第八章第八章 恒定電流恒定電流實驗十一練習(xí)使用多用電表實驗十一練習(xí)使用多用電表過好雙基關(guān)改裝為電壓表改裝為大量程的電流表原理串聯(lián)電阻分壓并聯(lián)電阻分流改裝原理圖分壓電阻或分流電阻UIg(RgR)故R_IgRg(IIg)R故R_改裝后電表內(nèi)阻RVRgRRg一、電流表與電壓表的改裝一、電流表與電壓表的改裝1.改裝方案RA2.校正(1)電壓表的校正電路如圖1所示，電流表的校正電路如圖2所示.圖1圖2(2)校正的過程是：先將滑動變阻器的滑動觸頭移到最左端，然后閉合開關(guān)，移動滑動觸頭，使改裝后的電壓表(電流表)示數(shù)從零逐漸增大到量程值，每移動一次記下改裝的電壓表(電流表)和標(biāo)準(zhǔn)電壓表(標(biāo)準(zhǔn)電流表)的示數(shù)，并計算滿刻度時的百分誤差，然后加以校正.二、歐姆表原理二、歐姆表原理(多用電表測電阻原理多用電表測電阻原理)1.構(gòu)造：如圖3所示，歐姆表由電流表G、電池、調(diào)零電阻R和紅、黑表筆組成.歐姆表內(nèi)部：電流表、電池、調(diào)零電阻串聯(lián).外部：接被測電阻Rx.全電路電阻R總RgRrRx.圖32.工作原理：閉合電路歐姆定律，I.3.刻度的標(biāo)定：紅、黑表筆短接(被測電阻Rx0)時，調(diào)節(jié)調(diào)零電阻R，使IIg，電流表的指針達到滿偏，這一過程叫歐姆調(diào)零.(1)當(dāng)IIg時，Rx0，在滿偏電流Ig處標(biāo)為“”.(圖甲)(2)當(dāng)I0時，Rx，在I0處標(biāo)為“ ”.(圖乙)(3)當(dāng)時，RxRgRr，此電阻值等于歐姆表的內(nèi)阻值，Rx叫電阻.0中值圖4三、多用電表三、多用電表1.多用電表可以用來測量電流、電壓、電阻等，并且每一種測量都有幾個量程.2.外形如圖4所示：上半部分為表盤，表盤上有電流、電壓、電阻等多種量程的刻度；下半部分為選擇開關(guān)，它的四周刻有各種測量項目和量程.3.多用電表面板上還有：歐姆表的歐姆調(diào)零旋鈕(使電表指針指在右端零歐姆處)、指針定位螺絲(使電表指針指在左端的“0”位置)、表筆的正、負插孔(表筆插入“”插孔，表筆插入“”插孔).紅黑2.晶體二極管具有單向?qū)щ娦?符號上的箭頭表示允許電流通過的方向).當(dāng)給二極管加正向電壓時，它的電阻很小，電路導(dǎo)通，如圖乙所示；當(dāng)給二極管加反向電壓時，它的電阻很大，電路截止，如圖丙所示.四、二極管的單向?qū)щ娦运摹⒍O管的單向?qū)щ娦?.晶體二極管是由半導(dǎo)體材料制成的，它有兩個極，即正極和負極，它的符號如圖5甲所示.圖53.將多用電表的選擇開關(guān)撥到歐姆擋，紅、黑表筆接到二極管的兩極上，當(dāng)黑表筆接“正”極，紅表筆接“負”極時，電阻示數(shù)較小，反之電阻示數(shù)很大，由此可判斷出二極管的正、負極.1.實驗器材實驗器材多用電表、電學(xué)黑箱、直流電源、開關(guān)、導(dǎo)線若干、小燈泡、二極管、定值電阻(大、中、小)三個.2.實驗步驟實驗步驟(1)觀察：觀察多用電表的外形，認識選擇開關(guān)的測量項目及量程.(2)機械調(diào)零：檢查多用電表的指針是否停在表盤刻度端的零位置.若不指零，則可用小螺絲刀進行機械調(diào)零.(3)將紅、黑表筆分別插入“”、“”插孔.基本實驗要求基本實驗要求左按如圖乙所示的電路圖連好電路，將選擇開關(guān)置于擋，測量通過小燈泡的電流.(4)測量小燈泡的電壓和電流.按如圖6甲所示的電路圖連好電路，將多用電表選擇開關(guān)置于_擋，測小燈泡兩端的電壓.圖6直流電壓直流電流(5)測量定值電阻根據(jù)被測電阻的估計阻值，選擇合適的擋位，把兩表筆短接，觀察指針是否指在歐姆表的“0”刻度，若不指在歐姆表的“0”刻度，調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕，使指針指在歐姆表的“0”刻度處；將被測電阻接在兩表筆之間，待指針穩(wěn)定后讀數(shù)；讀出指針在刻度盤上所指的數(shù)值，用讀數(shù)乘以所選擋位的，即得測量結(jié)果；測量完畢，將選擇開關(guān)置于擋或“”擋.倍率交流電壓最高OFF1.多用電表使用注意事項多用電表使用注意事項(1)表內(nèi)電源正極接黑表筆，負極接紅表筆，但是紅表筆插入“”插孔，黑表筆插入“”插孔，注意電流的實際方向應(yīng)為“入”、“出”.(2)區(qū)分“機械零點”與“歐姆零點”.機械零點是表盤刻度側(cè)的“0”位置，調(diào)整的是表盤下邊中間的指針定位螺絲；歐姆零點是指刻度盤_側(cè)的“0”位置，調(diào)整的是歐姆調(diào)零旋鈕.(3)由于歐姆擋表盤難以估讀，測量結(jié)果只需取兩位有效數(shù)字，讀數(shù)時注意乘以相應(yīng)擋位的倍率.規(guī)律方法總結(jié)規(guī)律方法總結(jié)紅黑左右(4)使用多用電表時，手不能接觸表筆的金屬桿，特別是在測電阻時，更應(yīng)注意不要用手接觸表筆的金屬桿.(5)測量電阻時待測電阻要與其他元件和斷開，否則不但影響測量結(jié)果，甚至可能損壞電表.(6)測電阻時每換一擋必須重新.(7)使用完畢，選擇開關(guān)要置于交流電壓最高擋或“”擋.長期不用，應(yīng)把表內(nèi)電池取出.電源歐姆調(diào)零OFF2.多用電表對電路故障的檢測多用電表對電路故障的檢測(1)斷路故障的檢測方法用直流電壓擋：a.將電壓表與電源并聯(lián)，若電壓表示數(shù)不為零，說明電源，若電壓表示數(shù)為零，說明電源.b.在電源完好時，再將電壓表與外電路的各部分電路并聯(lián).若電壓表示數(shù)等于電源電動勢，則說明該部分電路中有.用直流電流擋：將電流表串聯(lián)在電路中，若電流表的示數(shù)為零，則說明與電流表串聯(lián)的部分電路路.良好損壞斷點斷用歐姆擋檢測將各元件與電源斷開，然后接到紅、黑表筆間，若有阻值(或有電流)說明元件完好，若電阻無窮大(或無電流)說明此元件路.(2)短路故障的檢測方法將電壓表與電源并聯(lián)，若電壓表示數(shù)為零，說明電源被路；若電壓表示數(shù)不為零，則外電路的部分電路不被短路或不完全被短路.用電流表檢測，若串聯(lián)在電路中的電流表示數(shù)不為零，故障應(yīng)是短路.斷短研透命題點命題點一教材原型實驗基礎(chǔ)考點自主悟透基礎(chǔ)考點自主悟透答案解析例例1(2017全國卷23)圖7(a)為某同學(xué)組裝完成的簡易多用電表的電路圖.圖中E是電池；R1、R2、R3、R4和R5是固定電阻，R6是可變電阻；表頭的滿偏電流為250A，內(nèi)阻為480.虛線方框內(nèi)為換擋開關(guān)，A端和B端分別與兩表筆相連.該多用電表有5個擋位，5個擋位為：直流電壓1V擋和5V擋，直流電流1mA擋和2.5mA擋，歐姆100擋.圖7(1)圖(a)中的A端與(填“紅”或“黑”)色表筆相連接.黑解析解析當(dāng)B端與“3”連接時，內(nèi)部電源與外部電路形成閉合回路，電流從A端流出，故A端與黑色表筆相連接.(2)關(guān)于R6的使用，下列說法正確的是(填正確答案標(biāo)號).A.在使用多用電表之前，調(diào)整R6使電表指針指在表盤左端電流“0”位置B.使用歐姆擋時，先將兩表筆短接，調(diào)整R6使電表指針指在表盤右端電阻“0”位置C.使用電流擋時，調(diào)整R6使電表指針盡可能指在表盤右端電流最大位置答案解析解析解析在使用多用電表之前，調(diào)整表頭螺絲使電表指針指在表盤左端電流“0”位置，選項A錯誤；使用歐姆擋時，先將兩表筆短接，調(diào)整R6使電表指針指在表盤右端電阻“0”位置，選項B正確；使用電流擋時，電阻R6不在閉合電路中，調(diào)節(jié)無效，選項C錯誤.(3)根據(jù)題給條件可得R1R2，R4.答案解析160880解析解析根據(jù)題給條件可知，當(dāng)B端與“2”連接時，表頭與R1、R2組成的串聯(lián)電路并聯(lián)，此時為量程1mA的電流擋，由并聯(lián)電路兩支路電流與電阻成反比知，解得R1R2160.當(dāng)B端與“4”連接時，表頭與R1、R2組成的串聯(lián)電路并聯(lián)后再與R4串聯(lián)，此時為量程1V的電壓擋，表頭與R1、R2組成的串聯(lián)電路并聯(lián)后的總電阻為120，兩端電壓為0.12V，由串聯(lián)電路中電壓與電阻成正比知：R4兩端電壓為0.88V，則R4電阻為880.(4)某次測量時該多用電表指針位置如圖(b)所示.若此時B端是與“1”相連的，則多用電表讀數(shù)為；若此時B端是與“3”相連的，則讀數(shù)為；若此時B端是與“5”相連的，則讀數(shù)為.(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)答案解析1.47mA1.10k2.94V解析解析若此時B端是與“1”連接的，多用電表作為直流電流表使用，量程為2.5mA，讀數(shù)為1.47mA.若此時B端是與“3”連接的，多用電表作為歐姆表使用，讀數(shù)為111001.10k.若此時B端是與“5”連接的，多用電表作為直流電壓表使用，量程為5V，讀數(shù)為2.94V.變式變式1某同學(xué)想通過一個多用電表的歐姆擋直接測量某電壓表(量程為10V)的內(nèi)阻(大約幾十千歐)，該多用電表刻度盤上電阻刻度的中間值為30.答案解析圖8(1)歐姆擋的選擇開關(guān)撥至(選填“1k”或“100”)擋，先將紅、黑表筆短接調(diào)零后，選用圖8中(選填“A”或“B”)方式連接.1kA解析解析用多用電表測電阻時，應(yīng)讓指針指在中間刻度附近，因而應(yīng)選“1k”擋.多用電表測電阻時，需要用其內(nèi)部電源，黑表筆接內(nèi)部電源的正極，電壓表的兩接線柱中，“”接線柱應(yīng)接高電勢端，因而A電路的連接方式正確.(2)如圖9甲所示，該同學(xué)讀出歐姆表的讀數(shù)為 ；如圖乙所示，電壓表的讀數(shù)為 V，歐姆表電池的電動勢為V.答案解析圖941045.08.75解析解析題圖甲中歐姆表的讀數(shù)為401k40k.題圖乙中電壓表的讀數(shù)為5.0V.由閉合電路的歐姆定律知歐姆表中電池的電動勢EUIrU30103V8.75V.變式變式2二極管具有單向?qū)щ娦裕湔螂娮韬苄?，反向電阻很大，現(xiàn)有一個二極管其正極記為A、負極記為B.某同學(xué)研究二極管正、反向電阻的相關(guān)實驗操作過程如下：(1)先用多用電表的歐姆擋測量其電阻，其正向電阻約為10，反向電阻約為50k，則在測量二極管的正向電阻時，電表的紅表筆應(yīng)接(填“A”或“B”)端.答案解析B解析解析多用電表測電阻時紅表筆接表內(nèi)電池的負極，所以測二極管的正向電阻時應(yīng)與二極管的負極相連即與B相連；(2)該同學(xué)設(shè)計了如圖10所示的電路用伏安法進一步測量該二極管正反向電壓均為2V時的電阻值，二極管接在1、2之間，電壓表的內(nèi)阻約為40k，選用多用電表的直流電流擋作為電流表接在3、4之間.該多用電表的直流電流有三個量程，量程和對應(yīng)的內(nèi)阻分別為：50A，內(nèi)阻約為100；答案解析50mA，內(nèi)阻約為50；250mA，內(nèi)阻約為10.則在實驗過程中，多用電表的紅表筆應(yīng)與接線柱(填“3”或“4”)相連；測二極管的反向電阻時電流表的量程應(yīng)選用(填“”“”或“”)，單刀雙擲開關(guān)S2應(yīng)撥向接點(填“5”或“6”).圖1036解析解析紅表筆是多用電表作直流電流表使用時的正接線柱，故應(yīng)與接線柱3相連；電壓為2V時，二極管反接時的電流約為40A，所以應(yīng)選用量程；根據(jù)電壓表和電流表內(nèi)阻應(yīng)采用電流表內(nèi)接法，所以單刀雙擲開關(guān)S2應(yīng)撥向接點6.變式變式3在“練習(xí)使用多用電表”的實驗中：答案解析圖11(1)某同學(xué)用多用電表測量電阻，電路如圖11甲所示，若選擇開關(guān)置于“100”擋，按正確使用方法測量電阻Rx的阻值，指針位于圖乙所示位置，則Rx.700解析解析歐姆表的示數(shù)乘以相應(yīng)擋位的倍率，即待測電阻的阻值，圖示讀數(shù)為7100700.(2)若該歐姆表使用一段時間后，電池電動勢變小，內(nèi)阻變大，但此表仍能調(diào)零，按正確使用方法再測上述Rx，其測量結(jié)果與原結(jié)果相比將_(選填“變大”“變小”或“不變”).答案解析變大解析解析當(dāng)電池電動勢變小、內(nèi)阻變大時，歐姆表需要重新調(diào)零，由于滿偏電流Ig不變，由公式Ig可知，歐姆表內(nèi)阻R內(nèi)應(yīng)調(diào)小，待測電阻的測量值是通過電流表的示數(shù)體現(xiàn)出來的，由I可知，當(dāng)R內(nèi)變小時，I變小，指針跟原來的位置相比偏左了，歐姆表的示數(shù)變大了.(3)某同學(xué)利用圖甲中的器材設(shè)計了一只歐姆表，其電路如圖丙所示.關(guān)于該歐姆表，下列說法正確的是.A.電阻刻度的零位在表盤的右端B.表盤上的電阻刻度是均勻的C.測量前，不需要紅、黑表筆短接調(diào)零D.測量后，應(yīng)將開關(guān)S斷開答案解析解析解析由圖丙可知，該歐姆表利用并聯(lián)電路特點與閉合電路歐姆定律測電阻阻值，電阻刻度的零位置在表盤的左端，由閉合電路歐姆定律可知，表盤上的電阻刻度是不均勻的，測量前，不需要紅、黑表筆短接調(diào)零，測量后，應(yīng)將開關(guān)S斷開，故選項A、B錯誤，C、D正確.某同學(xué)進行如下操作：當(dāng)Rx未接入時，閉合開關(guān)S，將紅、黑表筆分開時，調(diào)節(jié)可變電阻，使電流表滿偏.當(dāng)Rx接入A、B表筆之間時，若電流表的指針指在表盤的正中央，則待測電阻Rx的阻值為(已知電流表的內(nèi)阻為Rg，電池的內(nèi)阻為r，可變電阻接入電路的阻值為R).答案解析例例2小明在實驗室中發(fā)現(xiàn)一個外觀上像電阻的未知元件D，設(shè)計了如圖12甲所示電路進行實驗探究，請按要求回答問題：命題點二實驗拓展創(chuàng)新能力考點師生共研能力考點師生共研圖12解析解析因在滑片移動過程中，發(fā)現(xiàn)起始階段電壓表的示數(shù)逐漸增大，后續(xù)階段電壓表示數(shù)保持6V不變，則知元件阻值先不變，后階段變小，故B正確.(1)小明按圖甲連接好電路，閉合開關(guān)S，將滑動變阻器滑片緩慢地從a端移到b端，發(fā)現(xiàn)起始階段電壓表的示數(shù)逐漸增大，后續(xù)階段電壓表示數(shù)保持6V不變，若D為電阻元件，則該過程中它的電阻值的變化情況可能是A.阻值一直為0B.阻值先不變，后階段變小C.阻值恒定且遠大于R2D.阻值先不變，后階段變大答案解析(2)根據(jù)元件D銘牌上的部分信息，小明從網(wǎng)絡(luò)獲知該元件為穩(wěn)壓二極管，它有正負極之分，在電路中當(dāng)D的正極接高電勢時，其iu圖線如圖乙中OC所示，當(dāng)D的負極接高電勢時，其iu圖線如圖乙中OAB所示，其中AB段為D的穩(wěn)壓工作區(qū)，由此可判斷圖甲中D的黑色端是它的極(填“正”或“負”).答案解析負解析解析結(jié)合第(1)問中所給條件，可知D元件黑色端為負極.(3)小明接著設(shè)計了用多用電表歐姆擋按圖丙對該元件進行探究，圖丙中虛線框端是其內(nèi)部等效電路，已知電源電動勢E9V，電表滿偏電流Ig3mA.實驗時小明先進行歐姆調(diào)零，則調(diào)零后多用電表內(nèi)部總電阻為_；調(diào)零后按圖丙連接元件D進行測量，若D恰好處于穩(wěn)壓工作區(qū)，則此時測得元件D的阻值應(yīng)為.答案解析3000(或3103)6000(或6103)變式變式4如圖13所示為多量程多用電表的示意圖.答案解析圖13(1)當(dāng)接通1或2時，為擋(填“電流”“電阻”或“電壓”).1的量程比2的量程(填“大”或“小”).電流大解析解析將電流計改裝成電流表時要并聯(lián)電阻分流，所以1、2是電流擋；并聯(lián)電阻越小，分流越大，則改裝的電流表量程越大，故1位置的量程較大.(2)測量某電阻時，用歐姆擋“10”擋時，發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)角度過大，他應(yīng)該換用歐姆擋擋(填“1”或“100”)換擋后，在測量前要先進行.答案解析1歐姆調(diào)零解析解析因偏轉(zhuǎn)角度過大，則電阻小，應(yīng)選擇“1”擋，換擋后電路改變，要重新進行歐姆調(diào)零.(3)該同學(xué)要測量多用電表直流“2.5V”擋的內(nèi)阻RV(約為20k).除此多用電表外，還有以下器材：直流電源一個(電動勢E為3V，內(nèi)阻可忽略不計)、電阻一個(阻值R為10k)、開關(guān)一個、導(dǎo)線若干.要求：()在方框中畫出實驗電路圖(多用電表用表示)；答案解析答案答案見解析解析解析實驗電路圖如圖所示.()寫出RV的表達式(用字母表示，并說明所用字母的物理意義).解析答案答案答案見解析變式變式5二極管具有獨特的單向?qū)щ娦裕?dāng)在二極管兩極之間所加正向電壓小于某值時，二極管的電阻很大(1106，甚至更大)，而當(dāng)正向電壓超過某值時，二極管的電阻隨兩端電壓的升高而急劇減小.為了探究二極管的導(dǎo)電特性：(1)實驗小組先用多用電表判斷二極管的極性.步驟如下：A.將多用電表置于歐姆表“100”擋，短接紅、黑表筆，調(diào)整，使指針指向表盤右側(cè)“0”位置；B.將二極管串接在兩表筆之間，多用電表示數(shù)如圖14中a所示；C.將二極管兩極對調(diào)，多用電表示數(shù)如圖中b所示，則此時與紅表筆接觸的是二極管的(填“正”或“負”)極.答案解析圖14歐姆調(diào)零旋鈕負解析解析A.歐姆表選擋后要進行歐姆調(diào)零，即短接兩表筆，調(diào)整歐姆調(diào)零旋鈕，使指針指在表盤右側(cè)“0”位置；C.步驟B中歐姆表示數(shù)很大，而步驟C中示數(shù)很小，由題中所給條件知，當(dāng)示數(shù)很小時紅表筆所接為二極管負極.由二極管的特性和表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)電壓表示數(shù)為0.100.30V時，圖中開關(guān)S一定接在位置；(2)實驗小組設(shè)計了如圖15所示的實驗電路，通過實驗測得相關(guān)數(shù)據(jù)如下表.答案解析正向電壓U/V正向電流I/mA0.1000.2000.3000.400.020.500.260.550.560.601.130.651.790.682.370.703.00圖151解析解析圖中設(shè)計為伏安法測電阻的內(nèi)接法和外接法可以互換的電路，當(dāng)開關(guān)S接位置1時為電流表內(nèi)接法，接位置2時為電流表外接法.由表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)電壓表示數(shù)為0.10.3V時電流表示數(shù)為0，故電流表內(nèi)接，開關(guān)S接在位置1.根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在圖16中作出二極管的伏安特性曲線(要求保留所描的點跡)，由圖線可知，二極管是(填“線性”或“非線性”)元件.答案解析答案答案見解析圖非線性解析解析描點作圖如圖所示，由圖線可知二極管是非線性元件.圖16(3)若此二極管為發(fā)光二極管，正常發(fā)光時通過的電流為3.00mA，若用1.5V的電源供電，則應(yīng)該給二極管(填“串”或“并”)聯(lián)一個約_的電阻.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)答案解析串267解析解析發(fā)光二極管正常工作時兩端電壓為0.7V，電源電動勢高于0.7V，應(yīng)串聯(lián)一個電阻，阻值R