30.8(30.7~30.9都正确) 154 (3)6.1 欧姆表刻度盘特点及多用电表读数技巧 (1)欧姆表刻度盘不同于电压、电流刻度盘 ①左∞右0: 电阻无限大与电流、电压零刻度重合,电阻零刻度与电流、电压最大刻度重合. ②刻度不均匀: 左密右疏. ③欧姆挡是倍率挡,即读出的示数应再乘以该挡的倍率.电流、电压挡是量程范围挡. 在不知道待测电阻的估计值时,应先从小倍率开始,熟记“小倍率小角度偏,大倍率大角度偏”(因为欧姆挡的刻度盘上越靠左读数越大,且测量前指针指在左侧“∞”处). (2)读数技巧 ①欧姆表的读数 a.为了减小读数误差,指针应指在表盘 到 的部分,即中央刻度附近. b.除非指针所在刻度盘处每个小格表示1Ω时,要估读到下一位,其余情况都不用估读. c.电阻值等于指针示数与所选倍率的乘积. ②测电压、电流时的读数,要注意其量程,根据量程确定精确度,精确度是1、0.1、0.01时要估读到下一位,精确度是2、0.02、5、0.5时,不用估读到下一位. 考点三 用多用电表检查电路故障 例3 在如图9所示的电路中,四节干电池串联作为电源,小灯泡A、B的规格均为“3.8V,0.3A”,合上开关S后,无论怎样移动滑动变阻器的滑动片,A、B灯都不亮. 图9 (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.2.5VB.10VC.50VD.250V ②测得c、d间电压约为5.8V,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灯被短路 (2)接着利用欧姆表的“×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间的电阻时,某次测量结果如图10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: ______________________________________________________. 图10 解析 (1)①因电源为四节干电池,故电动势E=6V,则应选电压表10V量程挡较合适;②因c、d间电压为5.8V,而e、f间电压为零,故应为A灯丝断开,B灯丝良好. (2)用欧姆表测电路中电阻的阻值时,一定要将电路断开;由题图读数知电阻的阻值为6.0Ω,应为灯泡B的阻值,即测量的为e、f间电阻;由R= 得R=12.7Ω,与欧姆表测得的阻值相差较大,是因为欧姆表测得的电阻的阻值是未通电工作时的电阻的阻值,温度较低,电阻率偏小,阻值偏小. 答案 (1)①B ②A (2)①断开 ②6.0 e、f 12.7 欧姆表测量时灯泡未工作,灯泡温度低,电阻小 考点四 用多用电表探索黑箱内的电学元件 例4 如图11所示的黑箱中有三只完全相同的电学元件,小明使用多用电表对其进行探测. 图11 (1)在使用多用电表前,发现指针不在左边“0”刻度线处,应先调整图12中多用电表的________(选填“A”、“B”或“C”). 图12 (2)在用多用电表的直流电压挡探测黑箱a、b接点间是否存在电源时,一表笔接a,另一表笔应________(选填“短暂”或“持续”)接b,同时观察指针偏转情况. (3)在判定黑箱中无电源后,将选择开关旋至“×1”挡,调节好多用电表,测量各接点间的阻值.测量中发现,每对接点间正、反向阻值均相等,测量记录如下表.两表笔分别接a、b时,多用电表的示数如图12所示. 请将记录表补充完整,并画出一种可能的电路. 两表笔接的接点 多用电表的示数 a、b ________Ω a、c 10.0Ω b、c 15.0Ω 解析 (1)多用电表使用前应进行机械调零,机械调零部件为A. (2)使用多用电表测量电压时,为保证电表不被损坏往往要进行试触,即让两表笔进行短暂接触,观察指针偏转情况,若持续接触则有可能损坏电表. (3)黑箱中无电源且每对接点间正、反阻值相等,由多用电表读数可知所缺数据为5.0Ω,由a、b间电阻为5.0Ω,a、c间为10.0Ω,b、c间为15.0Ω知,电路为a、b间5.0Ω的电阻与a、c间10.0Ω的电阻串联而成,故可能的电路图如图所示. 答案 (1)A (2)短暂 (3)5.0 见解析图 创新实验设计 多用电表当欧姆表使用时内有电源,往往会考查闭合电路欧姆定律、电动势和内阻的测定等,往往涉及的变形有: 1.与电压表串联形成闭合电路,则E=U+ ·r,从而计算得到E; 2.与电流表串联形成闭合电路,则E=I(RA+r),从而计算得到E. 例5 有一内阻未知(20kΩ~60kΩ)、量程0~10V的直流电压表. (1)某同学想通过一个多用电表的欧姆挡直接测量上述电压表的内阻,该多用电表刻度盘上读出电阻刻度中间值为30,欧姆挡的选择开关拨至倍率________(选填“×10”、“×100”或“1k”)挡.先将红、黑表笔短接调零后,选用图13中________(选填“A”或“B”)方式连接. 图13 (2)在实验中,欧姆表和电压表的指针分别如图14甲、乙所示,某同学读出欧姆表的读数为________Ω,这时电压表的读数为______V.计算出欧姆表中电池的电动势为______V. 图14 解析 (1)多用电表测电阻时,应让开关指在中间刻度附近,因而应选“×1k”挡.多用电表测电阻时,用其内部电源,黑表笔接内部电源的正极,又因电压表的两接线柱中,“+”接线柱应接高电势端,因而A电路的连接方式正确. (2)题图甲中欧姆表的读数为40×1kΩ=40kΩ. 题图乙中电压表的读数为5.0V. 欧姆表中电池的电动势E=5.0V+ ×30V=8.75V. 答案 (1)×1k A (2)40k 5.0 8.75 1.多用电表表头的示意图如图15所示.在正确操作的情况下: 图15 (1)若选择开关的位置如a箭头所示,则测量的物理量是________,测量结果为________. (2)若选择开关的位置如b箭头所示,则测量的物理量是________,测量结果为________. (3)若选择开关的位置如c箭头所示,则测量的物理量是________,测量结果为________. (4)若选择开关的位置如c箭头所示,正确操作后发现指针的偏转角很小,那么接下来的正确操作步骤应该依次为: ____________,____________,_____________. (5)全部测量结束后,应把选择开关拨到______或者______. (6)无论用多用电表进行何种测量(限于直流),电流都应该从______色表笔经______插孔流入电表. 答案 (1)直流电压 1.57V (2)直流电流 48mA (3)电阻 1.6kΩ (4)改用“×1k”倍率 重新欧姆调零 测量、读数 (5)OFF挡 交流电压最高挡 (6)红 正 2. (1)用多用电表的欧姆挡测量阻值约为几十千欧的电阻Rx,以下给出的最可能的实验操作步骤,其中S为选择开关,P为欧姆挡调零旋钮.把你认为正确的步骤前的字母按合理的顺序填写________. a.将两表笔短接,调节P使指针对准刻度盘上欧姆挡的0刻度,断开两表笔 b.将两表笔分别连接到被测电阻的两端,读出Rx的阻值后,断开两表笔 c.旋转S使其尖端对准欧姆挡“×1k” d.旋转S使其尖端对准欧姆挡“×100” e.旋转S使其尖端对准交流“500V”挡,并拔出两表笔 根据如图16所示指针位置,此时被测电阻的阻值约为________Ω. 图16 (2)下述关于用多用电表欧姆挡测电阻的说法中正确的是( ) A.测量电阻时,如果指针偏转过大,应将选择开关S拨至倍率较小的挡位,重新调零后测量 B.测量电阻时,如果红、黑表笔分别插在负、正插孔,则会影响测量结果 C.测量电路中的某个电阻,应该先把该电阻与外电路断开 D.测量阻值不同的电阻时,都必须重新调零 答案 (1)c、a、b、e 30k (2)AC 解析 (1)题目中要求测量几十千欧的电阻,所以应该选择“×1k”的欧姆挡,再进行欧姆调零,然后进行测量,最后将S旋至交流“500V”挡,拔出表笔,所以顺序为c、a、b、e.根据欧姆表的读数原理,可以得出被测电阻的阻值为30kΩ. (2)指针偏角过大,说明电阻较小,所以应选择倍率较小的挡位,A项正确;电阻的阻值与电流的流向无关,所以红、黑表笔接反,不影响测量结果,B项错误;不将被测电阻与外电路断开,流经欧姆表的电流会影响读数甚至烧毁器材,C项正确;只要不换挡位,就不用重新调零,D项错误. 3.如图17所示的电路中各元件均完好,1、2、3、4、5、6为连接点的标号.在开关闭合后,发现小灯泡不亮.现用多用电表检查电路故障,需要检测的元件有: 电源、开关、小灯泡、3根导线以及电路中的各连接点. 为了检测小灯泡、开关以及3根导线, 图17 (1)在连接点1、2已接好的情况下,应当选用多用电表的________挡,进行检查; (2)在连接点1、2同时断开的情况下,应当选用多用电表的________挡,进行检查; (3)在开关闭合的情况下,若测得3、4两点间的电压接近电源的电动势,则表明________. 答案 (1)电压 (2)欧姆 (3)小灯泡断路 4.(2013·新课标Ⅰ·23)某学生实验小组利用图18所示电路,测量多用电表内电池的电动势和电阻“×1k”挡内部电路的总电阻.使用的器材有: 图18 多用电表;电压表: 量程5V,内阻十几千欧;滑动变阻器: 最大阻值5kΩ;导线若干. 回答下列问题: (1)将多用电表挡位调到电阻“×1k”挡,再将红表笔和黑表笔__________,调零点. (2)将图19中多用电表的红表笔和________(选填“1”或“2”)端相连,黑表笔连接另一端. (3)将滑动变阻器的滑片调到适当位置,使多用电表的示数如图19所示,这时电压表的示数如图20所示.多用电表和电压表的读数分别为________kΩ和________V. 图19 图20 (4)调节滑动变阻器的滑片,使其接入电路的阻值为零.此时多用电表和电压表的读数分别为12.0kΩ和4.00V.从测量数据可知,电压表的内阻为________kΩ. (5)多用电表欧姆挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、一个理想电流表和一个电阻串联而成的电路,如图21所示.根据前面的实验数据计算可得,此多用电表内电池的电动势为______V,电阻“×1k”挡内部电路的总电阻为______kΩ. 图21 答案 (1)短接 (2)1 (3)15.0 3.60 (4)12.0 (5)9.00 15.0 解析 (4)当滑动变阻器调到阻值为零时,多用电表的示数为电压表的内阻. (5)设多用电表内电池的电动势为E,欧姆“×1k”挡内部电路的总电阻为R,则由闭合电路欧姆定律及两组数据得: E= R+4.00V,E= ×[(15.0-12.0)kΩ+R]+3.60V 联立两式解得R=15.0kΩ,E=9.00V. 5.多用电表可以用来测电流、电压、电阻等,挡位如图22所示. 图22 (1)如图23所示为多量程多用电表的示意图,当接通1或2时,为____挡.1的量程比2的量程____(填“大”或“小”). (2)测量某电阻时,用×10Ω挡时,发现指针偏转角度过大,他应该换用____挡(填“×1Ω”或“×100Ω”),换挡后,在测量前要先进行________. (3)如图22所示,A、B、C是多用电表在进行不同测量时,转换开关分别指示的位置.图24中D是多用电表表盘指针在测量时的偏转位置. 图23 图24 若用A挡测量,指针偏转如D,则读数是________; 若用B挡测量,指针偏转如D,则读数是________; 若用C挡测量,指针偏转如D,则读数是________. (4)某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中,串联了一只2.5Ω的保护电阻R0,实验电路如图25所示,连好电路后,当该同学闭合电键,发现电流表示数为0,电压表示数不为0.检查各接线柱均未接错,接触良好且未发生短路;他用多用电表的电压挡检查电路,把两表笔分别接a、b,b、c,d、e时,示数均为0,把两表笔分别接c、d时,示数与电压表示数相同,由此可推断故障是____________.排除故障后,该同学顺利完成实验,根据测定数据已在图26中描出了对应点,请画出U-I图,由图知: 电池的电动势为________,内阻为________. 图25 I/A 0.10 0.15 0.17 0.23 0.30 0.40 U/V 1.20 1.08 1.00 0.80 0.60 0.30 图26 答案 (1)电流 大 (2)×1Ω 欧姆调零 (3)1300Ω 5.4mA 27.0V (4)滑动变阻器R断路 U-I图如图所示 1.50V(1.48V~1.52V均可) 3Ω
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