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第二章直流电路7学生实验：练习使用多用电表[学习目标]1.知道欧姆表的原理，了解多用电表的结构．2.学会用多用电表测量电压、电流和定值电阻．3.学会用多用电表测量二极管的正、反向电阻，并据此推断二极管的正、负极．知识探究一、实验原理1．欧姆表(1)欧姆表的构造：由____、电源和可变电阻三部分组成，其改装的理论依据就是____________定律．表头闭合电路欧姆(2)测量原理如图所示，当红、黑表笔间接入被测电阻Rx时，通过表头的电流I＝_____________．改变Rx，电流I随着改变，每个Rx值都对应一个电流值，在刻度盘上直接标出与I值对应的Rx值，就可以从刻度盘上直接读出被测电阻的阻值．Er＋Rg＋R0＋Rx(3)内阻：将红、黑表笔短接，调节滑动变阻器使电流表达到满偏电流Ig，根据闭合电路的欧姆定律：Ig＝___________，故欧姆表内电阻R内＝EIg＝______________．Er＋Rg＋R0r＋Rg＋R0．(4)刻度标注①“0Ω”标注：当红、黑表笔相接时(图甲)，此时被测电阻Rx＝__，调节调零电阻R，使表头达到满偏电流，即Ig＝________，这时整个电路中的总电阻为欧姆表的总内阻，R内＝r＋R＋Rg，因此时Rx＝0，所以满偏电流Ig处应标注0Ω.②“∞Ω”标注：当红、黑表笔不接触时(图乙)相当于被测电阻Rx＝∞，电流表中没有电流，表头的指针不偏转，此时指针所指的位置是欧姆表刻度的“∞”点．0Er＋R＋Rg③其他刻度的标注：当红、黑表笔间接入一电阻Rx时，如图丙所示，由闭合电路的欧姆定律有I＝ER内＋Rx，每一个电流值对应一个阻值Rx，将电流刻度转换成电阻标度，就将电流表改装成了欧姆表．(5)欧姆表的内阻与中值电阻的关系由I＝ER内＋Rx可得，当Rx＝R内时，I＝______，指针____，通常把此时的Rx的值(即表盘中央的标度)称为中值电阻，则当指针半偏时，表盘的中值电阻R中＝R内．12Ig半偏2．多用电表(1)用途：共用一个表头，可分别测量____、____、____等物理量．电压电流电阻(2)最简单的多用电表原理图：如图所示，当单刀多掷开关接通1时，可作为______使用，接通2时，可作为______使用，接通3时，可作为______使用．电流表欧姆表电压表(3)外形构造：如图所示，选择开关周围有不同的测量功能区域及____，选择开关旋到不同的位置时，多用电表内对应的仪表电路被接通，就相当于对应的仪表．在不使用时，应把选择开关旋到“______”挡或______________．量程OFF交流电压最高挡二、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．三、实验步骤1．测量电压(1)选择直流电压挡合适的____．(2)将多用电表与被测电路____，注意红表笔接触点的电势应该比黑表笔__(填“高”或“低”)．量程并联高2．测量电流(1)选择直流电流挡合适的____．(2)将被测电路导线卸开一端，把多用表____在电路中，注意电流应该从______流入电表．量程串联红表笔3．测电阻(1)将选择开关打在欧姆挡上，此时红表笔连接表内电源的__极，黑表笔连接表内电源的__极．电流从欧姆表的______流入，从______流出，经过被测量电阻．负正红表笔黑表笔(2)测量步骤：①选挡：估计待测电阻的大小，旋转选择开关，使其尖端对准欧姆挡的合适挡位．②欧姆调零：将红、黑表笔短接，调整“欧姆调零旋钮”使指针指向“0Ω”．③测量读数：将两表笔分别与待测电阻的两端接触，指针示数乘以量程____即为待测电阻阻值．④实验完毕，应将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡．倍率4．用多用电表判断二极管的正负极(1)认识二极管：如图所示，它由______材料制成，左端为__极，右端为__极．特点：电流从正极流入时电阻____(填“很小”或“很大”)，而从负极流入时电阻____(填“很大”或“很小”)．半导体正负很小很大(2)多用电表测二极管的正、反向电阻①测二极管正向电阻：将多用电表的选择开关旋至__(填“低”或“高”)倍率的欧姆挡，调整欧姆零点之后将__表笔接触二极管的正极，__表笔接触二极管的负极．②测二极管反向电阻：将多用电表的选择开关旋至__(填“低”或“高”)倍率的欧姆挡，调整欧姆零点之后将__表笔接触二极管的负极，__表笔接触二极管的正极．低黑红高黑红四、数据处理1．测电阻时，电阻值等于表针的示数与倍率的乘积．2．如果所读表盘的最小刻度为1、0.1、0.001等，读数时应读到最小刻度的下一位；若表盘的最小刻度为0.2、0.02、0.5、0.05等，读数时只读到与最小刻度位数相同即可．五、误差分析1．电池用旧后，电动势会减小，内电阻会变大，致使电阻测量值偏大，要及时换电池．2．欧姆表的表盘刻度不均匀，估读时易带来误差．3．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，因此要选用恰当挡位，使指针指在刻度盘中央附近．六、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“＋”孔，黑表笔插入“－”孔，注意电流的实际方向．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定位螺丝；“欧姆零点”指表盘刻度右侧的“0”位置，调整的是电阻挡的调零旋钮．3．测量电阻时，每变换一次挡位都要重新进行欧姆调零．4．使用多用电表时，手不能接触测试笔的金属杆，特别是在测电阻时，更应注意不要用手接触测试笔的金属杆．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，甚至可能会损坏电表．6．多用电表使用完毕，应将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡，如果长期不用时，把表内电池取出．典例剖析【例1】若某欧姆表表头的满偏电流为5mA，内装一节干电池，电动势为1.5V，那么该欧姆表的内阻为______Ω.待测电阻接入红、黑两表笔之间时，指针指在刻度盘的中央，则待测电阻的阻值为________Ω.若指针指在满刻度的34处，则待测电阻的阻值为________Ω.思路点拨：解答本题时应把握以下两点：①用欧姆表测电阻时，待测电阻Rx与内部电路组成串联电路．②应用闭合电路的欧姆定律列式求解．[解析]将红、黑表笔短接，调节调零电阻的阻值，当电流表指针满偏时Ig＝ERg＋r＋R0，欧姆表的内阻R内＝Rg＋r＋R0＝EIg＝1.55×10－3Ω＝300Ω.当电流为12Ig时，有12Ig＝ER内＋Rx1，即R内＋Rx1＝2EIg＝600Ω，故Rx1＝300Ω.当电流为34Ig时，有34Ig＝ER内＋Rx2，即R内＋Rx2＝4E3Ig＝400Ω，故Rx2＝100Ω.[答案]300300100应用欧姆表的两点注意(1)欧姆表的刻度不均匀，且由右向左刻度越来越密，要尽可能利用欧姆表的刻度盘的中央部分．(2)流过欧姆表的电流是内部电源提供的，流过电压表、电流表的电流是外电路的电源提供的．【例2】如图所示是某同学连接的实物图，灯泡A、B的规格均为“2.5V1W”，滑动变阻器的规格为“10Ω1A”，闭合开关后两灯都不亮．他采取下列两种方法对故障原因进行排查：(1)用多用电表的直流电压挡进行检查，那么选择开关应置于________挡．A．2.5VB．10VC．50VD．250V在测试a、b间的直流电压时，红表笔应当接触________(填“a”或“b”)．该同学的测试结果如表一所示，则根据测试结果可以判断故障是________．A．灯A短路B．灯B短路C．cd段断路D．df段断路表一测试点电压表示数a、b有示数b、d有示数c、d无示数d、f有示数表二测试点指针偏转情况c、dd、ee、f(2)将开关断开，再选电阻挡进行测试，测试结果如表二所示，那么查出的故障是________．A．灯A断路B．灯B断路C．灯A、B都断路D．d、e间断路[解析](1)由题中实物图可知，电源由4节干电池组成，电源电动势E＝6V，用多用电表直流电压挡测量时，应选10V挡较合适．根据电流应从红表笔流入，从黑表笔流出的原则，红表笔应连电源正极，即接b.可用排除法确定电路故障，接a、b时有示数，说明从电源负极到a处、正极至b处，无断路；测试点b、d之间有示数，说明a与d之间无断路；测试点c、d之间无示数，说明e、f、b间有断路；测试点d、f之间有示数，说明f、b间无断路，故可确定断路在d、f间．另外不能说明A或B灯短路，因为一个灯短路，并不影响另一个灯发光．(2)由接c、d和接e、f时指针偏转情况可知，灯A、B均未断路，由接d、e时指针偏转情况可知，d、e间断路．[答案](1)BbD(2)D【例3】图(a)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Ⓖ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．(a)(1)图(a)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(b)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)(b)[解析](1)当B端与“3”连接时，内部电源与外部电路形成闭合回路，电流从A端流出，故A端与黑色表笔相连接．(2)在使用多用电表之前，调整表头螺丝使电表指针指在表盘左端电流“0”位置，选项A错误；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，选项B正确；使用电流挡时，电阻R6不在闭合电路中，调节无效，选项C错误．(3)根据题给条件可知：当B端与“2”连接时，表头与R1、R2组成的串联电路并联，此时为量程1mA的电流挡，由并联电路两支路电流与电阻成反比知：RgR1＋R2＝1－0.250.25＝31，解得R1＋R2＝160Ω.当B端与“4”连接时，表头与R1、R2组成的串联电路并联后再与R4串联，此时为量程1V的电压挡，表头与R1、R2组成的串联电路并联总电阻为120Ω，两端电压为0.12V，由串联电路中电压与电阻成正比知：R4两端电压为0.88V，则R4电阻为880Ω.(4)若此时B端是与“1”连接的，多用电表作为直流电流表使用，量程2.5mA，读数为1.47mA.若此时B端是与“3”连接的，多用电表作为欧姆表使用，读数为11×100Ω＝1.10kΩ.若此时B端是与“5”连接的，多用电表作为直流电压表使用，量程为5V，读数为2.95V.[答案](1)黑(2)B(3)160880(4)1.47mA1.10kΩ2.95V(1)电表的改装在表头两端并联小阻值电阻可改装为电流表，将表头与大阻值电阻串联可改装为电压表，而表头与电池及电阻串联在一起可改装为欧姆表．(2)本题易错点①R6为欧姆表欧姆调零电阻．②B端与“3”“4”“5”相连时，电阻R1和R2是工作电阻，且与Rg为并联关系．③注意读数以3位有效数字形式体现，如B端与“3”相连时读数为1.10×103Ω，不能写成1100Ω.随堂自测C．多用电表的电压挡、电流挡、欧姆挡都是靠外部提供电流的D．用多用电表测电压、电流、电阻时，电流都是从红表笔流入电表的1．(多选)关于多用电表，下列说法中正确的是()A．多用电表是电压表、电流表、欧姆表共用一个表头改装而成的B．用多用电表无论是测电压