人教版高二物理选修3-1第二章2．9 实验：练习使用多用电表（共54张PPT）

(共54张PPT)
实验
练习使用多用电表
要点归纳
【实验目的】
1.了解多用电表的构造和原理.
2.使用多用电表测电阻.
3.探测黑箱内的电学元件.
【实验原理】
1.多用电表的构造及功能
多用电表可以用来测电流、电压和电阻,又称万
用电表,其表面结构如图1所示.
图1
其表面分为上、下两部分,上半部分为表盘,共有三条刻度线,最上面的刻度线的左端标有“∞”,右端标有“0”,是用于测电阻的,中间的刻度线是用于测直流电流和直流电压的,其刻度是分布均匀的,最下面一条刻度线左侧标有“V”是用于测交流电压的,其刻度是不均匀的.多用电表表面的下半部分为选择开关,周围标有测量功能的区域和量程.将多用电表的选择开关旋转到电流挡,多用电表就测量电流;当选择开关旋转到其他功能区域时,就可测量电压或电阻.
多用电表表面还有一对正、负极插孔.红表笔插“+”插孔,黑表笔插“-”插孔,插孔上面的旋钮叫调零旋钮,用它可进行电阻调零.另外,在表盘和选择开关之间还有一个机械调零旋钮,用它可以进行机械调零,即旋转该调零螺丝,可使指针(在不接入电路中时)指在左端“0”刻线.
2.欧姆表(挡)原理
(1)原理图:如图2所示.
G是电流表,内阻为Rg,满偏电流为Ig.电池的电动
势为E,内阻为r,电阻R为可变电阻,也叫调零电阻.
图2
(2)欧姆表原理:I=
,即I与Rx一一
对应.
(3)特点
①Rx=0,即红、黑表笔直接接触,此时Ig=
,
指针偏转最大.
②红、黑表笔不接触,I=0,指针不偏转,刻度值为∞.
③测电阻Rx时,I=
.由于I和Rx之间
不成正比,所以欧姆表刻度是不均匀的.
④测量时被测电阻要与原电路断开.
交流与思考:欧姆表的中值电阻与内阻有何关系?由此解释为何每次欧姆表换挡都要调零.
提示:由
,解得R内=R中,即中
值电阻等于欧姆表的内阻.
若换用不同的挡时,其中值电阻都是不同的,欧姆
表对应的内阻也不相同.因此,在不同的挡位时,只
有重新调零才能使指针指在满偏位置.
3.多用电表是电流表、电压表和欧姆表的组合,
测电流和电压的原理与电流表和电压表相同
(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.
(3)测电阻的原理如图3所示.
欧姆表是根据闭合电路欧姆
定律制成的测量电阻的仪表,可
直接读出电阻值,比用伏安法测
电阻方便.调零时Ig=
,
测量时I=
只要将对应Rx值的电流刻度I改为阻值Rx即为欧
姆表.
由于I与R成非线性关系,表盘上电流刻度是均匀
的,其对应的电阻刻度却是不均匀的,电阻的零刻度
在电流满偏处.
图3
4.二极管的单向导电性
二极管是用半导体材料制成的电子元件,它有两个引线,一根叫正极,另一根叫负极,二极管的表示符号是
,当二极管的正极接高电势点、负极接低电势点,即加正向电压时,二极管电阻很小(与加反向电压比较),处于导通状态,相当于一个接通的开关;当给二极管加反向电压时,二极管的电阻无穷大,相当于一个断开的开关,这种特性叫二极管的单向导电性,二极管已被广泛应用.
【实验器材】
多用电表一只、干电池一节、电阻箱一个、定值电阻三个、黑箱一个、导线若干.
【实验步骤】
1.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,然后断开表笔,再使指针指到“0”欧姆位置.
(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十千欧的电阻两端,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.
2.研究二极管的单向导电性
(1)将二极管、小电珠、电键、直流电源按如图4甲所示电路连接起来,闭合电键S后,小电珠正常发
光.
(2)将二极管、电键、小电珠等按如图4乙所示连接起来,闭合电键S后,小电珠不发光.
3.探测黑箱内电路,如图5所示.
图4
图5
(1)操作程序
(2)操作步骤
①机械调零:熟悉多用电表的表面结构,观察使用前指针是否指在刻度线左端0位置,若不指0,调整调零螺母,使指针指0.
②将多用电表选择开关旋转到直流电压挡,并置于500
V量程,用多用电表测量黑箱任意两个接线柱间的电压,若均无示数,说明箱内不含电源.
③先选定欧姆挡的某一较小的挡,两表笔短接,进行调零.然后,用欧姆挡测A、B间正反向电阻.若两
次所测阻值相等,则表明A、B间只含有电阻.若一次测量电阻值较小,另一次较大,说明A、B间有二极管,且测量阻值较小时,与黑表笔接触的那一端为二极管的正极.
④用欧姆挡测B、C间正反接电阻.若两次所测阻
值相等,则表明B、C间只含有电阻.若一次测量电阻值较小,另一次较大,说明B、C间有二极管,且测量
阻值较小时,与黑表笔接触的那一端为二极管的正
极.
⑤根据前面所测结果,画出黑箱内电路.
⑥使用完毕,将表笔从插孔中拔出,并将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡.
【误差分析】
测量值偏大其主要原因可能是表笔与电阻两端接触欠紧而引入接触电阻,或者在连续测量过程中,表笔接触时间过长,引起电表内电池电动势下降,内阻增加.如果是高值电阻的测量值,则可能是人体电阻并入造成.欧姆表的刻度是按标准电池标出,当电池用旧了,电动势和内阻均发生变化,由此引起测量误差.
交流与思考:使用欧姆挡,在选取量程时,为什么使
指针指在中值电阻附近可提高测量准确度?
若指针偏转角太大,由于读数太小而造成偶然误差增大;若指针偏转角度太小,由于刻度线太密集而使读数不准确,甚至无法读数.所以,只有指针指在中值电阻附近时才比较准确.
提示:
【注意事项】
1.为了提高测量的精度,在选择量程范围时,应尽可能使表针指示在满刻度的20%~80%弧长范围内,表针愈靠近刻度线的中点(即满刻度的1/2),测量的准确度愈高.例如,测量1
kΩ左右的电阻,应选择“
×100
”挡(这时表针指示在刻度线的中间位置,而不应选择“
×10
”或“
×1
k
”挡(这时表针的指示远离中间位置).
2.每次变换电阻的挡位以后,都要重调欧姆零点,否则测量结果不准确.如果旋动“调零旋钮”已无法使表针到达“0”位,则说明表内电池电压不足,应打开电表背面的电池盒盖板,换上同规格的新电池(注意电池的极性).
3.测量电路中的电阻时,应先切断电源.如果待测电阻有并联支路存在,必须将待测电阻的一端脱开,然后再对它测量,否则电表的读数不是待测电阻的阻值,而是各支路电阻并联后的总阻值.如果电路中有大电容器存在,必须先将电容器放电完毕以后,才能进行测量.
4.检查晶体管时,必须使用“×100”或“×1
k”挡,不能使用“×1”或“×10
k”挡,因前者电流太大(100
mA左右),后者电压太高(9
V),都可能损坏晶体管.
5.使用欧姆挡检查整流元件(晶体二极管)的正负极性时,必须注意到:万用电表内电池的“+”极是与黑表笔(即表面的“-”插孔)相连的,因此电流是从黑表笔流出,经外接元件后再回到红表笔去.如果忽视这一点,就会引起判断上的错误.
6.使用欧姆挡的间歇中,不要让两表笔短接,以免损耗电池,表针长时间偏转,对电表的保养也不利.
7.测电阻时,待测电阻要与电源以及其他电阻断
开,且不能用手接触表笔.
8.用多用电表测黑箱时,一定要先用电压挡判断
其内部有无电源,确认无电源后才能使用欧姆挡测
量.
9.使用完毕,将表笔从插孔中拔出,并将选择开关
置于“OFF”挡或交流电压最高挡.
典例剖析
【例1】一学生用多用电表测电阻,他在实验中有违
反使用规则之处.他的主要实验步骤如下:
(1)选择开关扳到欧姆挡“×1
k”上.
(2)把表笔插入测试笔插孔中,先把两根表笔相接
触,旋转调零旋钮,使指针指在电阻刻度的零位上.
(3)把两根表笔分别与某一待测电阻的两端相接,
发现这时指针几乎满偏.
(4)换用“×100”的欧姆挡,发现这时指针的偏转
适中,随即记下欧姆数值.
(5)把表笔从测试笔插孔中拔出后,就把多用表放
回桌上原处,实验完毕.
这个学生在测量时已注意到:待测电阻与其他元件和
电源断开,不用手碰表笔的金属杆.这个学生在实验
中违反了哪一条或哪一些重要的使用规则?
解析
使用欧姆表要注意的地方比较多,使用前要经
过调整(机械调零,选择量程后要电阻调零),使用后
要复位(拔出表笔,选择开关应置于“OFF”挡或交流
高压挡),使用过程中换挡后要重新调零……这些往
往都是考查的重点.
答案
第(4)步换到合适的量程后,要重新调整调零
旋钮;第(5)步使用后不能把选择开关置于欧姆挡.
变式练习
一多用电表的电阻挡有三个倍率,分别是×1、×10、×100.用×10挡测量某电阻时,操作步骤正确,发现表头指针偏转角度很小,为了较准确地进行测量,应换到
挡.如果换挡后立即用表笔连接待测电阻进行读数,那么缺少的步骤是
,若补上该步骤后测量,表盘的示数如图6所示,则该电阻的阻值是
Ω.如若将该表选择旋钮置于
25
mA挡,表盘示数仍如该图则被测电流为
mA.
答案
×100
重新调零
约2
200
约9.9
图6
【例2】
(2009·武汉市5月模拟)(1)用图示的多用
电表正确测量了一个10
Ω的电阻后,需要继续测
量一个阻值大约是3
kΩ的电阻,在用红、黑表笔
接触这个电阻两端之前,以下哪些操作是必须的,
请选择其中有用的,按操作顺序写出:
.
A.调节调零旋钮使表针指着欧姆零点
B.用螺丝刀调节表盘下中间部位的调零螺丝,使
表针指零
C.将红表笔和黑表笔接触
D.把选择开关旋转到“×100
Ω”位置
E.把选择开关旋转到“×1
kΩ”位置
(2)多用电表指针的位置如图7所示,若选择开关处在下面表格中所指的挡位,则相应的读数是多少?请填在表中.
图7
答案
(1)DCA
(2)1.2
kΩ
55.8
mA
(或56.0
mA)
1.40
V
所选择的挡位
指针读数
电阻×100
Ω
直流电流100
mA
直流电压2.5
V
【例3】如图8所示,已知黑箱外有
A、B、C三只接线柱,黑箱内有
一只定值电阻和一个二极管,它
们的两端都直接接在接线柱上.
用多用电表依次测三只接线柱间
黑箱内的结构.
图8
红表笔
A
A
B
C
C
B
黑表笔
B
C
C
B
A
A
黑箱（Ω）
100
150
50
2K
2.1K
100
思路点拨
电阻的正反向电阻相同,二极管的正反向电阻不同,且差距很大.欧姆表的黑表笔接内部电源的正极,红表笔接内部电源的负极.
解析
定值电阻阻值与电流方向无关.二极管有单向导电性,其电阻与电流方向有关:其正向电阻较小,反向电阻很大.电流方向总是从红表笔流入多用电表,因此一定是从黑表笔流入被测电路的.
A、B间电阻与电流方向无关,因此一定是定值电阻;
B、C间电阻与电流方向有关,且阻值较小,说明二极管一定直接接在B、C间且C为正极.
答案
黑箱内结构如下图所示
电学黑箱是指内部要素和结构尚不清楚的系统,其研究方法是用多用电表进行探索和推理,从而发现内部电学元件的连接关系.这类问题解题方法是:
(1)根据黑箱的输入、输出信息,用多用电表进行探测和推理.
(2)猜想黑箱内与题给条件相容的结构模型.
(3)分析、验证是否满足题目有关条件,同时注意是否有多解.
点评
创新实验
【例4】数字式万用表如图9(a),是近些年来发展起
来的高科技数码产品,是传统的机械指针式仪表
的更新换代产品,数字表有很多独特的优点,具体
表现在:
图9
测量精度高,以型号为“DF930”普通数字表为例,
直流电压和直流电流挡的测量精度为±0.05%,欧姆挡精度为±0.08%,而常用指针式电压表电流表精度只有±2.5%,欧姆挡的精度更低.数字表内阻非常理想,数字表“DF930”的电压挡所有量程内阻高达
10
MΩ,而机械指针式电压表内阻一般为几千欧到
几十千欧,内阻高出了2~3个数量级.
今有一块数字万用表“DF930”、一只滑动变阻器(0~30
Ω)、两只开关、导线若干.
利用这些器材,尽量采用简单的方法,测量一节干电池的电动势和内阻,要求分两步测量,首先测量电动势,待电动势测得之后再测其内阻.
(1)连接万用表.在图9(b)中电路中的各个元器件已经连接妥当,数字万用表的一个表笔也已经跟电路相连,请将另一只表笔正确的接入电路.
(2)操作步骤:
①将万用表选择开关置于
挡,选择合适的量程,断开开关
,闭合开关
,记录表的示数,反复测量多次,示数的平均值记为X.
②将万用表选择开关置于挡
,选择合适的量程,断开开关
,闭合开关
,记录表的示数,设它为Y,紧接着进行下面的操作:将万用表选择开关置于
挡,选择合适的量程,将开关S1与S2都闭合,记录表的示数,设它为Z,把Y和对应的Z作为一组数据记录下来,反复测量多次得到多组数据.
③
即为干电池的电动势.(填“X”、“Y”
或“Z”)
④内阻的表达式r=
(用X、Y、Z表示),将步骤②测得的多组数据代入公式,求出r的平均值,即为干电池内阻的值.
解析
本例为一道信息实验题,实验目的即要测量电池的电动势和内阻.很容易把人引到我们熟知的教材的万用表实验和测量电池的电动势和内阻实验上去.实际上只要仔细审题,从长长的题干中,挖掘出两个关键信息:此万用表“测量精度高”、“内阻非常理想”.其意为此万用表作为电压表、电流表、欧姆表使用时,均可看作理想表.那么,将其接到电池两端即可测量电池的电动势,将其接到电阻两端即可测量电阻.问题也就迎刃而解了.
根据闭合电路欧姆定律:
,把万用表接到电
池两端即可测量电池的电动势E(X),故(1)的答案
为:将另一只表笔接到b或c.
(2)中①的答案依次为:电压;S1;S2;再测出外电阻R(Y),电路电流I(
),代入公式即可求得内阻r.
故②的答案依次为:欧姆;S2;S1;电压.
③的答案为:X.
④的答案为:
.
答案
见解析
素能提升
1.如图10所示为欧姆表的原理示意图,
其中电流表的满偏电流为300
A,
内阻Rg=100
Ω,调零电阻最大阻值
R=50
kΩ,串联的固定电阻R0=50
Ω,
电池电动势E=1.5
V,用它测量电阻
Rx能准确测量的阻值范围是(
)
A.30
kΩ~80
kΩ
B.3
kΩ~8
kΩ
C.300
kΩ~800
kΩ
D.3
000
kΩ~8
000
kΩ
图10
解析
当红、黑表笔短接时,根据
得r+Rg+R+R0=
=5
kΩ.
当指针指在中间时,被测电阻为Rx,则
Rx=r+Rg+R+R0=5
kΩ.
使用欧姆挡读数时,指针偏转范围为
~5R中中,
即1
kΩ~
25
kΩ,所以,选项B正确.
答案
B
2.多用电表表头的示意图如图11所示.
图11
在正确操作的情况下:
(1)若选择开关的位置如箭头a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箭头b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箭头c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箭头c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为:
.
(5)全部测量结束后,应将选择开头拨到
挡或者
.
(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.
解析
多用电表可以测直流电压、电流,交流电压,电阻.测电压、电流时,同电压表、电流表的使用方法相同,选择的挡位是最大量程;而选择测电阻挡位时,指针指示的数,乘以倍率得测量值,红表笔插在“+”插孔.
答案
(1)直流电压
1.25
V
(2)直流电流
50
mA
(3)电阻
17
kΩ
(4)选用欧姆表“×1
k”倍率,重新调零,将红黑表笔分别接触被测电阻的两根引线,读出指针所指刻度,再乘以倍率得测量值(5)OFF
交流电压500
V挡
(6)红
正
3.(2009·全国Ⅱ·22)某同学用多用电表测量二极管的反向电阻.完成下列测量步骤:
(1)检查多用电表的机械零点.
(2)将红、黑表笔分别插入正、负表笔插孔,将选
择开关拨至电阻测量挡适当的量程处.
(3)将红、黑表笔
,进行欧姆调零.
(4)测反向电阻时,将
表笔接二极管正极,将
表笔接二极管负极,读出电表示数.
(5)为了得到准确的测量结果,应让电表指针尽量
指向表盘
(填“左侧”、“右侧”或“中央”),否则,在可能的条件下,应重新选择量程,
并重复步骤(3)、(4).
(6)测量完成后,将选择开关拨向
位置.
解析
用多用电表测二极管的反向电阻,应将黑表
笔接二极管的负极.选择欧姆挡位后将红黑表笔短
接进行调零,使指针指在最右端零位.为测量准确应
使指针尽量指向表盘的中央.测量完毕后,应将选择
开关指向OFF挡.
答案
(3)短接
(4)红
黑
(5)中央
(6)OFF
4.(2009·天津·9(2))图12为
一简单欧姆表原理示意图,
其中电流表的满偏电流Ig=
300
A,内阻Rg=100
Ω,
可变电阻R的最大阻值为
10
kΩ,电池的电动势E=
1.5
V,内阻r=0.5
Ω,图中与接线柱A相连的表笔颜色应是
色.按正确使用方法测量电阻
Rx的阻值时,指针指在刻度盘的正中央,则Rx=
kΩ,若该欧姆表使用一段时间后,电
图12
池电动势变小、内阻变大,但此表仍能调零,按正确
使用方法再测上述Rx,其测量结果与原结果相比将
(填“变大”、“变小”或“不变”).
解析
由I=
及Ig=
,指针
指中央,I=
Iq=150
A,Rx=5
kΩ;因欧姆表的内
阻变大,同样的电阻值,电流变大,读数变大.
答案
红
5
变大
5.(2009·安徽·21Ⅰ)用多用电表进行了几次测量,指针分别处于a和b的位置,如图13所示.若多用电
表的选择开关处于下面表格中所指的挡位.a和b
的相应读数是多少？请填在表格中.
图13
解析
直流电流a位置时读数
×11.5
mA=23.0
mA
直流电压a位置读数U=
×11.5
V=0.57
V
测电阻在b位置R=3.2×100
Ω=320
Ω
答案
23.0
0.57
320
指针位置
选择开关所处挡位
读数
a
直流电流100
mA
mA
直流电压2.5
V
V
b
电阻×100
Ω
6.(2009·上海·15)(1)用多用表的欧姆挡测量阻
值约为几十千欧的电阻Rx,以下给出的最可能的实
现操作步骤,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
在下面的横线上.
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×1
k
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500
V挡,并拔出两表笔
.
根据图14所示指针位置,此时被测电阻的阻值约为
Ω.
图14
(2)(多选题)下述关于用多用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,应该把该电阻与电路断开
D.测量阻值不同的电阻时,都必须重新调零
解析
(1)根据刻度中间位置示数,为几十欧,故选
×1k挡,再欧姆调零,然后测量,最后使S尖端对准交
流电压挡,拔出表笔,故步骤为c、a、b、e,示数为
30
kΩ.
(2)若发现指针偏转过大,应将S拨至倍率较小的挡位,
这样才能使测量结果更准确,故A对;测电阻时,红、
黑分别插在负、正插孔,不会影响测量结果,故B不
对;测电阻必须把电阻与电路断开,故C对;只有换挡
才重新调零,故D不对.
答案
(1)cabe
30
k
(2)AC
解析
(1)根据刻度中间位置示数,为几十欧,故选
×1k挡,再欧姆调零,然后测量,最后使S尖端对准交
流电压挡,拔出表笔,故步骤为c、a、b、e,示数为
30
kΩ.
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