第八章恒定電流 實驗十一練習(xí)使用多用電表 過好雙基關(guān) 一 電流表與電壓表的改裝1 改裝方案 RA 2 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 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 Rg R r Rx 圖3 2 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Rx 0 時 調(diào)節(jié)調(diào)零電阻R 使I Ig 電流表的指針達到滿偏 這一過程叫歐姆調(diào)零 1 當(dāng)I Ig時 Rx 0 在滿偏電流Ig處標(biāo)為 圖甲 2 當(dāng)I 0時 Rx 在I 0處標(biāo)為 圖乙 3 當(dāng)時 Rx Rg R r 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(fù)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? 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(fù)極 它的符號如圖5甲所示 圖5 3 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(fù) 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(fù)極 1 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 1 觀察 觀察多用電表的外形 認(rèn)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 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 OFF 1 多用電表使用注意事項 1 表內(nèi)電源正極接黑表筆 負(fù)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 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 OFF 2 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 答案 解析 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250 A 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R1 R2 R4 答案 解析 160 880 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R1 R2 160 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 47mA 1 10k 2 94V 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11 100 1 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 1k A 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9 4 104 5 0 8 75 解析題圖甲中歐姆表的讀數(shù)為40 1k 40k 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E U Ir U 30 103V 8 75V 變式2二極管具有單向?qū)щ娦?其正向電阻很小 反向電阻很大 現(xiàn)有一個二極管其正極記為A 負(fù)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 解析多用電表測電阻時紅表筆接表內(nèi)電池的負(fù)極 所以測二極管的正向電阻時應(yīng)與二極管的負(fù)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 50 A 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10 3 6 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40 A 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7 100 700 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 圖12 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(fù)極之分 在電路中當(dāng)D的正極接高電勢時 其i u圖線如圖乙中OC所示 當(dāng)D的負(fù)極接高電勢時 其i u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(fù) 答案 解析 負(fù) 解析結(jié)合第 1 問中所給條件 可知D元件黑色端為負(fù)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E 9V 電表滿偏電流Ig 3mA 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3 103 6000 或6 103 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 答案見解析 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 答案見解析 變式5二極管具有獨特的單向?qū)щ娦?當(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 1 106 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(fù) 極 答案 解析 圖14 歐姆調(diào)零旋鈕 負(fù) 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(fù)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 10 0 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 圖15 1 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 1 0 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 答案見解析圖 非線性 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