（天津专用）2020届高考物理一轮复习 实验课12 用多用电表测量电学中的物理量（含描绘小灯泡的伏安

实验课12用多用电表测量电学中的物理量(含描绘小灯泡的伏安特性曲线)-2-一、实验目的1.了解多用电表的构造和原理,掌握多用电表的使用方法。2.会使用多用电表测电压、电流及电阻。3.会用多用电表探索黑箱中的电学元件。-3-二、实验原理1.电流表与电压表的改装(1)改装方案比较项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=UI𝑔-RgIgRg=(I-Ig)R故R=I𝑔R𝑔I-I𝑔改装后电表内阻RV=Rg+RRgRA=RR𝑔R+R𝑔Rg-4-(2)校正①电压表的校正电路如图甲所示,电流表的校正电路如图乙所示。甲乙②校正的过程:先将滑动变阻器的滑片移到最左端,然后闭合开关,移动滑片,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(标准电流表)的示数,并计算满刻度时的百分误差,然后加以校正。-5-2.欧姆表原理(多用电表测电阻原理)(1)构造:如图所示,欧姆表由电流表G、电池、调零电阻R和红、黑表笔组成。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。-6-(2)工作原理:闭合电路欧姆定律,。(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”。(图甲所示)②当I=0时,Rx→∞,在I=0处标为“∞”。(图乙所示)③当时,Rx=Rg+R+r,此电阻值等于欧姆表的内阻值,Rx叫中值电阻。I=ER𝑔+R+r+RxI=I𝑔2-7-3.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。-8-(3)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)。-9-4.测电流、电压的原理测电流和电压的原理与电流表和电压表改装原理相同。(1)直流电流挡:直流电流挡的几个挡位实际是由同一表头并联不同电阻改装而成的几个量程不同的电流表。(2)直流电压挡:直流电压挡的几个挡位实际是由同一表头串联不同电阻改装而成的几个量程不同的电压表。-10-5.二极管的单向导电性(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。(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。-11-三、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。四、实验步骤1.观察多用电表的外形,认识选择开关对应的测量项目及量程。2.检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的零刻度位置。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。-12-4.测小灯泡的电压和电流。(1)按如图甲所示连好电路,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。-13-5.用多用电表测电阻的步骤。(1)调整定位螺丝,使指针指向电流的零刻度。(2)选择开关置于“Ω”挡的“×1”,短接红、黑表笔,调节欧姆调零旋钮,使指针指向电阻的零刻度,然后断开表笔,再使指针指向“∞”刻度处。(3)将两表笔分别接触阻值为几十欧的定值电阻两端,读出指示的电阻值,然后断开表笔,再与标定值进行比较。(4)选择开关改置“×100”挡,重新进行欧姆调零。(5)再将两表笔分别接触标定值为几千欧的电阻两端,读出指示的电阻值,然后断开表笔,与标定值进行比较。(6)测量完毕,将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡。-14-6.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,反接时示数很大电容器欧姆挡指针先指向某一小阻值,后逐渐增大到“∞”电感线圈欧姆挡示数由“∞”逐渐减小到某一较小固定示数-15-五、误差分析1.偶然误差(1)欧姆表的表盘刻度不均匀,估读时易带来误差。(2)由于欧姆表刻度的非线性,表头指针偏转过大或过小都会使误差增大,因此要选用恰当倍率挡位,使指针在中值附近。(3)读数时的观察易造成偶然误差,要垂直表盘正对指针读数。2.系统误差(1)电池用旧后,电动势会减小,内阻会变大,致使电阻测量值偏大,要及时换电池。(2)测电流、电压时,由于电表内阻的影响,测得的电流、电压值均小于真实值。-16-六、注意事项1.欧姆表刻度盘不同于电压、电流表刻度盘(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,即读出的示数再乘以挡上的倍率。电流、电压挡是量程范围挡。在不知道待测电阻的估计值时,应先从中等倍率开始试测,指针偏角太小,换大倍率挡;指针偏角太大,换小倍率挡。(4)欧姆表的读数:待测电阻的阻值应为表盘读数乘以倍率。为了减小读数误差,指针应指表盘部分,即中央刻度附近。12到23的-17-2.多用电表使用的“八项注意”(1)使用前要机械调零。(2)两表笔在使用时,电流总是“红进”“黑出”。(3)选择开关的功能区域,要分清是测电压、电流、电阻,还要分清是交流还是直流。(4)电压、电流挡为量程范围挡,欧姆挡为倍率挡。(5)刻度线有三条:上为电阻专用,中间为电流、电压直流、交流共用,下为电压交流2.5V专用。(6)测电阻时①待测电阻与电路、电源一定要断开。②两手一定不要接触两表笔金属杆。③指针指中值附近较准,否则换挡。④每换一挡必须重新欧姆调零。⑤读出示数要乘以倍率才为电阻阻值。-18-(7)测电学黑箱时,一定要先用大量程电压挡判断其内部有无电源,无电源方可用欧姆挡。(8)使用完毕,选择开关要置于“OFF”挡或交流电压最高挡,长期不用应取出电池。-19-考向1考向2考向3实验原理与操作例1某学生实验小组利用图甲所示电路,测量多用电表内电池的电动势和内阻及“×1k”挡内部电路的总电阻。使用的器材有多用电表、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。甲回答下列问题:-20-考向1考向2考向3(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)将图甲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。-21-考向1考向2考向3(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乙所示,这时电压表的示数如图丙所示。多用电表和电压表的读数分别为kΩ和V。乙丙-22-考向1考向2考向3(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)多用电表电阻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,如图丁所示。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。丁-23-考向1考向2考向3解析(1)多用电表欧姆挡调零的方法是先把红、黑表笔短接,再调节欧姆调零旋钮,使指针满偏。(2)多用电表内部电池的正极与黑表笔相连,要保证电流从电压表的“+”接线柱流入、“-”接线柱流出,故红表笔和“1”端相连。(3)多用电表指针指向“15”,挡位“×1k”,故多用电表的读数为15.0kΩ;电压表读数时要估读,读数为3.60V。(4)滑动变阻器接入电路的阻值为零,故多用电表的读数即为电压表内阻。(5)由题图丁知,此时多用电表指针指向中值,故此时内、外电阻均为15kΩ,此时的电压表示数为3.60V。则3.60V=𝑅V𝑅+𝑅V+𝑟E=𝑅V2𝑟E解得E=9.00V。答案(1)短接(2)1(3)15.03.60(4)12.0(5)9.0015.0-24-考向1考向2考向3多用电表的使用例2(2017·全国Ⅲ卷)图甲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G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。甲乙-25-考向1考向2考向3(1)图甲中的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乙所示。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)-26-考向1考向2考向3解析(1)根据电流从红表笔进入多用电表,结合欧姆挡知,A与黑表笔相连。(2)在使用多用电表之前,调节机械定位螺丝使电表指针指在表盘左端电流“0”位置,A选项错;使用欧姆挡时,将两表笔短接,调整R0进行欧姆调零,B选项正确;电流挡中电路与R6无关,C选项错。(3)当B端接“2”时,电流表的量程为1mA,此时,R1、R2串联后与表头并联,R1+R2承担的电流为I-Ig=0.75mA,由IgRg=(I-Ig)(R1+R2),可得R1+R2=160Ω;当B端接“4”时,电压表量程为1V,表头与R4串联,表头部分承担的电压Ug=IgRg=250×10-6×480V=0.12V,故R4承担的电压为0.88V,所以R4==880Ω。0.881×10-3Ω-27-考向1考向2考向3(4)B端与“1”连接时,电流表最大量程为2.5mA,表盘上每1小格表示0.05mA,指针约在第29.6格,则电流表读数为1.48mA;B端与“3”连接时,多用电表为欧姆表,示数为R=11×100Ω=1100Ω;B端与“5”连接时,多用电表为量程5V的电压表,每1小格表示0.1V,则读数为2.96V。答案(1)黑(2)B(3)160880(4)1.47mA或1.48mA1100Ω2.95V或2.96V-28-考向1考向2考向3例3如图甲所示,数字多用电表是近来发展起来的高科技电子产品,它具有测量精度高、读数方便等许多独特的优点。以某型号普通数字多用电表为例,其电压挡所有量程内阻高达10MΩ以上,而机械指针式电压表内阻一般为几千欧到几十千欧。-29-考向1考向2考向3现有一块数字多用电表,用它来测量一只电池的电动势和内阻。提供的其他测量器材还有一只滑动变阻器R(0~30Ω),两只开关,导线若干。实验要求:利用这些器材,尽量采用最简单的测量方法,分两步进行。首先测量电动势,待电动势测定之后再测量其内阻。现按图乙连接好测量电路。-30-考向1考向2考向3操作步骤:(1)将数字多用电表选择开关置于挡,选择合适的量程,断开开关,闭合开关,记录表的示数,然后反复测量多次,取平均值并记为a。(2)将数字多用电表选择开关置于挡,选择合适的量程,断开开关,闭合开关,记录