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第39 讲 物理实验（四）
1、理解和掌握测定金属丝的电阻率实验原理，并会做出必要的误差分析。
2、理解和掌握测定电源的电动势和内阻实验原理，并会做出必要的误差分析。
3、清楚多用电表构造及原理。
4、理解和学握用多用电表测量电学中的物理量方法。
5、能够在原型实验基础上，通过对实验的改进或者创新，做出同类探究。
实验12 测定金属的电阻率（练习使用螺旋测微器）
1．螺旋测微器
(1)构造：如图所示，它的测砧A 和固定刻度B 固定在尺架C 上，旋钮D、微调旋钮D′和可动
刻度E、测微螺杆F 连在一起，通过精密螺纹套在B 上。
(2)原理：测微螺杆F 与固定刻度B 之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮D 每旋转一周，
F 前进或后退0 .5 mm，而可动刻度E 上的刻度为50 等份，每转动一小格，F 前进或后退0.01 mm，
即螺旋测微器的精确度为0.01 mm。读数时估读到毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺。
(3)读数：测量时被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出。
测量值(mm) ＝固定刻度数(mm)( 注意半毫米刻度线是否露出) ＋可动刻度数( 估读一
位)×0.01(mm)
如图所示，固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米而从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数
为：2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm。
1
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2．游标卡尺
(1)构造：如图所示，主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内外测量爪)、游标尺上还有一个
深度尺，尺身上还有一个紧固螺钉。
(2)用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径。
(3)原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成。
不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少
1 mm。常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10 个的、20 个的、50 个的，见下表：
刻度格数
(分度)
刻度总长
度
每小格与1 mm
的差值
精确度(可准确到)
10
9 mm
0.1 mm
0.1 mm
20
19 mm
0.05 mm
0.05 mm
50
49 mm
0.02 mm
0.02 mm
(4)读数：若用x 表示由主尺上读出的整毫米数，K 表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐
的游标的格数，则记录结果表达为(x＋K×精确度) mm。
3．伏安法测电阻
(1)电流表的内接法和外接法的比较
内接法
外接法
电路图
误差原因
电流表分压
U 测＝Ux＋UA
电压表分流
I 测＝Ix＋IV
电阻
测量值
R 测＝＝Rx＋RA>Rx
测量值大于真实值
R 测＝＝<Rx
测量值小于真实值
适用条件
RA≪Rx
RV≫Rx
适用于测
量
大阻值电阻
小阻值电阻
(2)两种电路的选择
①阻值比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较，若Rx较小，宜采用电
流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法。简单概括为“大内偏大，小外偏小”。
②临界值计算法：
Rx<时，用电流表外接法；
Rx>时，用电流表内接法。
2
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③实验试探法：按图实74 所示接好电路，让电压表一根接线柱P 先后与a、b 处接触一下，如
果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，则可采用电流表外接法；如果电流表的
示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表内接法。
实验13 描绘小电珠的伏安特性曲线
1．实验原理
(1)测多组小电珠的U、I 的值，并绘出I－U 图象；
(2)由图线的斜率反映电流与电压和温度的关系．
2．实验器材
小电珠“3.8V,0.3A”、电压表“0～3V～15V”、电流表“0～0.6A～3A”、滑动变阻器、学生电
源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔．
3．实验步骤
(1)画出电路图(如实验原理图甲)．
(2)将小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成如实验原理图乙
所示的电路．
(3)测量与记录
移动滑动变阻器触头位置，测出12 组左右不同的电压值U 和电流值I，并将测量数据填入自
己设计的表格中．
(4)数据处理
①在坐标纸上以U 为横轴，I 为纵轴，建立直角坐标系．
②在坐标纸上描出各组数据所对应的点．
③将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小电珠的伏安特性曲线．
4．实验器材选取
(1)原则：①安全；②精确；③操作方便．
(2)具体要求
①电源允许的最大电流不小于电路中的实际最大电流．干电池中电流一般不允许超过0.6A.
②用电器的额定电流不能小于通过该用电器的实际最大电流．
③电压表或电流表的量程不能小于被测电压或电流的最大值．
④电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的以上．
⑤从便于操作的角度来考虑，限流式接法要选用与待测电阻相近的滑动变阻器，分压式接法要
选用较小阻值的滑动变阻器．
【规律方法总结】
1．滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较
3
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两种接法的电路图
负载R 上电压的调节范围
≤U≤E
0≤U≤E
负载R 上电流的调节范围
≤I≤
0≤I≤
2.两种接法的适用条件
(1)限流式接法适合测量阻值较小的电阻(跟滑动变阻器的最大电阻相比相差不多或比滑动变阻
器的最大电阻还小)．
(2)分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的最大电阻要大)．
3．注意事项
(1)电路的连接方式：
①电流表应采用外接法：因为小电珠(3.8V,0.3A)的电阻很小，与量程为0.6A 的电流表串联时，
电流表的分压影响很大．
②滑动变阻器应采用分压式接法：目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化．
(2)闭合开关S 前，滑动变阻器的触头应移到使小电珠分得电压为零的一端，使开关闭合时小电
珠的电压能从零开始变化，同时也是为了防止开关刚闭合时因小电珠两端电压过大而烧坏灯丝．
(3)I－U 图线在U0＝1.0V 左右将发生明显弯曲，故在U＝1.0V 左右绘点要密，以防出现较大误
差．
4．误差分析
(1)由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，会带来误差，电流表外接，由于电压表的分流，
使测得的电流值大于真实值．
(2)测量时读数带来误差．
(3)在坐标纸上描点、作图带来误差．
实验14 测定电源的电动势和内阻
1．实验原理
(1)实验依据：闭合电路欧姆定律．
(2)E 和r 的求解：由U＝E－Ir 得，解得E、r.
(3)用作图法处理数据，如图所示．
4
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①图线与纵轴交点为E；②图线与横轴交点为I 短＝；③图线的斜率表示r＝||.
2．实验器材
电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺．
3．基本操作
(1)电流表用0.6A 的量程，电压表用3V 的量程，按实验原理图连接好电路．
(2)把变阻器的滑片移到使阻值最大的一端．
(3)闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据(I1、U1)．用同样的方法再测
量几组I、U 值，填入表格中．
(4)断开开关，拆除电路，整理好器材．
【规律方法总结】
1．实验数据求E、r 的处理方法
(1)列多个方程组求解，再求E、r 的平均值．
(2)图象法处理：以路端电压U 为纵轴，干路电流I 为横轴，建坐标系、描点、连线，纵轴截距
为电动势E，直线斜率k 的绝对值为内阻r.
2．注意事项
(1)为了使路端电压变化明显，可使用内阻较大的旧电池．
(2)电流不要过大，应小于0.5A，读数要快．
(3)要测出不少于6 组的(I，U)数据，变化范围要大些．
(4)若U－I 图线纵轴刻度不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，内阻应根据r＝||
确定．
(5)电流表要内接(因为r 很小)．
3．误差来源
(1)偶然误差：用图象法求E 和r 时作图不准确．
(2)系统误差：电压表分流．
实验15 练习使用多用电表
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．
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(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．
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；[来源
④测量完毕，将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡．
【规律方法总结】
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“＋”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．
2．多用电表对电路故障的检测
(1)断路故障的检测方法
①将多用电表拨到直流电压挡作为电压表使用．
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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．若电压表示数等于电源电动势，
则说明该部分电路中有断点．
②将多用电表拨到直流电流挡作为电流表使用，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．
[例题1] 某同学用如图甲所示电路图测某电压表的内阻，实验室提供的器材如表中所示。
A．电源（电动势约为9V）
B．待测电压表（量程为3V，内阻约为2000Ω）
C．滑动变阻器R1（最大阻值为10Ω）
D．滑动变阻器R2（最大阻值为500Ω）
E．电阻箱R3，最大阻值为99999.9Ω
F．定值电阻R0，阻值为8448Ω
G．开关S、导线若干
操作步骤如下：
a．将电阻箱调到零，闭合开关S，调节滑动变阻器R，使电压表满偏；
b．保持滑动变阻器的滑片位置不变，调节电阻箱，当电阻箱阻值如图乙所示时，电压表指针恰好
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指在满刻度的1
4
处。
(1)滑动变阻器应选用 （填“C”或“D”）。
(2)电阻箱的读数为 Ω，测得待测电压表的内阻RV= Ω。
(3)用待测电压表与定值电阻R0串联，可改装成另一个大量程的电压表，改装后的电压表的量程为
V，用该电压表测电压，其测量值 （填“大于”“等于”或“小于”）真实值。
[例题2] (24-25 高三下·浙江诸暨·适考)为尽可能精确测定待测电阻Rx 的阻值（约为
200Ω），准备器材如下：
电池组E（电动势3V，内阻不计）；
电流表A1（量程0~15mA，内阻约为100Ω）；
电流表A2（量程0~300μA，内阻为1000Ω）；
滑动变阻器R1（阻值范围0~20Ω，额定电流2A）；
电阻箱R2（阻值范围0~9999.9Ω，额定电流1A）；
开关、导线若干。
(1)如图所示的电路中，将电阻箱R2的阻值调到9000Ω，在a、b 两处分别接入电流表，其中在a 处
接入的电流表为 （填写器材代号）。
(2)调节滑动变阻器R1，其中一只电流表的示数如图所示，其示数为 mA；此时另一只电
流表的示数为150μA，则待测电阻Rx 的阻值为 Ω；（保留三位有效数字）
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(3)利用提供的实验器材，以下电路设计方案中也能够比较精确测定Rx 阻值的是（ ）
A．
B．
C．
[例题3] 热敏电阻经常用于温控电路中，图甲为某科技小组探究热敏电阻温度特性的探究
电路，热敏电阻RT处在虚线所示的温控室中。
(1)实验前，将电阻箱R 的阻值调到 （填“最大”或“最小”）；实验时，记录温控室的温
度t，将S2拨到1，闭合S1，调节电阻箱，使电流表的示数为I0，此时电阻箱示数为R0；将S2拨到
2，调节电阻箱，使电流表的示数仍为I0，记录此时电阻箱的示数R1，则热敏电阻的阻值RT=
。
(2)上述测量过程中，由于电流表内阻不可忽略，会导致热敏电阻的测量值 （填“大于”
“等于”或“小于”）真实值。本实验测量误差产生的原因是 。
(3)多次改变温控室的温度，重复上述实验过程，测得多组热敏电阻在不同温度t下对应的电阻值RT，
作出RT−t图像，如图乙所示，由图像可知，该热敏电阻的阻值随温度的升高而 （填
“增大”或“减小”）。
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(4)现将此热敏电阻接在电流恒定的电路中，当它产生的热量与向周围环境散发的热量达到平衡时，
热敏电阻的温度稳定在某一值t，且满足关系式I
2 RT =k (t −t0)，其中k是散热系数，t是热敏电阻
的温度，t0是周围环境温度，I为电流。已知I =500 mA，t0=15° C，k =2.5 W /° C，结合乙图可知
该热敏电阻的温度稳定在 ℃（保留2位有效数字）。
[例题4] 在“测量金属丝的电阻率”实验中：
(1)下列说法正确的是______。
A．用刻度尺多次测量金属丝的全长，算出其平均值
B．用螺旋测微器在金属丝上某一位置测量得出其直径
C．实验中尽可能保持金属丝的温度不变
(2)若待测金属丝电阻Rx较小，为使电阻的测量结果尽量准确，且金属丝两端的电压调节范围尽可
能大，以下实验电路符合要求的是______。
A．
B．
C．
D．
(3)实验中调节滑动变阻器滑片的位置，读取多组电压、电流值，描绘出U −I图像，图线的斜率为
k，金属丝的有效长度为l，直径为D，则金属丝电阻率的表达式为 。
(4)某同学利用金属丝和内阻为Rg的灵敏电流计G 设计了一个多量程电流表。如图1 所示，G 两端
并联长为L 的金属丝，调节滑动变阻器使G 满偏，毫安表示数为I，改变L，重复上述步骤，始终
保证G 满偏，获得多组I、L 数据，作出I −1
L
图像如图2 所示，L1、I 0均为已知量。
①若想将灵敏电流计改装为量程为3 I 0的电流表，则接入金属丝的长度为 ；
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②若给定金属丝的横截面积为S，则可由题目中信息得到金属丝的电阻率为 。
1.
某学习小组做“测量金属丝的电阻率”实验，实验器材如下：
学生电源（输出电压0~16V）；
滑动变阻器（最大阻值10Ω，额定电流2A）；
电压表V（量程3V，内阻未知）；
电流表A（量程3A，内阻未知）；
待测金属丝R；
刻度尺，螺旋测微器，开关S，导线若干。
(1)使用螺旋测微器测量金属丝直径，某次测量结果如图1 所示，其读数为 mm。
(2)如图2 所示，把待测金属丝接入电路，闭合开关S 后，将滑动变阻器滑片调节到合适位置，将电
压表右侧接线端K 分别接到M、N 端，观察到电压表示数变化比电流表示数变化更明显。则测量金
属丝电阻时应将K 接到 （选填“M”或“N”）端。
(3)正确连接电路，得到金属丝I −U图像如图3 所示。由图像可知金属丝的电阻R = Ω（保留
2 位有效数字）。
(4)用刻度尺测得金属丝的长度为L，金属丝的直径和电阻分别用d 和R 表示，则该金属丝的电阻率
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ρ= 。
(5)该学习小组想利用导体电阻随温度改变的特性制做电阻温度计。选取甲、乙、丙三种不同材料的
金属丝，研究他们的电阻率随温度变化的关系，测量不同温度下金属丝的电阻率，做出ρ−T图像
如图4 所示。如果要求所制温度计刻度均匀、灵敏度高，最适合的材料是 （选填“甲”
“乙”或“丙”），理由是 。
2.
(24-25 高三下·湖南沅澧共同体·一模)某同学利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性，
制作了一个简易的汽车低油位报警装置。
(1)该同学为了探究该热敏电阻阻值随温度变化的关系，设计了如图甲所示的实验电路，定值电阻
R0=2.0k Ω，则在闭合开关前，滑动变阻器的滑片P 应置于最 （选填“左”或“右”）端；
在某次测量中，若毫安表A1的示数为2.5mA，A2的示数为1.0mA，两电表可视为理想电表，则热敏
电阻的阻值为 kΩ。
(2)该同学通过探究得到热敏电阻RT随温度变化的规律如图乙所示，他利用此热敏电阻设计的汽车
低油位报警装置如图丙所示，其中电源电动势E=6.0V，定值电阻R=1.1kΩ，长为l=50cm 的热敏电
阻下端紧靠在油箱底部，不计报警器和电源的内阻。已知流过报警器的电流I≥3.0mA 时报警器开始
报警，若测得报警器报警时油液（热敏电阻）的温度为30℃，油液外热敏电阻的温度为70℃，由
此可知油液的警戒液面到油箱底部的距离约为 cm。
3.
物理兴趣小组用可拆变压器“探究变压器原副线圈电压与匝数的关系”。可拆变压器
如图甲、乙所示。
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(1)探究目的，保持原线圈输入的电压一定，通过改变原、副线圈匝数，测量副线圈上的电压。这个
探究过程采用的科学探究方法是_____。
A．等效法
B．理想模型法
C．控制变量法
D．演绎法
(2)器原、副线圈匝数分别选择n1=800匝、n2= 400匝，原线圈与10V 正弦式交流电源相连，用理
想电压表测得输出电压U 2=2.5 V，输出电压测量值明显小于理论值，造成这种现象的主要原因是
____。
A．副线圈匝数n2略少于400 匝
B．变压器存在电磁辐射
C．原、副线圈存在电流热效应
D．两块变压器铁芯没有组装在一起
(3)等效法、理想模型法是重要的物理学方法，合理采用物理学方法会让问题变得简单，这体现了物
理学科“化繁为简”之美。图丙为某电学仪器原理图，变压器原副线圈的匝数分别为n1、n2。若将
右侧实线框内的电路等效为一个电阻，可利用闭合电路的规律解决如下极值问题：在交流电源的电
压有效值U 0不变的情况下，在调节可变电阻R 的过程中，当R = 时（用n1、n2、R0表示），R
获得的功率最大。
4.
某同学将小车的干电池取出，用如图（a）所示的电路测量其电动势和内阻，图中电
压传感器未画出，定值电阻R=5.0Ω。连接电路，点击开始记录，得到图（b）中的数据点①；
闭合开关S，移动滑动变阻器的滑片依次得到数据点②、③、④、⑤。
(1)根据实验数据，可知电压表接在 和 之间（用图c 中字母表示）。
(2)测得该电池的电动势为 V，内阻为 Ω。（结果均保留两位有效数字）
5.
如图为葛同学设计的测量莱顿瓶电容的实验电路。已知电源电动势E=10V，内阻
r=1Ω，保护电阻R0=4Ω，R 为滑动变阻器，最大阻值为10Ω，定值电阻R1=1000Ω。
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(1)调节滑动变阻器的滑片到中间位置，闭合开关S，微电流计测得莱顿瓶充电过程中的I-t 图像如
图所示。充电完成后，莱顿瓶两极板间的电势差为 V，所带电荷量约为 C，电容约为
F．（结果均保留两位有效数字）
(2)闭合开关S，移动滑动变阻器的滑片，待电路稳定后，R0的最大电功率为 W。
6.
学生利用多用电表粗略测量电压表的内阻，把下列实验步骤前的字母按正确操作顺序
排列 ：
A．将红、黑表笔短接
B．调节欧姆调零旋钮，使指针指向零欧姆
C．将多用电表选择开关置于欧姆挡“×10”位置
再将多用电表的红、黑表笔分别与待测电压表的 （填“正极、负极”或“负极、正极”）相
连，欧姆表的指针位置如图中虚线Ⅰ所示。为了减少测量误差，应将选择开关旋转到欧姆挡
（填“×1”“×100”或“×1k”）位置，重新调节后，测量得到指针位置如图中实线Ⅱ所示，则组测得
到的该电压表内阻为 kΩ（结果保留2 位有效数字）；
7.
某实验小组计划将量程为I g=1mA、内阻Rg=80Ω的毫安表改装成简易欧姆表并测量
电阻的阻值。
实验室提供以下器材：
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（1）毫安表（参数如上）
（2）定值电阻若干(R1=10Ω, R2=100Ω, R3=1kΩ)
（3）滑动变阻器R4（最大阻值1kΩ）
（4）电源E（标称电动势1.5V，内阻未知）
（5）待测电阻Rx
（6）红表笔、黑表笔、导线若干
实验步骤如下：
（1）按图1 所示的电路连接实验器材，其中A 表笔应接表笔 （填“红”或“黑”），定值
电阻应选 （填“R1”“R2”或“R3”）。
（2）将两表笔短接，调节滑动变阻器，使毫安表指针指向 （填“0mA”“0.5mA”或“1mA”）
处。
（3）将待测电阻Rx接入两表笔之间，毫安表指针如图2 所示，则待测电阻的测量值R测= Ω。
（4）经检查，该实验小组发现所用电源的电动势小于1.5V，则该电阻的测量值 （填“大
于”“小于”或“等于”）真实值。
（5）更换电动势为1.5V 的标准电源后，在毫安表表盘上标出对应的电阻数值，使此欧姆表的倍率
为“×100”。
（6）按图3 所示的电路改装欧姆表，可以将欧姆表的倍率变为“×10”，则图中R5阻值为
Ω。
8.
某同学自制了一个多用电表，电流表、电压表、欧姆表均为双量程，电表电路如图所
示，M、N 分别接表笔。所用器材如下：
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A．电流表G（满偏电流Ig=1mA，内阻Rg =450Ω）；
B．定值电阻R1、R2、R3；
C．滑动变阻器R（最大阻值为120Ω）；
D．电源（电动势为1.5V，内阻不计）；
E．开关S1、S2；
F．表笔两只、导线若干。
(1)将S2接3，S1分别接1、2 时为电流表，其量程分别为10mA 和100mA，定值电阻R2的阻值为
Ω。
(2)现将S2接4，S1接2 时，欧姆表的挡位为 （选填“×1”或“×10”）；欧姆调零后将待
测电阻Rx接在M、N 间，发现电流表指针偏转角很小，将挡位换成另一挡位，再次欧姆调零时，滑
动变阻器R 的滑片应 （选填“向上”或“向下”）移动；欧姆调零后，电流表G 示数
为0.60mA，则待测电阻Rx= Ω。
(3)将S2接5、S1接1，若R3=55Ω，则此时电压表量程为 V。
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