2022年度高考物理一輪復習 第八章 恒定電流 實驗十一 練習使用多用電表學案
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1、2022年度高考物理一輪復習 第八章 恒定電流 實驗十一 練習使用多用電表學案
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
U=Ig(Rg+R)
故R=-Rg
IgRg=(I-Ig)R
故R=
改裝后電
表內阻
RV=Rg+R>Rg
RA= 2、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)和標準電壓表(標準電流表)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.構造:
如圖3所示,歐姆表由電流表G、電池、調零電阻R和紅、黑表筆組成.
圖3
歐姆表內部:電流表、電池、調零電阻串聯(lián).
外部:接被測電阻Rx.
全電路電阻R總=Rg+R+r+Rx.
2.工作原理:
閉合電路歐姆定律,I=.
3.刻度的標定:
紅、黑表筆短接(被測電阻Rx=0)時,調節(jié)調零電阻R,使I=Ig,電流表的指針達到滿偏,這一過程叫歐姆調零.
3、
(1)當I=Ig時,Rx=0,在滿偏電流Ig處標為“0”.(圖甲)
(2)當I=0時,Rx→∞,在I=0處標為“∞”.(圖乙)
(3)當I=時,Rx=Rg+R+r,此電阻值等于歐姆表的內阻值,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4
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,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(紅 4、表筆插入“+”插孔,黑表筆插入“-”插孔).
四、二極管的單向導電性
1.晶體二極管是由半導體材料制成的,它有兩個極,即正極和負極,它的符號如圖5甲所示.
圖5
2.晶體二極管具有單向導電性(符號上的箭頭表示允許電流通過的方向).當給二極管加正向電壓時,它的電阻很小,電路導通,如圖乙所示;當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撥到歐姆擋,紅、黑表筆接到二極管的兩極上,當黑表筆接“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
多用電表、電學黑箱、直流電源、開關、導 5、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,認識選擇開關的測量項目及量程.
(2)機械調零: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.
①按如圖6甲所示的電路圖連好電路,將多用電表選擇開關置于直流電壓擋,測小燈泡兩端的電壓.
圖6
②按如圖乙所示的電路圖連好電路,將選擇開關置于直流電流擋,測量通過小燈泡的電流.
(5)測量定值電阻
①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 6、針是否指在歐姆表的“0”刻度,若不指在歐姆表的“0”刻度,調節(jié)歐姆調零旋鈕,使指針指在歐姆表的“0”刻度處;
②將被測電阻接在兩表筆之間,待指針穩(wěn)定后讀數(shù);
③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,即得測量結果;
④測量完畢,將選擇開關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的“0”位置,調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的 7、“0”位置,調整的是歐姆調零旋鈕.
(3)由于歐姆擋表盤難以估讀,測量結果只需取兩位有效數(shù)字,讀數(shù)時注意乘以相應擋位的倍率.
(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零.
(7)使用完畢,選擇開關要置于交流電壓最高擋或“OFF”擋.長期不用,應把表內電池取出.
2.多用電表對電路故障的檢測
(1)斷路故障的檢測方法
①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 8、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.
②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.
③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
①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.
②用電流表檢測,若串聯(lián)在電路中的電流表示數(shù)不為零,故障應是短路.
9、
命題點一 教材原型實驗
例1 (2017·全國卷Ⅲ·23)圖7(a)為某同學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250μA,內阻為480Ω.虛線方框內為換擋開關,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×100Ω擋.
圖7
(1)圖(a)中的A端與(填“紅”或“黑”)色表筆相連接.
(2)關于R6的使用,下列說法正確的是(填正確答案標號).
A.在使用多用電表之前,調整R6使電表指針指在表盤左端電流“0” 10、位置
B.使用歐姆擋時,先將兩表筆短接,調整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R1+R2=Ω,R4=Ω.
(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.(結果均保留3位有效數(shù)字)
答案 (1)黑 (2)B (3)160 880 (4)1.47mA
1.10kΩ 2.94V
解析 (1)當B端與“3”連接時,內部電源與外部電路形成閉合回路,電流從A端流出,故A端 11、與黑色表筆相連接.
(2)在使用多用電表之前,調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,調節(jié)無效,選項C錯誤.
(3)根據(jù)題給條件可知,當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=160Ω.
當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120Ω,兩端電 12、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880Ω.
(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11×100Ω=1.10kΩ.
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)歐姆擋的選擇開關撥至(選填“×1k”或“×10 13、0”)擋,先將紅、黑表筆短接調零后,選用圖8中(選填“A”或“B”)方式連接.
(2)如圖9甲所示,該同學讀出歐姆表的讀數(shù)為Ω;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)×1k A (2)4×104 5.0 8.75
解析 (1)用多用電表測電阻時,應讓指針指在中間刻度附近,因而應選“×1k”擋.多用電表測電阻時,需要用其內部電源,黑表筆接內部電源的正極,電壓表的兩接線柱中,“+”接線柱應接高電勢端,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40×1kΩ=40kΩ.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 14、的電動勢E=U+Ir=U+r=5.0V+×30×103V=8.75V.
變式2 二極管具有單向導電性,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、負極記為B.某同學研究二極管正、反向電阻的相關實驗操作過程如下:
(1)先用多用電表的歐姆擋測量其電阻,其正向電阻約為10Ω,反向電阻約為50kΩ,則在測量二極管的正向電阻時,電表的紅表筆應接(填“A”或“B”)端.
(2)該同學設計了如圖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,電壓表的內阻約為40kΩ,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 15、量程,量程和對應的內阻分別為:①50μA,內阻約為100Ω;②50mA,內阻約為50Ω;③250mA,內阻約為10Ω.則在實驗過程中,多用電表的紅表筆應與接線柱(填“3”或“4”)相連;測二極管的反向電阻時電流表的量程應選用(填“①”“②”或“③”),單刀雙擲開關S2應撥向接點(填“5”或“6”).
圖10
答案 (1)B (2)3?、佟?
解析 (1)多用電表測電阻時紅表筆接表內電池的負極,所以測二極管的正向電阻時應與二極管的負極相連即與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,故應與接線柱3相連;電壓為2V時,二極管反接時的電流約為40μA,所以應選用量程①;根 16、據(jù)電壓表和電流表內阻應采用電流表內接法,所以單刀雙擲開關S2應撥向接點6.
變式3 在“練習使用多用電表”的實驗中:
圖11
(1)某同學用多用電表測量電阻,電路如圖11甲所示,若選擇開關置于“×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=Ω.
(2)若該歐姆表使用一段時間后,電池電動勢變小,內阻變大,但此表仍能調零,按正確使用方法再測上述Rx,其測量結果與原結果相比將(選填“變大”“變小”或“不變”).
(3)某同學利用圖甲中的器材設計了一只歐姆表,其電路如圖丙所示.
①關于該歐姆表,下列說法正確的是.
A.電阻刻度的零位在表盤的右端
B. 17、表盤上的電阻刻度是均勻的
C.測量前,不需要紅、黑表筆短接調零
D.測量后,應將開關S斷開
②某同學進行如下操作:當Rx未接入時,閉合開關S,將紅、黑表筆分開時,調節(jié)可變電阻,使電流表滿偏.當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(已知電流表的內阻為Rg,電池的內阻為r,可變電阻接入電路的阻值為R).
答案 (1)700 (2)變大 (3)①CD ②
解析 (1)歐姆表的示數(shù)乘以相應擋位的倍率,即待測電阻的阻值,圖示讀數(shù)為7×100Ω=
700Ω.
(2)當電池電動勢變小、內阻變大時,歐姆表需要重新調零,由于滿偏電流Ig不變,由公式Ig= 18、可知,歐姆表內阻R內應調小,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R內變小時,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)①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、黑表筆短接調零,測量后,應將開關S斷開,故選項A、B錯誤,C、D正確.
②當Rx未接入時,閉合開關S,將紅、黑表筆分開,調節(jié)可變電阻使電流表滿偏,由閉合電路歐姆定律得:Ig=,當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 19、=·,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0
B.阻值先不變,后階段變小
C.阻值恒定且遠大于R2
D.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)絡獲知該元件為穩(wěn)壓二極管,它有正負極之分,在電路中當D 20、的正極接高電勢時,其i-u圖線如圖乙中OC所示,當D的負極接高電勢時,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”).
(3)小明接著設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零,則調零后多用電表內部總電阻為Ω;調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的阻值應為Ω.
答案 (1)B (2)負 (3)3000(或3×103) 6000(或6×103)
解析 (1)因在滑片移動過程中,發(fā) 21、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)結合第(1)問中所給條件,可知D元件黑色端為負極.
(3)由R總=,解得R總=3000Ω;D恰好處于穩(wěn)壓工作區(qū)時,其兩端電壓U=6V,而U=,解得RD=6000Ω.
變式4 如圖13所示為多量程多用電表的示意圖.
圖13
(1)當接通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)指針偏轉角度過大,他應該換用歐姆擋擋(填“×1”或“×100”)換擋后,在測量前要先進行.
(3 22、)該同學要測量多用電表直流“2.5V”擋的內阻RV(約為20kΩ).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,內阻可忽略不計)、電阻一個(阻值R為10kΩ)、開關一個、導線若干.
要求:(ⅰ)在方框中畫出實驗電路圖(多用電表用表示);
(ⅱ)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)因偏轉角度過大,則電阻小,應選擇“×1”擋,換擋后電路改變 23、,要重新進行歐姆調零.
(3)(ⅰ)實驗電路圖如圖所示.
(ⅱ)在設計的電路圖中,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10kΩ,E為電源的電動勢.
變式5 二極管具有獨特的單向導電性,當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(1×106Ω,甚至更大),而當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,調整,使指針指向表盤右側“0”位置;
24、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,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.
圖14
(2)實驗小組設計了如圖15所示的實驗電路,通過實驗測得相關數(shù)據(jù)如下表.
正向電壓U/V
正向電流I/mA
0.10
0
0.20
0
0.30
0
0.40
0.02
0.50
0.26
0.55
0.56
0.60
1.13
0.65
1.79
0.68
2.37
0.70
3.00
圖15
圖16
①由二極管的特性和表中數(shù)據(jù)可知,當電壓表示數(shù)為0 25、.10~0.30V時,圖中開關S一定接在位置;
②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,則應該給二極管(填“串”或“并”)聯(lián)一個約Ω的電阻.(結果保留三位有效數(shù)字)
答案 (1)A.歐姆調零旋鈕 C.負 (2)①1?、谝娊馕鰣D 非線性 (3)串 267
解析 (1)A.歐姆表選擋后要進行歐姆調零,即短接兩表筆,調整歐姆調零旋鈕,使指針指在表盤右側“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,當示數(shù)很小時紅表筆所接為二極管負極.
(2)①圖中設計為伏安法測電阻的內接法和外接法可以互換的電路,當開關S接位置1時為電流表內接法,接位置2時為電流表外接法.由表中數(shù)據(jù)可知,當電壓表示數(shù)為0.1~0.3V時電流表示數(shù)為0,故電流表內接,開關S接在位置1.
②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,應串聯(lián)一個電阻,阻值R==Ω≈267Ω.
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