文档内容
实验十二 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
电阻和判断二极管的正负极.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.
(2)外形如图所示: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.红表笔接电势高(填“高”或“低”)的点.
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.此
时电流从红色表笔流入电表.
3.用多用电表测定值电阻的阻值
(1)原理电路图
相当于待测电阻R x =0, 相当于待测电阻
待测电阻为R,I=,指
x
I与R 的 调节R使I=I=,此时指 R=∞,此时I
x g x
针指到某确定位置,此
对应关系 针指在I 处(R =R+r+ =0,指针不偏
g Ω g
时R=-R
R) 转 x Ω
表头电流I=0 表头电流I与电阻R 一
x
表头电流满偏I 处,对应
g
刻度特点 处,对应欧姆表 一对应,但不是线性关
欧姆表零刻度(最右侧)
∞刻度(最左侧) 系,表盘刻度不均匀
(2)注意:①黑表笔与电源的正极连接,红表笔与电源的负极连接,电流方向为“红进黑
出”.
②当多用电表指针指在中央时=,知中值电阻R =R .
中 Ω
(3)测量步骤
①估测待测电阻阻值,选择合适的量程.
②欧姆调零.
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 ,长期不用应取出电池.
(4)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,它的符号如图所示,左端为正极,右端为
负极.
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)用欧姆挡判断二极管的正负极将多用电表欧姆挡调零之后,若多用电表指针偏角很大,则黑表笔接触二极管的正极,红表
笔接触二极管的负极(如图甲);若多用电表指针偏角很小,则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).
5.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
考点一 教材原型实验
考向1 多用电表原理及读数
例1 图(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;R、R、R、R 和
1 2 3 4
R 是固定电阻,R 是可变电阻;表头 的满偏电流为250 μA,内阻为480 Ω.虚线方框内为
5 6
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(a)中的A端与________(填“红”或“黑”)色表笔相连接.
(2)关于R 的使用,下列说法正确的是________(填正确答案标号).
6A.在使用多用电表之前,调整R 使电表指针指在表盘左端电流“0”位置
6
B.使用欧姆挡时,先将两表笔短接,调整R 使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置
6
C.使用电流挡时,调整R 使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置
6
(3)根据题给条件可得R+R=________Ω,R=________Ω.
1 2 4
(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)1.47 mA 1.10 kΩ 2.94 V
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 R 使电表指针指在表盘右端电阻“0”
6
位置,选项B正确;使用电流挡时,电阻R 不在闭合电路中,调节无效,选项C错误.
6
(3)根据题给条件可知,当B端与“2”连接时,表头与R 、R 组成的串联电路并联,此时为
1 2
量程1 mA的电流挡,由并联电路两支路电流与电阻成反比知,==,解得R+R=160 Ω.
1 2
当B端与“4”连接时,表头与R 、R 组成的串联电路并联后再与R 串联,此时为量程1 V
1 2 4
的电压挡,表头与R 、R 组成的串联电路并联后的总电阻为120 Ω,两端电压为0.12 V,则
1 2
R 两端电压为0.88 V,由串联电路中电压与电阻成正比知:R 电阻为880 Ω.
4 4
(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2.5 mA,读数为
1.47 mA.
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11×100 Ω=1.10 kΩ.
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5 V,读数为2.94 V.
考向2 欧姆表的使用
例2 (2022·湖南卷·12)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,R 为调零电阻(最大阻值为R ),R、R 、R 为定值电阻(R+R I;
m n
(2)当开关S拨向n时,全电路的总电阻较大,中值电阻较大,能够接入待测电阻的阻值也
更大,所以开关S拨向n时对应欧姆表的挡位倍率较大,即×10;
(3)从“×1”挡位换成“×10”挡位,即开关S从m拨向n,全电路电阻增大,干路电流减
小,①②短接时,为了使电流表满偏,则需要增大通过电流计 G所在支路的电流,所以需
要将R 的滑片向上调节;
0
(4)在“×10”挡位,电路图结构简化如图所示
当①②短接时,全电路的总电阻为
R=R+
n
通过干路的电流为I=
电流计满偏,根据并联电路中电流之比等于电阻反比可知=
当①②之间接入R=100 Ω的定值电阻时,全电路总电阻为R+R,通过干路的电流为I=
1 1 1
电流计偏转了量程的,则有=
解得R=2R=200 Ω
1
当①②之间接入R 时,全电路总电阻为R+R,通过干路的电流为I=
x x x
电流计偏转了量程的,则有=
解得R=400 Ω.
x考向3 使用多用电表测量二极管
例3 钱华同学的爸爸是电气工程师,钱华经常看到爸爸用多用电表进行一些测量.钱华
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,然后又依次用多用电表电阻
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(多用电表内部电源电动势不变),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.
考点二 用多用电表判断电路故障
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;(用字母序号表示)
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________.
A.A灯丝断开 B.B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________;
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________ 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)①断开 ②6 e、f
12.7 温度高时灯丝电阻率大,计算出的电阻是灯丝温度高时的电阻(或测量出的电阻是常
温下灯丝的电阻)
解析 (1)①因为电源的电动势大约为6 V,要使电压挡选择的量程安全以及准确,则选择
开关应选择10 V的量程,故B正确;②测得c、d间电压约为5.8 V,接近电源电动势,e、f
间电压为0,可知灯泡A断路,故A正确.
(2)①用欧姆表测量电阻时,开关应断开,使得待测电阻与电源不相连.②欧姆表的读数为
6×1 Ω=6 Ω,因为c、d间断路,知测量的是e、f间的电阻.根据R=得,小灯泡正常发光
时的电阻为R= Ω≈12.7 Ω.它不等于测量值,原因是温度高时灯丝电阻率大,计算出的电
阻是灯丝温度高时的电阻(或测量出的电阻是常温下灯丝的电阻).考点三 探索创新实验
例5 (2019·全国卷Ⅲ·23)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R(阻值14 kΩ),滑动变阻器R(最大阻值1 500 Ω),滑动变阻
0 1
器R(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
2
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“R”或“R”).
1 2
(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)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(c)所示,则电阻箱接入的阻值为________ Ω.
答案 (1)如图所示 900 R
1(2)45 5 (3)0 35 000.0
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R.
1
(2)欧姆表的内阻R′=R +r+R +R=15 kΩ,当电流为25 μA时,有=,可得R′=45
g g 0 x
kΩ;当电流为75 μA时,有=,可得R″=5 kΩ.
x
(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.题图中电阻箱读数为
35 000.0 Ω.
课时精练
1.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甲所示.闭合开关 S后,
发现无论如何调节电阻箱R ,灯泡都不亮,电流表无示数,他们判断电路可能出现故障.
0
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=15 Ω,电流表
量程为0~50 mA.操作步骤如下:
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R =20 Ω时,多用电表示数如图丙所示,电流
0
表的示数如图丁所示.
回答下列问题:(1)图丙中的多用电表示数为________ Ω;图丁中的电流表示数为________ 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,还可以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)欧姆表的示数为24×1 Ω=24 Ω,电流表的最小分度是1 mA,需估读到0.1 mA,
所以题图丁中的电流表示数为38.0 mA.
(2)根据电流必须从电流表的正接线柱流入,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a、c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)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,知
欧姆表的内阻为R =15 Ω.根据闭合电路欧姆定律得I=,又R +R =24 Ω,故E′=I(R
欧 0 mA 0
+R +R )=38.0×10-3×(24+15) V≈1.48 V.
mA 欧
2.(2023·福建泉州市质检)某同学利用多用电表的欧姆挡进行实验研究.欧姆挡所用电池的
电动势为9 V,刻度盘中央刻度值为“15”,选择旋钮打在“×1 k”挡.
(1)该同学用欧姆挡测量某一量程为15 V的电压表内阻.
①指针指在图甲所示位置,此测量值为________ kΩ;查阅资料发现该电压表内阻真实值为
15 kΩ,测量值与真实值偏差较大,可能原因是该同学未进行欧姆调零就直接测量,若此时
把两表笔短接,则指针应指在欧姆挡零刻度线的________侧(选填“左”或“右”).
②进行欧姆调零后再测量,多用电表指针恰好指在“15”刻度线,此时电压表示数为
________ V(结果保留2位有效数字).
(2)该同学接着用欧姆挡探测只有一个元件的黑箱,如图乙所示,当两表笔接触黑箱接线柱
a、b时,发现电表指针快速摆向右边后再摆回最左边刻度线,则该元件可能是________.
A.电阻 B.电感线圈C.电容器 D.二极管
答案 (1)①25 左 ②4.5 (2)C
解析 (1)①指针指在题图甲所示位置,此测量值为25 kΩ;查阅资料发现该电压表内阻真
实值为15 kΩ,测量值与真实值偏差较大,可能原因是该同学未进行欧姆调零就直接测量,
若此时把两表笔短接,则指针应指在欧姆挡零刻度线的左侧.
②进行欧姆调零后再测量,多用电表指针恰好指在“15”刻度线,即电压表的内阻等于欧姆
表的中值电阻,即电压表的内阻等于欧姆表的内阻,则此时电压表示数为欧姆表内电源电动
势的一半,即4.5 V.
(2)当两表笔接触黑箱接线柱a、b时,发现电表指针快速摆向右边后再摆回最左边刻度线,
即电路接通后电流又逐渐变为零,则该元件可能是电容器,电路接通后先充电,充电结束后
电路中电流为零,故C正确.
3.某实验小组设计了如图(a)所示的欧姆表电路,仅用一节干电池通过控制开关S,就可使
“欧姆表”具有“×10”和“×100”两种倍率.电路中使用的实验器材如下:
干电池:电动势E=1.5 V,内阻r=1 Ω;
毫安表:满偏电流I=1 mA,内阻R=125 Ω;
g g
滑动变阻器R,阻值调节范围足够大;
0
定值电阻R、R 和R,其中R=1 000 Ω;
1 2 3 1
开关S,红、黑表笔各一支,导线若干.
(1)按照图(a)连接好电路,表笔1为________(选填“红”或“黑”)表笔.
(2)当开关S断开时,将两表笔短接,调节滑动变阻器R, 使电流表达到满偏,此时R =
0 0
________ Ω,“欧姆表”的倍率是________________(选填“×10”或“×100”).
(3)闭合开关S使“欧姆表”倍率改变,电阻R =__________ Ω.将两表笔短接,调节滑动变
2
阻器R,使电流表达到满偏.
0
(4)保持开关闭合,在表笔间接入电阻R(图中未画出),电流表指针指向图(b)所示的位置时
3
电阻R=________ Ω.
3
答案 (1)红 (2)374 ×100 (3)125 (4)225
解析 (1)按照多用电表使用规则,欧姆表内电路的电源负极应与红表笔相接,即表笔1为
红表笔.
(2)当开关S断开时,由闭合电路欧姆定律得
=r+R+R+R,解得R=374 Ω.
g 1 0 0开关S闭合后,电流表满偏时干路电流变大,欧姆表内阻变小,中值电阻变小,欧姆表的倍
率变小,故开关S闭合时,欧姆表的倍率是小倍率,开关S断开时的倍率是大倍率,故填
“×100”.
(3)闭合开关S,倍率为原来的,干路电流最大值应为原来的10倍,则I =9 mA,故有=,
2
解得R=125 Ω.
2
(4)由题图(b)可知此时毫安表读数为0.40 mA,则干路电流为4.0 mA,电路总电阻为375 Ω,
而欧姆表此倍率的内阻为=150 Ω,则可知R=225 Ω.
3
4.(2023·福建省模拟)图甲为一个多用电表欧姆挡内部电路示意图.电流表满偏电流1 mA、
内阻10 Ω;电池电动势1.5 V、内阻1 Ω;
(1)图甲中表笔a为________色(选填“红”或“黑”).调零电阻R 可能是下面两个滑动变阻
0
器中的________(填选项序号).
A.电阻范围0~200 Ω
B.电阻范围0~2 000 Ω
(2)在进行欧姆调零后,正确使用该多用电表测量某电阻的阻值,电表读数如图乙所示,被
测电阻的阻值为________ Ω.
(3)如图丙所示,某同学利用定值电阻R 给欧姆表增加一挡位“×10”,则定值电阻R =
1 1
________ Ω.(结果保留1位小数)
(4)若该欧姆表换了一个电动势为1.5 V、内阻为10 Ω的电池,调零后测量某电阻的阻值,其
测量结果________.(选填“偏大”“偏小”或“准确”)答案 (1)红 B (2)1 600 (3)1.1 (4)准确
解析 (1)根据黑表笔接内部电源的正极,可以判断a为红表笔;当电表满偏时,电表总内
阻为R ==1 500 Ω,所以滑动变阻器应选择B;
内
(2)可以先求欧姆表的中值电阻,当表针指在表盘的正中央时对应的电流为满偏电流的一半,
对应的电阻为中值电阻,E=I(R +R ),R =R =1 500 Ω,即表盘刻度为15时代表1
g 中 内 中 内
500 Ω,倍率为×100,所以被测电阻的阻值为1 600 Ω.
(3)倍率为×10时,中值电阻为150 Ω,即内阻为150 Ω,由此可知,满偏电流变为原来的10
倍,即0.01 A,1×10-3×10 V=(0.01-1×10-3)R,R=1.1 Ω.
1 1
(4)设电源电动势为E,干路电流为I ,调零后电表内阻为R ,电表指针指到表盘某处时,
g 内
电表的电流为I,对应的待测电阻为R,根据闭合电路欧姆定律E=IR ,E=I(R+R ),
x g 内 x 内
整理得R=E(-),由于满偏电流相同,电动势相同,指针指相同的位置时电流相同,所以
x
R 相同,即读数准确.
x
5.(2023·浙江省模拟)多用电表是实验室中常用的测量仪器,如图甲所示为多量程多用电表
示意图.
通过一个单刀多掷开关S,接线柱B可以分别与触点1、2、3、4、5接通,从而实现使用多
用电表测量不同物理量的功能.图中的E是电池的电动势,R 是电池内阻,R 是欧姆调零
3 6
电阻,A、B分别与黑、红表笔相接.R 、R 、R 、R 都是定值电阻,表头G的满偏电流为
1 2 4 5
20 mA,内阻为R.已知R+R=4R,R=360 Ω,R=1 600 Ω.
g 1 2 g 4 5
(1)关于此多用电表,下列说法正确的是________;
A.图中B是红表笔
B.当S接触点1或2时,多用电表处于测量电流的挡位,且接1时的量程比接2时大
C.当S接触点3时,多用电表处于测量电阻的挡位,倍率越大,滑动变阻器接入电路的阻
值越大
D.当S接触点4、5时,多用电表处于测量电压的挡位,且接4比接5时量程大
(2)该学习小组将“B”端与“3”相接,将A、B表笔短接,调节R.进行欧姆调零后测量未
6
知电阻.得到通过表头G的电流与被测未知电阻的关系如图乙所示,由此可知多用电表中
电池的电动势E=________ V(计算结果保留三位有效数字).通过分析可知该小组使用多用
电表的________(填“×1”“×10”或“×1k”)倍率的欧姆挡进行测量未知电阻.
(3)实验小组用多用电表测量电源的电动势和内阻.器材有:待测电源(电动势约为8 V), 定
值电阻R =8.0 Ω,多用电表一只,电阻箱一只,连接实物如图丙所示,测得并记录多组数
0据后,得到对应的-图,如图丁所示,则内阻r=________ Ω(结果保留三位有效数字).
答案 (1)ABC (2)3.75 ×10 (3)1.00
解析 (2)“B”端与“3”相接时,由
IR=(I-I)(R+R),R+R=4R,
g g g 1 2 1 2 g
可得I=I,
g
根据闭合电路欧姆定律有I=,
可得I=,
g
结合题图乙解得R =150 Ω,E=3.75 V
内
通过分析可知欧姆表中值电阻为150 Ω,则该小组使用多用电表的“×10”倍率的欧姆挡进
行测量未知电阻.
(3)根据题图丁和闭合电路欧姆定律可知
E=U+(R+r)
0
整理可得,=+·
结合图像的截距和斜率可知
b==0.12 V-1,k==1.08 Ω·V-1
解得r=1.00 Ω.