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(共62張PPT)
第九章　電路及其應用　電能
實驗探究課十三　用多用電表測量電學中的物理量
實驗原理
(1)電阻表內部電路簡化如圖所示。
(2)根據閉合電路歐姆定律可知：
①當紅、黑表筆短接時，Ig＝。
②當被測電阻Rx接在紅、黑表筆兩端時，
I＝。
③當I中＝Ig時，中值電阻R中＝Rg＋R＋r。
實驗儲備·一覽清
實驗操作
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。
實驗操作
4．測量小燈泡的電壓和電流
(1)按如圖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，測量小燈泡兩端的電壓。
(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。
實驗操作
5．測量定值電阻
(1)根據被測電阻的估計阻值，選擇合適的擋位，把兩表筆短接，調節歐姆調零旋鈕，使指針指在電阻表的“0”刻度處。
(2)將被測電阻接在兩表筆之間，待指針穩定后讀數。
(3)用讀數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。
注意事項
1．使用前要機械調零。
2．兩表筆在使用時，要保證電流總是“紅筆流入，黑筆流出”。
3．測量電阻時
(1)指針指在中值附近誤差較小，指針偏轉過大換小倍率，指針偏轉過小換大倍率。
(2)每換一擋必須重新進行歐姆調零。
(3)讀出示數要乘以倍率。
4．使用完畢，選擇開關應置于“OFF”擋或交流電壓最高擋，長期不用應取出電池。
實驗原理 實驗操作 注意事項
測二極管的正、反向電阻 (1)認識二極管：晶體二極管由半導體材料制成，它的符號如圖所示，左端為正極，右端為負極。 (2)用電阻擋判斷二極管的正負極 將多用電表歐姆調零之后，若多用電表指針偏角很大，則黑表筆接觸二極管的正極，紅表筆接觸二極管的負極(如圖甲)；若多用電表指針偏角很小，則黑表筆接觸二極管的負極，紅表筆接觸二極管的正極(如圖乙)。
實驗原理 實驗操作 注意事項
測二極管的正、反向電阻
實驗類型·全突破
類型1　教材原型實驗
[典例1]　(2025·四川師范大學附屬中學模擬)某同學利用一個多用電表測量一個內阻Rg約為100 Ω、滿偏電流Ig＝100 mA的電流表的內阻，主要步驟如下：
(1)電阻擋的選擇開關撥至倍率______(選填“×1”“×10”或“×100”)擋，先將紅、黑表筆短接調零后，將多用電表中“黑表筆”接到電流表________(選填“A”或“B”)接線柱上，“紅表筆”接另一個接線柱。
(2)多用電表表盤中的指針和電流表表盤指針所指位置如圖乙、丙所示，該同學讀出電阻表的讀數為________ Ω，這時電流表的讀數為________ mA。
×10
B　
120
40
(3)測量結束后，將選擇開關撥到OFF擋。
(4)通過進一步分析還可得到多用電表內部電池的電動勢為______ V。
10.8
[解析]　(1)當電阻表的指針指在中間位置附近時，測量值較為準確，故選擇“×10”擋較好；多用電表的黑表筆與內部電源正極連接，與外電路形成閉合回路后，電流從黑表筆流出，紅表筆流進，而電流表接入電路要注意“＋”進“－”出，故黑表筆應接在電流表的B接線柱上。
(2)電阻表讀數等于表盤刻度值×倍率，即電阻表的讀數為120 Ω；電流表的量程是0～100 mA，分度值為2 mA，則示數為40 mA。
(4)由題圖乙可知表盤中間刻度為15，又選擇倍率為“×10”擋，所以此時多用電表的中值電阻為150 Ω，根據E＝I(R＋R中)
得E＝40×10-3×(120＋150) V＝10.8 V。
[典例2]　某同學通過用多用電表測量找到發光二極管的負極。
(1)該同學做了如下兩步具體的操作：第一，將多用電表選擇開關旋轉到電阻擋的“×1”擋，經過__________之后，他把紅表筆接在二極管的短管腳上，把黑表筆接在二極管的長管腳上，發現二極管發出了耀眼的白光；然后他將兩表筆的位置互換以后，發現二極管不發光。這說明二極管的負極是________(選填“長管腳”或“短管腳”)。
歐姆調零
短管腳
(2)該同學依次用多用電表電阻擋的“×1”擋、“×10”擋、“×100”擋、“×1 k”擋進行了二極管導通狀態的準確的測量(多用電表內部電源電動勢不變)，他發現二極管發光的亮度越來越________(選填“大”或“小”)，請幫助他分析一下具體的原因： ____________。
小
見解析
[解析]　(1)在測量電阻時，選擇擋位后首先要進行歐姆調零；二極管發光時處于正向導通狀態，因此黑表筆所接的長管腳為二極管的正極，故短管腳為負極。
(2)從“×1”擋、“×10”擋、“×100”擋到“×1 k”擋，多用電表的內阻越來越大，根據閉合電路歐姆定律I＝可知，通過二極管的電流越來越小，根據P＝I2R可知二極管的亮度越來越小。
[典例3]　如圖甲為物理興趣小組設計的多用電表的電路原理圖。他們選用內阻Rg＝100 Ω、滿偏電流Ig＝10 mA的電流表、標識不清的電源、定值電阻、導線、滑動變阻器等組裝了多用電表。該多用電表表盤如圖乙所示，下排刻度均勻，上排刻度線對應數值還沒有及時標出。
(1)若R2＝200 Ω，當選擇開關接“3”時電壓表的量程為________ V。
(2)該興趣小組在實驗室找到了一個電阻箱，利用組裝好的多用電表設計了如下從“校”到“測”的實驗：
①將選擇開關接“2”，紅、黑表筆短接，調節R1的阻值使電表指針滿偏；
3
②將多用電表紅、黑表筆與電阻箱相連，調節電阻箱使多用電表指針指在電表刻度盤中央C處，此時電阻箱如圖丙所示，則C處刻度線的標注值應為________ Ω， 多用電表
內部電源的電動勢E＝________ V。
1 500
15
③用待測電阻Rx代替電阻箱接入兩表筆之間，表盤指針指在圖乙所示位置，則計算可知待測電阻Rx＝________ Ω。(結果保留3位有效數字)
④小組成員拿來一塊電壓表，將兩表筆分別觸碰電壓表的兩接線柱，其中________ (選填“紅”或“黑”)表筆接電壓表的正接線柱，該電壓表示數為12.0 V，可以推知該電壓表的內阻為________ Ω。
674
黑
6 000
[解析]　(1)由歐姆定律可得U＝Ig(R2＋Rg)＝3 V。
(2)②C處刻度線的標注值應為RC＝(1×1 000＋5×100＋0×10＋0×1) Ω＝1 500 Ω
紅、黑表筆短接時，根據閉合電路歐姆定律可得
Ig＝
指針指在電表刻度盤中央C處時，根據閉合電路歐姆定律可得Ig＝
聯立解得E＝15 V，R歐＝1 500 Ω。
③題圖乙所示位置電流為6.9 mA，根據閉合電路歐姆定律可得I＝
解得Rx＝－R歐＝ Ω－1 500 Ω≈674 Ω。
④電阻表的黑表筆接電源的正極，紅表筆接電源的負極，將兩表筆分別觸碰電壓表的兩接線柱，其中黑表筆接電壓表的正接線柱；該電壓表示數為12 V，根據閉合電路歐姆定律可得E＝U＋R歐
解得該電壓表的內阻為
RV＝＝ Ω＝6 000 Ω。
類型2　拓展創新實驗
[典例4]　如圖甲所示，電學實驗室的“黑盒子”表面有A、B、C三個接線柱，盒內總共有兩個電學元件(一只定值電阻和一只半導體二極管)，每兩個接線柱之間最多連接一個元件。為了探明盒內元件的連接方式，小華同學用多用電表進行了如下探測：用多用電表電阻擋進行測量，把紅、黑表筆分別與接線柱A、B、C連接，測量結果如表。
紅表筆 A C C B A B
黑表筆 C A B C B A
阻值 有阻值 阻值同AC測量值 很大 很小 很大 接近AC
間電阻
(Ⅰ)在圖乙虛線框中畫出黑箱內的電路結構圖。
(Ⅱ)小華為了精確測量黑箱內二極管的正向電阻值和定值電阻阻值，又進行了如下實驗：
(1)如圖丙所示，將電源(電動勢未知，內阻不計)、電阻箱、開關連接，將e與________(選填“A”或“B”)相連，f與________(選填“A”或“B”)相連，A、B之間再接入一個電壓表，閉合開關，改變電阻箱R的阻值大小，讀出多組對應的電壓表示數，記錄為U1。
見解析圖
B
A
(2)將e、f按照正確方式與A、C相連，閉合開關，改變電阻箱R的阻值大小，讀出對應的電壓表示數，記錄為U2。
(3)分別作出-R和-R圖像，發現兩圖線均為直線，若直線縱截距分別為a1、a2，斜率分別為k1、k2，則電源電動勢為________，黑箱
內定值電阻阻值為________，二極管正向電阻值為________。
或
　
－
[解析]　(Ⅰ)AC與CA間電阻相同，說明AC間是定值電阻，在測量BC之間電阻時，黑表筆接C時電阻很小，接B時電阻很大，說明BC之間有二極管，而且C接二極管的正極，則電路如圖所示。
(Ⅱ)(1)因為電流從A到B才能正向流過該二極管，且f與電源正極相連，故f接A，e接B。
(3)e與B、f與A相連時，A、B之間的電壓表測的是二極管和定值電阻的總電壓，設電源電動勢為E，二極管正向電阻為RD，定值電阻阻值為R0，則由題意得U1＝E×
即＝×R＋
故在-R關系圖像中，縱截距a1＝
斜率k1＝
故電源電動勢E＝
同理可得U2＝E×
即＝×R＋
故在-R關系圖像中，縱截距a2＝，斜率k2＝，故電源電動勢E＝，定值電阻R0＝
在-R關系圖像中，將a1＝，R0＝代入k1等式中，可得二極管正向電阻阻值RD＝－。
創新點解讀　本實驗的創新點體現在實驗目的創新，由利用多用電表探究“黑盒子”問題，替代測電流和電阻及測量二極管的特性。
實驗對點訓練(十三)
1．在“練習使用多用電表”的實驗中，某同學進行了如下操作和思考。
(1)該同學先進行如圖所示的操作，下列說法正確的是________(選填字母代號)。
AB
A．圖甲中將選擇開關旋轉到直流電壓擋，選擇合適量程可測量小燈泡兩端電壓
B．圖乙中將選擇開關旋轉到直流電流擋，選擇合適量程可測量流經小燈泡的電流
C．圖丙中將選擇開關旋轉到電阻擋，選擇合適倍率可測量閉合電路中小燈泡的電阻
D．圖丁中將選擇開關旋轉到電阻擋，選擇合適倍率可觀察到此時電阻表示數很小
(2)該同學接著用電阻擋探測只有一個元件的黑箱，當兩表筆接觸黑箱接線柱a、b時，發現電表指針從左端緩慢擺向右邊，最后指在表盤右端附近某刻度線保持不變，則該元件可能是________。
A．電阻 B．電感線圈
C．電容器 D．二極管
B
[解析]　(1)題圖甲中將選擇開關旋轉到直流電壓擋，選擇合適量程可測量小燈泡兩端電壓，故A正確；題圖乙中將選擇開關旋轉到直流電流擋，選擇合適量程可測量流經小燈泡的電流，故B正確；測量小燈泡電阻時，小燈泡必須與外部電路斷開，故C錯誤；多用電表選擇電阻擋時，黑表筆插入“－”插孔，與內部電源正極相連，結合題圖丁可知，二極管兩端所加電壓為負向電壓，此時二極管電阻很大，可觀察到此時電阻表示數很大，故D錯誤。
(2)開始時指針指向最左端，說明元件對電流的阻礙很大，指針緩慢向右擺動，說明元件對電流的阻礙緩慢變小，最后指在表盤右端附近某刻度線保持不變，說明最終元件對電流的阻礙較小且不變，則該元件只可能是電感線圈，B正確。
2．在如圖甲所示的電路中，四節干電池串聯，小燈泡A、B的規格均為“3.8 V　0.3 A”。合上開關S后，無論怎樣移動滑片，A、B燈都不亮。
(1)用多用電表的直流電壓擋檢查故障：
①選擇開關置于下列量程的________擋較為合適。
A．2.5 V B．10 V
C．50 V D．250 V
B
②測得c、d間電壓約為5.8 V，e、f間電壓為0，則故障(只有一處)是________。
A．A燈絲斷開
B．B燈絲斷開
C．d、e間連線斷開
D．B燈短路
A
(2)接著用電阻表的“×1”擋測電阻，電阻表經過“歐姆調零”。
①測試前，一定要將電路中的開關S________；
②測c、d間和e、f間電阻時，某次測量結果如圖乙所示，讀數為___ Ω，此時測量的是________間電阻，根據小燈泡的規格計算出的電阻為________ Ω(結果保留三位有效數字)，它不等于測量值，原因是____________________________________________________________________________________________________。
斷開
6.0
e、f
12.7
溫度高時燈絲電阻率大，計算出的電阻是燈絲溫度高時的電阻
(或測量出的電阻是常溫下燈絲的電阻)
[解析]　(1)①因為電源的電動勢大約為6 V，要使電壓擋選擇的量程安全以及準確，則選擇開關應選擇10 V的量程，故B正確。
②測得c、d間電壓約為5.8 V，接近電源電動勢，e、f 間電壓為0，可知燈泡A斷路，故A正確。
(2)①用電阻表測量電阻時，開關應斷開，使得待測電阻與電源不相連。
②電阻表的讀數為6.0×1 Ω＝6.0 Ω，因為c、d間斷路，可知測量的是e、f間的電阻。根據R＝得，小燈泡正常發光時的電阻為R＝
Ω≈12.7 Ω。它不等于測量值，原因是溫度高時燈絲電阻率大，計算出的電阻是燈絲溫度高時的電阻(或測量出的電阻是常溫下燈絲的電阻)。
3．(2025·山東泰安開學檢測)如圖(a)為某物理實驗興趣小組組裝的多用電表的電路示意簡圖。其中E是電源，不計內阻。R1、R2、R4、R5是四個定值電阻，R3是滑動變阻器。表頭G的滿偏電流為500 μA，內阻為200 Ω。虛線框內為換擋開關，A端和B端分別與兩表筆相連。該多用電表5個擋位分別為：直流電壓2.5 V擋和10 V擋，直流電流1 mA擋和100 mA擋，電阻×100擋。圖(b)為改裝過程中的多用電表表盤，其電阻擋的中值刻度為15。
(1)根據題給條件可得R1＋R2＝________ Ω，R4＝________ Ω；
(2)在進行歐姆調零時，滑動變阻器R3接入電路中的阻值應調整為________ Ω；
(3)圖(b)中電阻擋刻度尚未標識完整，圖中多用電表指針位置應該標識的刻度為________。
200
2 400
1 400
60
[解析]　(1)由電流表改裝原理及題圖(a)可知，B端與2相接時為直流電流1 mA擋，則有＋Ig＝I2，可得R1＋R2＝＝200 Ω，由電壓表改裝原理及題圖(a)可知，B端與4相接時為直流電壓 2.5 V 擋，則有IgRg＋I2R4＝U4，解得R4＝＝2 400 Ω。
(2)當B與3相接時為電阻擋，電阻擋為×100擋，且中值刻度為15，則可知內阻為1 500 Ω，則有＋R3＝1 500 Ω，解得R3＝1 400 Ω。
(3)題圖(b)中多用電表指針位置對應的電流為I＝0.20 mA，設此時待測電阻阻值為Rx，根據閉合電路歐姆定律可得E＝I(R歐＋Rx)，其中R歐＝1 500 Ω，E＝I2R歐＝1.5 V，聯立解得Rx＝6 000 Ω，又Rx＝
6 000 Ω＝60×100 Ω，則多用電表指針位置應該標識的刻度為60。
4．課外興趣小組在一次拆裝晶體管收音機的過程中發現一只發光二極管，同學們決定測繪這只二極管的伏安特性曲線，并測量其正向電壓為3.2 V時的電阻值。
(1)由于不能準確知道二極管的正負極，同學們用多用電表的電阻擋對其進行測量，如圖甲，當紅表筆接A端、黑表筆接B端時，指針幾乎不偏轉，反接后有明顯偏轉，則可以判斷二極管的正極是________(選填“A”或“B”)端。
A
(2)選用下列器材設計電路并測繪該二極管的伏安特性曲線：
A．待測二極管D(符號 )
B．電源電動勢E(4.5 V，內阻較小)
C．電流表A(量程0～40 mA，內阻可忽略)
D．電壓表V(量程0～3 V，內阻為6 000 Ω)
E．滑動變阻器R1(最大阻值10 Ω)
F．滑動變阻器R2(最大阻值100 Ω)
G．定值電阻R3(1 500 Ω)
H．開關、導線若干
①實驗過程中滑動變阻器應選________(填寫器材前字母序號)；
②圖乙畫出了部分電路圖，請根據實驗器材在虛線框中補充完整電路圖；
E
見解析圖
③某同學以電壓表的示數U為橫坐標，電流表的示數I為縱坐標，測量出多組數據，描繪的圖線如圖丙所示，則當二極管的兩端電壓為3.2 V時，二極管的電阻值為________ Ω(保留三位有效數字)。
160
[解析]　(1)當紅表筆接A端、黑表筆接B端時，指針幾乎不偏轉，則說明測量的是反向電阻，而電流是從黑表筆流出的，所以黑表筆接的是二極管的負極，即正極在A端。
(2)①因要測量多組數據且電壓和電流從零開始變化，所以用分壓電路，則滑動變阻器選小電阻，故選E。
②由于電壓表的最大量程為3 V，量程不夠，所以要與定值電阻串聯來擴大量程，且電流表內阻可忽略，則電流表內接，電路圖如圖所示。
③當二極管兩端電壓UD為3.2 V時，設電壓表示數為U，則有R3＋U＝3.2 V，代入數據解得U＝2.56 V，由題圖丙可知，此時電流表示數為20 mA，根據歐姆定律可得R＝＝ Ω＝160 Ω。
5．“黑箱”表面有a、b、c三個接線柱，盒內總共有兩個電學元件，每兩個接線柱之間只可能連接一個元件。為了探明盒內元件的種類及連接方式，某位同學用多用電表進行了如下探測：
第一步用電壓擋對任意兩接線柱正、反向測量，指針不發生偏轉；
第二步用電阻“×100”擋對任意兩個接線柱正、反向測量，指針偏轉情況如圖1所示。
(1)第一步測量結果表明盒內______________。
(2)圖2標出了圖1甲和乙中電阻表指針所處的位置，其對應的阻值是______ Ω；圖3標出了圖1丙中電阻表指針所指的位置，其對應的阻值是______ Ω。
不存在電源
1 200
500
(3)請在圖4的接線柱間，用電路圖符號畫出盒內的元件及連接情況。
見解析圖
[解析]　(1)使用電壓擋進行測量，目的是看盒內是否有電源，由于指針不發生偏轉，因此盒內不存在電源。
(2)使用電阻表讀數時注意其零刻度在右側，讀出數據然后乘以擋位倍率即為所測電阻阻值。所以題圖2讀數為12×100 Ω＝1 200 Ω，題圖3讀數為5×100 Ω＝500 Ω。
(3)使用電阻擋進行測量時，注意黑表筆是和內部電源的正極相連的，觀察題圖1中的甲、乙可知，在測量b、c之間的電阻時，對兩個接線柱進行正、反向測量，其阻值相同，說明b、c之間接有一個定值電阻；觀察題圖1中的丙、丁可知，在測量a、c之間電阻時，黑表筆接c時電阻很小，接a時電阻很大，說明a、c之間有二極管，而且c應該接二極管的正極；觀察題圖1中的戊可知，黑表筆接b時電阻比丙中黑表
筆接c時電阻大，說明了a、c、b之間串聯了二極管和
定值電阻兩個元件，由題圖1中的己可知，a、b之間
電阻無窮大，故盒內元件的連接如圖所示。
謝 謝 ！

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