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浙江专用物理第7讲实验十:练习使用多用电表一、欧姆表1.欧姆表的原理知识梳理欧姆表测电阻的原理是闭合电路欧姆定律,欧姆表内部电路结构如图所示。R为调零电阻,红黑表笔短接,进行欧姆调零时,指针满偏。根据闭合电路欧姆定律有Ig= ,当红黑表笔之间接有未知电阻Rx时,有I= ,故每一个未知电阻都对应一个电流值I。我们在刻度盘上直接标出I对应的Rx的值,所测电阻Rx即可从表盘上直接读出。由于I与Rx的非线性关系,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。当Rx=Rg+R+r时,I= ,指针半偏,所以欧姆表的内阻等于中值电阻。gERRrgxERRrRg2I2.欧姆表的刻度(1)欧姆表的刻度不均匀欧姆表刻度能指示出电阻的数值,但刻度是不均匀的。靠右边的刻度稀,靠左边的刻度密,这是因为刻度是根据电流与电阻的对应关系刻出的,所以刻度是不均匀的。(2)欧姆表的读数表盘上的示数乘倍率才是欧姆表的读数。二、“电学黑箱”问题的分析方法1.“电学黑箱”问题的种类一般“电学黑箱”有四种:一是纯电阻黑箱,二是纯电源黑箱,三是由电阻和电源组成的闭合电路黑箱,四是含电容器、二极管的黑箱。2.探索黑箱内元件的一般步骤(1)先用多用电表的电压挡探测内部是否有电源;(2)若无电源,再用多用电表的欧姆挡探测各接线柱间的电阻;(3)用多用电表测量黑箱内是否含有电源、电阻、二极管等电学元件的基本思路如下: 三、练习使用多用电表实验目的1.了解欧姆表的构造和测电阻原理,知道欧姆表测电阻时电路中的电流方向。2.了解多用电表各量程的刻度,掌握多用电表的使用方法。3.学会使用多用电表测电压、电流及电阻,并正确读数。4.学会使用多用电表探索黑箱中的电学元件。实验原理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。外形如图所示,上半部分为表盘,表盘上有电流、电压和电阻等多种量程的刻度;下半部分为选择开关,周围标有测量功能的区域和量程,另外,还有欧姆表调零旋钮,指针定位螺丝和测试笔的插孔,将多用电表的选择开关旋转到电流挡,多用电表内的电流表电路就被接通,将多用电表的选择开关旋转到欧姆挡,多用电表的欧姆表电路就被接通。2.测电阻依据闭合电路欧姆定律;测电流和电压依据串联和并联的特点及部分电路欧姆定律。3.二极管的特性是具有单向导电性,当二极管加上反向电压时,它的电阻值很大,就像断开的开关一样,当二极管加正向电压时,它的电阻值很小。实验器材多用电表、晶体二极管若干(几种不同外形的)、学生电源、小灯泡、导线、黑箱(有三个接点,每两个接点间最多只能有一个元件,黑箱内所接的元件不超过两个,可能的元件有电池、电阻和二极管)。实验步骤1.多用电表的使用(1)观察多用电表,认识多用电表的表盘、选择开关及其周围所标识的测量功能和量程。(2)测量前,检查表头的机械零点,方法是让多用电表不进行任何测量,正常情况表针应停在左端零刻线上,否则要用小螺丝刀轻轻转动表盘下边中间部位的指针定位螺丝,使表针归零。(3)测量时,把选择开关旋到相应的测量项目和量程上。使用电压挡时,应使多用电表同用电器并联。测量直流电压时,还要让红表笔接在用电器电势较高的一端。使用电流挡时,要使多用电表与用电器串联,且要让电流从红表笔流入,从黑表笔流出。使用欧姆挡时,先选好倍率,原则是使测量时指针尽可能靠近刻度盘的中央位置。随后,进行欧姆调零,方法是把两表笔相接触,调整欧姆调零旋钮,使指针指在右端的电阻零刻线上。测电阻时,把两表笔分别与待测电阻两端相接。还应注意待测电阻要跟别的元件和电源断开,而且不要用手碰触表笔的金属部分。每换用欧姆挡的另一量程,都需要重新进行欧姆调零。读数时,将读出表盘上相应的刻度值乘所选的倍率,才是被测电阻值。2.用多用电表探测黑箱内的元件(1)了解二极管的导电特性。(2)将多用电表的选择开关置于直流电压挡,将两表笔分别与黑箱上的A、B、C三个点中的两个点连接,判断黑箱内有无电源。(3)将多用电表的选择开关置于欧姆挡,将两表笔分别与黑箱上的A、B、C三个点中的两个点连接,读出欧姆表上读数。将表笔反接后,根据欧姆表是否变化来判断黑箱中是否有二极管。(4)根据已知的电学知识,判断出黑箱内的元件。注意事项1.使用多用电表前,应观察指针是否指在左端零刻线上,若有偏差,应用螺丝刀调节多用电表中间的定位螺丝,使多用电表的指针指在左端零刻线上。2.两表笔在使用时,电流总是“红入”“黑出”。3.选择开关的功能区域,不仅要分清是测电压、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,欧姆挡为倍率。5.测电阻时,待测电阻要跟别的元件断开,不能用手接触表笔的金属部分。6.合理选择欧姆挡的量程,使指针尽量指在表盘中央位置附近。7.换用欧姆挡的另一量程时,一定要重新进行欧姆调零,才能进行测量。8.欧姆挡读数时,应将表针示数乘选择开关所指的倍率。9.测量完毕时,要把表笔从测试孔中拔出,选择开关应置于交流电压最高挡或OFF挡,若长期不用时,还应把电池取出。10.用多用电表测黑箱时,一定要先用电压挡判断有无电源,确定无电源后才能使用欧姆指测量。误差分析1.测电阻时,刻线不均匀造成读数误差。2.电池用旧了,电动势下降会使电阻测量值偏大。3.测电阻读数时,易忘记乘相应倍率。1.一多用电表有四个欧姆挡,分别为×1Ω、×10Ω、×100Ω、×1kΩ,欧姆挡表盘的中间刻度值为“15”。现用它来测量一未知电阻的阻值,先将选择开关置于“×100Ω”挡位,接着将红表笔和黑表笔接触发现表针指在“0Ω”处,然后进行测量,结果发现表针指在欧姆挡刻度值为“200”的刻度附近,为了使测量结果更准确,必须换挡并重新测量,下列说法正确的是 ()A.必须将选择开关改为置于“×10Ω”挡处B.必须将选择开关改为置于“×1kΩ”挡处C.换挡之后必须重新调零才能进行测量D.换挡之后不必重新调零就可进行测量1. 答案BC指针在“200”附近,说明被测电阻值大约为20kΩ,故挡位应改为“×1kΩ”。换挡后必须重新进行欧姆调零。2.一个盒子里装有几个都是100Ω的电阻,它们分别与盒外的四个接线柱1、2、3、4相连,测量任意两个接线柱之间的电阻值,总共进行了六次不重复的测量,结果是:有三次测量结果是100Ω,另外三次测量结果是200Ω,则可判断盒内电阻的接法是图中的哪一个 ()2. 答案C若是A电路,只有一次是200Ω;若是B电路,只有两次是200Ω;若是D电路也只有两次是200Ω,故只有C电路符合。3.实验桌上放着晶体二极管、电阻、电容器各一只,性能均正常,外形十分相似,现将多用电表转换开关拨到R×100Ω挡,分别测它们的正负电阻加以鉴别:测甲元件时,R正=R反=0.5kΩ;测乙元件时,R正=0.5kΩ,R反=100kΩ;测丙元件时,开始指针偏转到0.5kΩ,接着读数逐渐增加,最后停在无穷大上。则甲、乙、丙三个元件分别是 ()A.电容器、电阻、二极管B.电阻、电容器、二极管C.电阻、二极管、电容器D.二极管、电阻、电容器3. 答案C应明确各元件的特性:二极管具有单向导电性,正向电阻较小,反向电阻很大;电容器充电时有电流,而稳定后电流为零,欧姆表内接有电源,因而刚开始给电容器充电时电流大,电阻示数小,稳定后电流为零,电阻示数为无穷大。4.用发光二极管制成的LED灯具有发光效率高、使用寿命长等优点,在生产与生活中得到广泛应用。发光二极管具有单向导电性,正向电阻较小,反向电阻很大。某同学想借用“测绘小灯泡的伏安特性曲线”的方法来研究发光二极管的伏安特性。①实验先判断发光二极管的正负极,该同学使用多用电表欧姆挡的“×1k”挡来测量二极管的电阻,红、黑表笔分别与二极管两脚(“短脚”和“长脚”)接触,发现指针几乎不动。调换接触脚后,指针偏转情况如图甲所示,由图可读出此时二极管的阻值为Ω。②根据“测绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验电路,他设计了如图乙所示的电路测量发光二极管的正向伏安特性。则发光二极管的“长脚”应与图乙中的(选填“a”或“b”)端连接。③按图乙的电路图将图丙中的实物连线补充完整。丙发光二极管(选填“发光”或“不发光”),并说明理由。 ④该同学测得发光二极管的正向伏安特性曲线如图丁所示,实验时发现,当电压表示数U=0.95V时,发光二极管开始发光。那么请你判断图甲状态下值为7.8kΩ时对应的工作电压约为1.20V,超过二极管的发光电压,故二极管发光(参考方法:在图丁中作一条过原点的直线,直线的斜率为7.8,直线与伏安特性曲线的交点的纵坐标值即为甲状态下二极管两端的电压) 答案①7800(±100)②a③如图④发光由伏安特性曲线知,阻 解析①结合多用电表的挡位与表头指针所对的刻度可得电阻值为7.8kΩ。②由红、黑表笔分别与二极管两脚(“短脚”和“长脚”)接触,发现指针几乎不动,可知“长脚”应该对应的是二极管的负极,“短脚”应该对应的是二极管的正极。因此为了测量发光二极管的正向伏安特性,发光二极管的“长脚”应与图乙中的“a”端连接。③由实验电路图可知,滑动变阻器采用分压接法,电流表外接。只需将滑动变阻器的右下方接线柱与电源的正极相连,将电压表的“-”接线柱与二极管的左端接线柱相连即可。④在图丁中作一条过原点的直线,直线的斜率为7.8,直线与伏安特性曲线的交点的纵坐标值即为甲状态下二极管两端的电压,对应的工作电压约为1.20V,超过二极管的发光电压0.95V,故二极管发光。典例1如图所示为某多用电表的刻度盘。 (1)若选用倍率为“×100”的欧姆挡测电阻,表针指示如图所示,则所测电阻的阻值为Ω;如果要用此多用电表测量一个阻值约为2.0×104Ω典例剖析的电阻,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的电流挡测量电流时,表针指在图示位置,则所测电流为mA;当选用量程为250mA的电流挡测量电流时,表针指在图示位置,则所测电流为mA。(3)当选用量程为10V的电压挡测量电压时,表针也指在图示位置,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15.0,倍率为“×100”,读数为1.5×103Ω。使用欧姆挡时,指针在中间刻度附近时读数最准确。(2)选50mA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1/10估读),指针对应的读数为30.8mA;选择量程为250mA的电流挡,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1/5估读),指针对应的读数为154mA。(3)选择10V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1/2估读),指针对应的读数为6.2V。 答案(1)1.5×103×1k(2)30.8(30.7或30.9都正确)154(3)6.2 解析(1)欧姆表读数:对应最上一行刻度值为15.0,倍率为“×100”,读数为1.5×103Ω。使用欧姆挡时,指针在中间刻度附近时读数最准确。(2)选50mA直流电流挡,则每一大格表示10mA,每一小格表示1mA,测量的典例2如图所示,已知黑箱外有A、B、C三个接线柱,黑箱内有一个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个接线柱间的阻值,结果如表所示。请判定黑箱内的结构。 红表笔AABCCB黑表笔BCCBAA阻值/Ω100150502k2.1k100 解析此题考查多用电表判定黑箱内的电路结构,考查学生对二极管特性的掌握情况,考查推理能力。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,且阻值比A、C间的相应阻值小,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