高考物理大一轮总复习江苏专版 配套实验专题.docx
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高考物理大一轮总复习江苏专版配套实验专题
实验八 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.
实验基础知识
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(标准电流表)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). 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. 图5 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. 基本实验要求 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. 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. 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. 考点一 多用电表的使用 例1 (1)某同学使用多用电表粗略测量一定值电阻的阻值,先把选择开关旋到“×1k”挡位,测量时指针偏转如图7所示,请你简述接下来的测量操作过程: 图7 ①________________________________________________________________________; ②________________________________________________________________________; ③________________________________________________________________________; ④测量结束后,将选择开关旋到“OFF”挡. (2)接下来采用“伏安法”较准确地测量该电阻的阻值,所用实验器材如图8所示,其中电压表内阻约为5kΩ,电流表内阻约为5Ω,图中部分电路已经连接好,请完成实验电路的连接. 图8 (3)如图9是一个多量程多用电表的简化电路图,测量电流、电压和电阻各有两个量程,当转换开关S旋到位置3时,可用来测量________;当S旋到位置________时,可用来测量电流,其中S旋到位置________时量程较大. 图9 答案 (1)①断开待测电阻,将选择开关旋到“×100”挡 ②将两表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使指针指向“0Ω” ③再接入待测电阻,将指针示数×100,即为待测电阻阻值 (2)如图所示 (3)电阻 1、2 1 变式题组 1.[多用电表的原理及使用](2013·新课标Ⅱ·23)某同学用量程为1mA、内阻为120Ω的表头按图10(a)所示电路改装成量程分别为1V和1A的多用电表.图中R1和R2为定值电阻,S为开关.回答下列问题: 图10 (1)根据图(a)所示的电路,在图(b)所示的实物图上连线. (2)开关S闭合时,多用电表用于测量__________(填“电流”、“电压”或“电阻”);开关S断开时,多用电表用于测量__________(填“电流”、“电压”或“电阻”). (3)表笔A应为________色(填“红”或“黑”). (4)定值电阻的阻值R1=________Ω,R2=________Ω.(结果保留三位有效数字) 答案 (1)如图所示 (2)电流 电压 (3)黑 (4)1.00 880 解析 (2)开关闭合时,多用电表的内阻较小,为等效电流表;开关断开时,多用电表的内阻较大,为等效电压表. (3)电流由红表笔流入,由题图(a)可看出表头右端为“+”,故表笔A为黑表笔. (4)设表头的内阻为r,满偏电流为Ig,由欧姆定律可知Ig(R2+r)=1V,Ig(R2+r)=(1-Ig)R1,解得R1=1.00Ω,R2=880Ω. 2.[多用电表的使用](2013·上海·27)为确定某电子元件的电气特性,做如下测量: (a) (b) 图11 (1)用多用电表测量该元件的电阻,选用“×100”倍率的电阻挡测量,发现多用电表指针偏转过大,因此需选择“________”倍率的电阻挡(填: “×10”或“×1k”),并________再进行测量,多用电表的示数如图11(a)所示,测量结果为________Ω. (2)将待测元件(额定电压9V)、蓄电池、滑动变阻器、电流表、多用电表、开关及若干导线连接成电路如图(b)所示,添加连线,使电路能测量该元件完整的伏安特性. 本实验中使用多用电表测电压,多用电表的选择开关应调到________挡(填: “直流电压10V”或“直流电压50V”). 答案 ×10 欧姆调零 70 (2)电路如图 直流电压10V 考点二 多用电表的读数 例2 如图12所示为多用电表的刻度盘.若选用倍率为“×100”的欧姆挡测电阻时,表针如图所示,则: 图12 (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的直流电流挡测量电流时,表针指于图示位置,则所测电流为______mA;当选用量程为250mA的直流电流挡测量电流时,表针指于图示位置,则所测电流为________mA. (3)当选用量程为10V的直流电压挡测量电压时,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;测阻值为2.0×104Ω电阻时应选“×1k”倍率的欧姆挡. (2)选50mA的直流电流挡,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 估读),指针对应的读数为30.8mA;选择量程为250mA的直流电流挡,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 估读),指针对应的读数为154mA. (3)选择10V的直流电压挡,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 估读),指针对应的读数为6.2V. 答案 (1)1.5×103 ×1k (2)30.8(30.7~30.9都正确) 154 (3)6.2 变式题组 3.[多用电表的读数]多用电表表头的示意图如图13所示.在正确操作的情况下: 图13 (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 1.20V (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 4.[多用电表的使用和读数]某学生实验小组利用如图14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14 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__________,调欧姆零点. (2)将图14中多用电表的红表笔和________(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15甲所示,这时电压表的示数如图乙所示.多用电表和电压表的读数分别为________kΩ和________V. 图15 (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12kΩ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16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16 答案 (1)短接 (2)1 (3)15 3.60 (4)12 (5)9.00 15 解析 (1)使用多用电表测电阻时,换挡后需重新进行欧姆调零,故应将两表笔短接. (2)电流应从多用电表的红表笔流入、黑表笔流出,故红表笔应接“1”. (3)从题图甲可以看出多用电表中的指针指向表盘最上行刻度15位置,电阻挡为“×1k”,故读数为15kΩ;由于电压表量程为5V,电压表中的指针所指位置为3.60,故读数为3.60V. (4)当滑动变阻器连入电路中的电阻为零时,多用电表读数即为电压表内阻,所以电压表内阻为12kΩ. (5)设多用电表内电池的电动势为E、多用电表的内阻为R,由(3)、(4)问可知 = , = ,两式联立解得: E=9.00V,R=15kΩ. 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17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片,A、B灯都不亮. 图17 (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.10V C.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18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18 解析 (1)①因电源为四节干电池,故电动势E=6V,则多用电表应选直流电压10V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6Ω,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小灯泡未通电工作时的阻值,温度较低,电阻率偏小,阻值偏小. 答案 (1)①B ②A (2)①断开 ②6 e、f 12.7 欧姆表测量时小灯泡未工作,小灯泡温度低,电阻小 变式题组 5.[用欧姆表检查电路故障] (1)某同学按如图19所示的电路图连接元件后,闭合开关S,发现A、B灯都不亮,该同学用多用电表的欧姆挡检查电路的故障,检查前,应将开关S________.(填“闭合”或“断开”) 图19 (2)若 (1)中同学检查结果如下表所示,由此可以确定( ) 测试点 b、f b、e b、d d、e 多用电表示数 无穷大 无穷大 500Ω 无穷大 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 答案 (1)断开 (2)D 解析 (1)用多用电表的欧姆挡检查电路的故障需将电路断开. (2)b、f之间电阻无穷大说明b、f间有断路,b、e之间电阻无穷大说明b、e间有断路,d、e之间电阻无穷大说明d、e间有断路,b、d之间电阻有一定的数值,说b、d之间没有断路,所以断路在d、e之间. 6.[用多用电表检查电路故障]在测定金属丝电阻率的实验中,某同学连接电路如图20所示.闭合开关后,发现电路有故障(已知电源、电表和导线均完好,电源电动势为E): 图20 (1)若电流表示数为零、电压表示数为E,则发生故障的是________(填“待测金属丝”、“滑动变阻器”或“开关”). (2)若电流表、电压表示数均为零,该同学利用多用电表检查故障.先将选择开关旋至________挡(填“欧姆×100”、“直流电压10V”或“直流电流2.5mA”),再将________(填“红”或“黑”)表笔固定在a接线柱,把另一支表笔依次接b、c、d接线柱.若只有滑动变阻器断路,则多用电表的示数依次是________、________、________. 答案 (1)待测金属丝 (2)直流电压10V 红 0 E E 解析 (1)电流表示数为零,说明电路断路,由于电压表示数为E,说明电压表两端与电源相连,因而待测金属丝断路. (2)判断电路故障问题,应利用多用电表的直流电压挡,电流应从多用电表的红表笔流入多用电表,因而红表笔应与a接线柱相连,当只有滑动变阻器断路时,黑表笔接b时,多用电表不能与电源形成闭合回路,示数为零,黑表笔接c、d时,多用电表与电源两极相连,示数为电源电动势E. 考点四 用多用电表探索黑箱内的电学元件 例4 如图21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21 (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22中多用电表的________(选填“A”、“B”或“C”). 图22 (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17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 10Ω b、c 15Ω 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5Ω,由a、b间电阻阻值为5Ω,a、c间为10Ω,b、c间为15Ω知,电路为a、b间阻值为5Ω的电阻与a、c间阻值为10Ω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 见解析图 变式题组 7.[多用电表的读数及对黑箱的探索]如图23所示为一黑箱装置,盒内有由两节干电池和几个电阻等元件组成的电路,a、b为黑箱的两个输出端,a端连接盒内电池的正极. 图23 (1)为了探测黑箱,某同学准备进行以下几步测量: ①用多用电表的欧姆挡测量a、b间的电阻. ②用多用电表的直流电压挡测量a、b间的输出电压. ③用多用电表的直流电流挡测量a、b间的输出电流. 你认为以上测量中不妥的有________(填序号),理由是_________________________ ________________________________________________________________________. (2)若他用多用电表测其电阻,已经调零且选择开关指向欧姆挡“×10”挡位,发现指针的偏转角度太大,这时他应将选择开关换成欧姆挡的“________”(选填“×100”或“×1”)倍率的挡位;调零后测量,其表盘及指针所指位置如图24所示,则此段电阻丝的电阻为________Ω. 图24 答案 (1)①、③ ①用欧姆挡不能直接测量带电源电路的电阻,③用直流电流挡直接测量可能会造成电源短路 (2)×1 12 8.[用多用电表探索黑箱内的电学元件]在黑箱内有一由四个阻值相同的电阻构成的串、并联电路,黑箱面板上有三个接线柱1、2和3.用欧姆表测得1、2接线柱之间的电阻为1Ω,2、3接线柱之间的电阻为1.5Ω,1、3接线柱之间的电阻为2.5Ω. (1)在虚线框中画出黑箱中的电阻连接方式; (2)如果将1、3接线柱用导线连接起来,1、2接线柱之间的电阻为________Ω. 答案 (1)见解析图 (2)0.6 解析 (1)根据已知1、2间电阻为1Ω,2、3间电阻为1.5Ω,1、3间电阻为2.5Ω,可画出电阻的连接方式如下: (2)若将1、3用导线连接起来,则等效电路图为: 故R12= Ω=0.6Ω.
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