实验十三用多用电表测量电学中的物理量一、欧姆表原理(多用电表测电阻原理)1.构造如图1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1欧姆表内部:电流表、电池、调零电阻串联。
外部:接被测电阻R x。
全电路电阻R总=R g+R+r+R x。
2.工作原理闭合电路的欧姆定律I=ER g+R+r+R x。
3.刻度的标定红、黑表笔短接(被测电阻R x=0)时,调节调零电阻R,使I=I g,电流表的指针达到满偏,这一过程叫欧姆调零。
(1)当I=I g时,R x=0,在满偏电流I g处标为“0”。
(图甲)(2)当I=0时,R x→∞,在I=0处标为“∞”。
(图乙)(3)当I=I g2时,R x=R g+R+r,此电阻值等于欧姆表的内阻值,R x叫中值电阻。
二、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2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。
图23.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)。
三、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3甲所示。
图32.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。
1.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,则可用小螺丝刀调节定位螺丝,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4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4②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。
2.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)欧姆表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。
(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)测电阻时每换一次挡必须重新欧姆调零。
3.多用电表对电路故障的检测(1)断路故障的检测方法①用直流电压挡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。
②用直流电流挡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。
(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。
命题点一多用电表的原理【例1(2021·湖南怀化市一模)如图5为简易多用电表的电路图。
该多用电表有5个挡位,5个挡位中有:直流电压1 V挡和5 V挡,直流电流3 mA挡和6 mA挡,欧姆挡。
图5图中E是直流电源;R1、R2、R3、R4和R5是定值电阻,R6是可变电阻,最大值为2 kΩ;表头G的满偏电流为2 mA,内阻为20 Ω,虚线方框内为换挡开关。
A端和B端分别与两表笔相连;(1)图中的A端与________(填“红”或“黑”)表笔相连接;(2)要想使用直流电压1 V挡,选择开关B应与______相连(填选择开关对应的数字);(3)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(4)根据题给条件可得R1=________Ω,R2=________Ω。
答案(1)红(2)4(3)B(4)2020解析(1)根据“红进黑出”,图中的A端与红表笔相连接。
(2)直流电压1 V挡要用表头与较小的电阻串联,则选择开关B应与“4”相连。
(3)R6是欧姆挡的调零电阻,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,故B正确,A、C错误。
(4)直流电流分别为3 mA和6 mA挡,由图可知,接“1”时为6 mA挡,接“2”时为3 mA挡,设I1=6 mA,I2=3 mA由欧姆定律可得(I1-I g)R1=I g(R2+R g)I g R g=(I2-I g)(R2+R1)解得R1=20 Ω,R2=20 Ω。
命题点二多用电表的使用和读数【例2(2021·安徽马鞍山市质量监测)物理兴趣小组利用图6(a)所示电路进行实验。
使用的器材有:多用电表,电压表(量程0~5 V),滑动变阻器,导线若干。
图6(1)对多用电表进行机械调零后,选择开关拨到“×1 k”挡,进行欧姆调零。
图(a)中多用电表的红表笔应和________(选填“1”或“2”)端相连。
(2)调节滑动变阻器的滑片,当其接入电路的阻值为零时,多用电表和电压表的刻度盘上的指针位置分别如图(b)、(c)所示,则电压表读数是______ V,电压表内阻是______ kΩ,可以求出多用电表“×1 k”挡内部电源电动势为________ V。
(3)用此多用电表测电阻,选择“×1”挡测20 Ω的电阻时流过表头的电流为I1,选择“×10”挡测100 Ω的电阻时流过表头的电流为I2,则I1________I2(选填“大于”“小于”或“等于”)。
答案(1)1(2)3.00156(3)小于解析(1)红表笔与欧姆表内置电源的负极相连,黑表笔与欧姆表内置电源的正极相连,电流从红表笔流入多用电表,从黑表笔流出多用电表;电流从电压表正接线柱流入,负接线柱流出,由图(a)所示,多用电表的红表笔应和1端相连。
(2)电压表量程是5 V,由图(c)所示电压表表盘可知,其分度值为0.1 V,示数为3.00 V;多用表选择开关置于“×1 k”挡,由图(b)所示表盘可知,电压表内阻为R V=15×1 kΩ=15 kΩ,由图(b)所示可知,欧姆表内阻R内=15×1 kΩ=15 kΩ,由闭合电路的欧姆定律可知,多用表“×1 k”挡内部电源电动势E=U+IR内=U+UR V R内=3.00 V+3.0015×103×15×103 V=6 V。
(3)选择“×1”挡测20 Ω的电阻时,指针示数是20,流过表头的电流为I1,选择“×10”挡测100 Ω的电阻时,指针示数是10,流过表头的电流为I2,欧姆表零刻度线在最右侧,最大刻度线在最左侧,欧姆表指针示数越大,指针越靠近左侧,此时流过电表的电流越小,则I1小于I2。
【针对训练】(2021·福建泉州市4月质量监测)某同学利用多用电表的欧姆挡进行实验研究。
欧姆挡所用电池的电动势为9 V,刻度盘中央刻度值为“15”,选择旋钮打在“×1 k”挡。
(1)该同学用欧姆挡测量某一量程为15 V的电压表内阻。
①指针指在图7甲所示位置,此测量值为________Ω;查阅资料发现该电压表内阻真实值为15 kΩ,测量值与真实值偏差较大,可能原因是该同学未进行欧姆调零就直接测量,若此时把两表笔短接,则指针应指在欧姆挡零刻度线的______侧(选填“左”或“右”)。
②进行欧姆调零后再测量,多用电表指针恰好指在“15”刻度线,此时电压表示数为________V(结果保留2位有效数字)。
图7(2)该同学接着用欧姆挡探测只有一个元件的黑箱,如图乙所示,当两表笔接触黑箱接线柱a、b时,发现电表指针快速摆向右边后再摆回最左边刻度线,则该元件可能是________。
A.电阻B.电感线圈C.电容器D.二极管答案(1)①25 k左②4.5(2)C解析(1)①指针指在图甲所示位置,此测量值为25 kΩ;查阅资料发现该电压表内阻真实值为15 kΩ,测量值与真实值偏差较大,可能原因是该同学未进行欧姆调零就直接测量,若此时把两表笔短接,则指针应指在欧姆挡零刻度线的左侧。
②进行欧姆调零后再测量,多用电表指针恰好指在“15”刻度线,即电压表的内阻等于欧姆表的中值电阻,即电压表的内阻等于欧姆表的内阻,则此时电压表示数为欧姆表内电源电动势的一半,即4.5 V。
(2)当两表笔接触黑箱接线柱a、b时,发现电表指针快速摆向右边后再摆回最左边刻度线,即电路接通后电流又逐渐变为零,则该元件可能是电容器,电路接通后先充电,充电结束后电路中电流为零,故C正确。
1.(2021·广东惠州市调研) (1)如图8中的螺旋测微器读数为________ mm;图8(2)如图9甲为某多用电表的原理图。
图中E是电池;R1、R2、R3、R4和R5是定值电阻,R6是可变电阻,已知R3<R4,表头G的满偏电流为250 μA,内阻为1 200 Ω。
图甲中S为转换开关,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1 V挡和5 V挡,直流电流1 mA挡和2.5 mA挡,欧姆“×100 Ω”挡。
甲①图甲中的B端与______(选填“红”或“黑”)表笔相连接;②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____________(选填“左端电流”或“右端电阻”)为“0”的位置;③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“5”相连的,则读数为________Ω(结果保留2位有效数字);乙图9④根据题给条件可得R1+R2=________Ω,R4=________ Ω。