2019年度高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 恒定電流 實驗十一 練習(xí)使用多用電表學(xué)案.doc

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實驗十一練習(xí)使用多用電表一、電流表與電壓表的改裝1.改裝方案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RRgIgRg(IIg)R故R改裝后電表內(nèi)阻RVRgRRgRARg2.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.圖3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.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“0”.(圖甲)(2)當(dāng)I0時，Rx，在I0處標(biāo)為“”.(圖乙)(3)當(dāng)I時，RxRgRr，此電阻值等于歐姆表的內(nèi)阻值，Rx叫中值電阻.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.圖42.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(紅表筆插入“”插孔，黑表筆插入“”插孔).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52.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.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左端的零位置.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.(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)置于直流電壓擋，測小燈泡兩端的電壓.圖6按如圖乙所示的電路圖連好電路，將選擇開關(guān)置于直流電流擋，測量通過小燈泡的電流.(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)乘以所選擋位的倍率，即得測量結(jié)果；測量完畢，將選擇開關(guān)置于交流電壓最高擋或“OFF”擋.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“紅入”、“黑出”.(2)區(qū)分“機械零點”與“歐姆零點”.機械零點是表盤刻度左側(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右側(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.(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電源斷開，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歐姆調(diào)零.(7)使用完畢，選擇開關(guān)要置于交流電壓最高擋或“OFF”擋.長期不用，應(yīng)把表內(nèi)電池取出.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，說明電源良好，若電壓表示數(shù)為零，說明電源損壞.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斷點.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)的部分電路斷路.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)說明此元件斷路.(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，說明電源被短路；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.命題點一教材原型實驗例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.(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(3)根據(jù)題給條件可得R1R2，R4.(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(1)黑(2)B(3)160880(4)1.47mA1.10k2.94V解析(1)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)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)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2.5 mA，讀數(shù)為1.47 mA.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.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.(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.圖9答案(1)1kA(2)41045.08.75解析(1)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)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EUIrUr5.0V30103V8.75V.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.(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；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答案(1)B(2)36解析(1)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)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3在“練習(xí)使用多用電表”的實驗中：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.(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”).(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(1)700(2)變大(3)CD解析(1)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)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)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.當(dāng)Rx未接入時，閉合開關(guān)S，將紅、黑表筆分開，調(diào)節(jié)可變電阻使電流表滿偏，由閉合電路歐姆定律得：Ig，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，由閉合電路歐姆定律得Ig，聯(lián)立解得Rx.命題點二實驗拓展創(chuàng)新例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：圖12(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(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iu圖線如圖乙中OC所示，當(dāng)D的負(fù)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(fù)”).(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(1)B(2)負(fù)(3)3000(或3103)6000(或6103)解析(1)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.(2)結(jié)合第(1)問中所給條件，可知D元件黑色端為負(fù)極.(3)由R總，解得R總3000；D恰好處于穩(wěn)壓工作區(qū)時，其兩端電壓U6V，而U，解得RD6000.變式4如圖13所示為多量程多用電表的示意圖.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”).(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.(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)；()寫出RV的表達式(用字母表示，并說明所用字母的物理意義).答案(1)電流大(2)1歐姆調(diào)零(3)見解析解析(1)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)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)()實驗電路圖如圖所示.()在設(shè)計的電路圖中，多用電表與電阻串聯(lián)，通過它們的電流相等，所以有，因此RV，其中U為多用電表直流“2.5V”擋的讀數(shù)，R為10k，E為電源的電動勢.變式5二極管具有獨特的單向?qū)щ娦?，?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(fù)”)極.圖14(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.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15圖16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；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.(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(1)A.歐姆調(diào)零旋鈕C.負(fù)(2)1見解析圖非線性(3)串267解析(1)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.(2)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.描點作圖如圖所示，由圖線可知二極管是非線性元件.(3)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R267.