2017届高考物理一轮复习 专题十二 实验与探究（课件+试题+教案）（打包33套）.zip

1实验十一 传感器的简单使用基础点1.实验装置及电路图2．实验目的(1)认识热敏电阻、光敏电阻等传感器的特性。(2)了解传感器的简单应用。3．实验原理传感器是能将所感受到的物理量(如力、热、光、声等等)转换成便于测量的量(一般是电学量)的一类元件。其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件，将感受到的信号按一定规律转换成便于利用的信号。如热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号。转换后的信号经过相应的仪器进行处理，就可以达到自动控制的目的。4．实验器材热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等。5．实验步骤A．研究热敏电阻的热敏特性(1)实验步骤①按图所示连接好电路，将热敏电阻进行绝缘处理。2②将多用电表置于欧姆挡，选择适当的挡位测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数。③向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值。④将热水分几次注入烧杯，测量不同温度下热敏电阻的阻值，并记录。(2)数据处理①根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入表中，分析热敏电阻的特性。②在如图所示的坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。(3)实验结论根据实验数据和 R­t 图线，得出结论：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大。B．研究光敏电阻的光敏特性(1)实验步骤①将光敏电阻、多用电表、小灯泡、学生电源、滑动变阻器按如图所示电路连接好，其中多用电表置于欧姆挡“×100”挡。②先测出在室内自然光的照射下光3敏电阻的阻值，并记录数据。③打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录。④测量用手掌(或黑纸)遮光时光敏电阻的阻值并记录。(2)数据处理把记录的结果填入下表中，根据记录数据分析光敏电阻的特性。光照强度 弱 中 强 无光照射电阻(Ω)(3)实验结论光敏电阻被光照射时其电阻值发生变化，光照增强电阻变小，光照减弱电阻变大。重难点一、误差分析1．温度计读数带来的误差，可以选用精度高的温度计在较长时间内读数三次取平均值。2．欧姆表的读数带来的误差，可以对同一温度、同一光照强度下的电阻读数三次取平均值。二、注意事项1．在做热敏电阻实验时，加开水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温和电阻值。2．光敏电阻实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变照射到光敏电阻上的光的强度。3．欧姆表每次换档后都要重新调零。三、实验改进1．实验过程对于热敏电阻的特性，可用以下实验进行研究。如图所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻 RT的两端相连，这时表针指在某一刻度，观察下述操作下的指针偏转情况：(1)往 RT上擦一些酒精。(2)用吹风机将热风吹向电阻，根据指针偏转方向判断热敏电阻的特性。2．实验分析(1)往 RT上擦一些酒精，发现指针左偏，说明 RT的阻值增大，而酒精蒸发吸热，热敏4电阻的温度降低，所以热敏电阻的阻值随温度的降低而增大。(2)用吹风机将热风吹向电阻，发现指针右偏，说明 RT的阻值减小，而热敏电阻 RT的温度升高，故热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。优点：改进后的实验简单且易操作，同学们能很快得出结论。四、霍尔元件1．霍尔元件如图所示，在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上，制作四个电极E、 F、 M、 N，它就成为一个霍尔元件。霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。2．霍尔电压如上图所示，在 E、 F 间通入恒定电流 I，同时外加磁场 B，则薄片中的载流子同时受到电场力和磁场力的作用。当磁场力与电场力平衡时， M、 N 间电势差达到恒定。设薄片厚度为 d， EF 方向长度为 l1， MN 方向长度为 l2，则 q ＝ qvB。UHl2又电流的微观表达式为 I＝ nqSv，所以 UH＝ 。IBnqd因为同一材料单位体积内载流子的个数 n、单个载流子的电荷量 q 均为定值，令k＝ ，所以 UH＝ k 。1nq IBd特别提醒霍尔电压 UH＝ k 中， k 为霍尔系数，其大小与薄片的材料有关。IBd[考法综述] 本实验命题较为新颖，易和新科技等相结合命题，试题难度不会太大，但因其新颖也增加了学生解题的困难，应对方法还是要掌握好课本中出现的几种基本传感器的特点及其变形应用。复习本实验应掌握以下内容：2 种电阻——热敏电阻、光敏电阻1 种元件——霍尔元件1 种原理——传感器的原理命题法 1 传感器在实验中的应用5典例 1 如图，一热敏电阻 RT放在控温容器 M 内；mA 为毫安表，量程 6 mA，内阻为数十欧姆； E 为直流电源，电动势约为 3 V，内阻很小； R 为电阻箱，最大阻值为 999.9 Ω；S 为开关。已知 RT在 95 ℃时的阻值为 150 Ω，在 20 ℃时的阻值约为 550 Ω。现要求在降温过程中测量在 95～20 ℃之间的多个温度下 RT的阻值。(1)在图中画出连线，完成实验原理电路图。(2)完成下列实验步骤中的填空：a．依照实验原理电路图连线。b．调节控温容器 M 内的温度，使得 RT的温度为 95 ℃。c．把电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全。d．闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数 I0，并记录________。e．将 RT的温度降为 T1(20 ℃ T195 ℃)；调节电阻箱，使得电流表的读数________，记录________。f．温度为 T1时热敏电阻的电阻值 RT1＝________。g．逐步降低 T1的数值，直至 20 ℃为止；在每一温度下重复步骤 e、f。[答案] (1)见解析 (2)d.电阻箱的读数 R0 e．仍为 I0 电阻箱的读数 R1 f． R0－ R1＋150 Ω[解析] (1)根据所给器材，要测量在不同温度下 RT的阻值，只能将电阻箱、热敏电阻、毫安表与电源串联形成测量电路，如图所示。(2)依据实验原理电路图连线；调节控温容器 M 内的温度，使得 RT温度为 95 ℃，此时 RT阻值为 150 Ω，将电阻箱调到适当的阻值，以保证仪器安全；闭合开关，调节电阻箱，记录毫安表的示数 I0，并记录电阻箱的读数 R0，根据欧姆定律有 I0＝ ；将 RT的ER0＋ 150 Ω温度降为 T1(20 ℃＜ T1＜95 ℃)；调节电阻箱，使得毫安表的读数仍为 I0，记录电阻箱6的读数 R1，根据欧姆定律：I0＝ ，则 ＝ ，解得 RT1＝ R0－ R1＋150 Ω。ER1＋ RT1 ER0＋ 150 Ω ER1＋ RT1【解题法】 传感器实验的侧重与注意点在高考中关于传感器的实验主要侧重于实验电路的设计与连接，实验数据的图象处理，解决该类问题注意以下几点：(1)依据题目要求或根据传感器的估计阻值设计电路，如分压、限流接法，电流表的内、外接。(2)实物连线时，一般先将串联的主体电路连接好，然后连接并联的器材。命题法 2 传感器的拓展与创新典例 2 如图所示为某种电子秤的原理示意图， AB 为一均匀的滑动变阻器，阻值为R，长度为 L，两边分别有 P1、 P2两个滑动头，与 P1相连的金属细杆可在被固定的竖直光滑绝缘杆 MN 上保持水平状态，金属细杆与托盘相连。金属细杆所受重力忽略不计，弹簧处于原长时 P1刚好指向 A 端，若 P1、 P2间出现电压时，该电压经过放大通过信号转换器后在显示屏上显示出质量的大小。已知弹簧的劲度系数为 k，托盘自身质量为 m0，电源的电动势为 E，电源的内阻忽略不计，信号放大器、信号转换器和显示器的分流作用忽略不计，求：(1)托盘上未放物体时在托盘的自身重力作用下 P1距 A 端的距离 x1；(2)在托盘上放有质量为 m 的物体时 P1距 A 端的距离 x2；(3)在托盘上未放物体时通常先校准零点，其方法是调节 P2，从而使 P1、 P2间的电压为零，校准零点后将被称物体放在托盘上。试推导出被称物体的质量 m 与 P1、 P2间电压 U的函数关系式。[答案] (1) (2) (3) m＝ Um0gk  m＋ m0 gk kLgE[解析] (1)由力的平衡知识知m0g＝ kx1， x1＝ 。m0gk(2)放上重物重新平衡后m0g＋ mg＝ kx2， x2＝ 。 m＋ m0 gk(3)设电路中的电流为 I，则 E＝ IR，7设 P1、 P2间的电阻为 Rx，距离为 x，则U＝ IRx， ＝ ， x＝ x2－ x1，解得 m＝ U。RxR xL kLgE【解题法】 传感器的工作过程设计1实验十一 传感器的简单使用1．如图甲表示某电阻 R 随摄氏温度 t 变化的关系，图中 R0表示 0 ℃时的电阻， k 表示图线的斜率。若用该电阻与电池( E， r)、电流表 Rg、变阻器 R′串联起来，连接成如图乙所示的电路，用该电阻做测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，于是就得到了一个简单的“电阻测温计” 。(1)现要把电流表的刻度值改为相应的温度刻度值，则高温刻度应在表盘的________ (选填“左”或“右”)侧；(2)在标识“电阻测温计”的温度刻度时，需要弄清所测温度和电流的对应关系。请用E、 R0、 k 等物理量表示所测温度 t 与电流 I 的关系式： t＝________；(3)由(2)知，计算温度和电流的对应关系，需要测量电流表的内阻(量程 3 mA，内阻约为 200 Ω，设符号为“A 1”)。已知实验室还有下列器材：A．电源 E(电动势 12 V，内阻 r 较小)B．电流表 A2(量程 0.6 A，内阻约为 0.3 Ω)C．滑动变阻器 R1(0～20 Ω)D．滑动变阻器 R2(0～20 kΩ)E．电阻箱 R3(0～99.99 Ω)F．电阻箱 R4(0～999.9 Ω)G．电压表 V1(量程 3.0 V，内阻约为 3 kΩ)H．电压表 V2(量程 15.0 V，内阻约为 5 kΩ)还有开关(单掷、双掷等)，导线若干。请在方框内设计一个合适的电路，用于测量电流表内阻 Rg(电路中用你选择的器材符号表示)。2答案 (1)左 (2) － (r＋ R′＋ Rg＋ R0)EkI 1k(3)见解析解析 (1)温度升高， R 的阻值越大，电流表的读数越小，所以把电流表的刻度值改为相应的温度刻度值时，高温刻度应在表盘的左侧。(2)根据闭合电路欧姆定律得 I＝ ，所以Er＋ R′ ＋ Rg＋ R0＋ ktt＝ － (r＋ R′＋ Rg＋ R0)。EkI 1k(3)测电流表 A1的内阻，可用伏安法，也可用半偏法。若用伏安法，电路图如图甲所示，其原理为 U1＝ I1(RA1＋ R4)，则 RA1＝ － R4。U1I1若用半偏法，电路图如图乙所示，其原理为当电流表 A1的示数由满偏变为半偏时，RA1＝ R4。2．实验室备有以下器材：电压传感器、电流传感器、滑动变阻器 R1(阻值变化范围0～20 Ω)、滑动变阻器 R2(阻值变化范围 0～1000 Ω) 、电动势适当的电源、小灯泡(4 V,2 W)、开关、导线若干。(1)要完整地描绘小灯泡的 U­I 曲线，请在方框中画出实验电路图，并标出所用滑动变阻器的符号。3(2)实验中描绘出的小灯泡 U­I 曲线如图所示，由图可知，小灯泡灯丝电阻随温度升高而________。(填“增大” “减小”或“不变”)(3)如果用上述器材测量所给电源的电动势和内电阻，实验电路如图甲所示，图中 R0是阻值为 9.0 Ω 的保护电阻，实验中测得多组数据记录在下表中，试在同一坐标系中画出等效电源的 U­I 图象，由图象可求出电源自身内阻约为________Ω。序号 1 2 3 4 5 6U/V 4.00 3.40 2.80 2.00 1.50 0.80I/A 0.20 0.25 0.33 0.40 0.46 0.52(4)若将上述小灯泡直接与电源和保护电阻组成串联电路，如图乙所示，此时小灯泡消耗的电功率约为________W。答案 (1)电路图见解析 (2)增大 (3)图见解析 1.0(4)0.82(0.80～0.84 W 均正确)解析 (1)要描绘小灯泡的伏安特征曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器要采用分压接法，由于小灯泡的阻值较小，电流传感器应用外接法，电路图如图所示。4(2)由图示 U­I 图象可知，随电压与电流的增大，灯泡实际功率增大，灯丝温度升高，电压与电流的比值增大，灯丝电阻增大，由此可知，小灯泡灯丝电阻随温度升高而增大。(3)根据表中实验数据作出等效电源 U­I 图象如图所示，由图示图象可知，电源内阻r＝ － R0＝ Ω＝1.0 Ω。Δ UΔ I (60.6－ 9.0)(4)由图示图象可知，灯泡两端电压为 2.1 V，电流为 0.39 A，灯泡的电功率为P＝ UI＝2.1×0.39 W≈0.82 W。1实验十 练习使用多用电表基础点1.多用电表及欧姆表内部电路图2．实验目的(1)了解多用电表的构造和原理，掌握多用电表的使用方法。(2)会使用多用电表测电压、电流及电阻。(3)会用多用电表探索黑箱中的电学元件。3．实验器材多用电表、电学黑箱、直流电源、开关、导线若干、小灯泡、二极管、定值电阻(大、中、小)三个。4．实验步骤(1)观察多用电表的外形，认识选择开关对应的测量项目及量程。(2)检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的零位置。若不指零，则可用小螺丝刀进行机械调零。(3)将红、黑表笔分别插入“＋” “－”插孔。(4)按如图甲所示连好电路，将多用电表选择开关置于直流电压挡，闭合开关，测小灯2泡两端的电压。(5)按如图乙所示连好电路，将选择开关置于直流电流挡，闭合开关，测量通过小灯泡的电流。(6)用多用电表测电阻的步骤①调整定位螺丝，使指针指向电流的零刻度。②将选择开关置于“Ω”挡的“×1”挡，短接红、黑表笔，调节欧姆调零旋钮，然后断开表笔，再使指针指向∞。③将两表笔分别接触阻值为几十欧的定值电阻两端，读出指示的电阻值，然后断开表笔，再与标定值进行比较。④选择开关改置“×100”挡，重新进行欧姆调零。⑤再将两表笔分别接触标定值为几千欧的电阻两端，读出指示的电阻值，然后断开表笔，与标定值进行比较。⑥测量完毕，将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF 挡” 。5．数据处理(1)测电阻时，电阻值等于指针的示数与倍率的乘积。指针示数的读数一般读两位有效数字。(2)测电压和电流时，如果所读表盘的最小刻度为 1、0.1、0.001 等，读数时应读到最小刻度的下一位，若表盘的最小刻度为 0.2、0.02、0.5、0.05 等，读数时只读到与最小刻度位数相同即可。重难点一、实验原理1．多用电表(1)外部构造多用电表可以用来测电流、电压和电阻，又称万用电表，其表面结构如图所示。3其表面分为上、下两部分，上半部分为表盘，共有三条刻度线，最上面的刻度线的左端标有“∞” ，右端标有“0” ，是用于测电阻的，中间的刻度线是用于测直流、交流电流和电压的，其刻度是分布均匀的，最下面一条刻度线左侧标有“ ”，是交流 2.5 V 专用，V～其刻度是不均匀的。多用电表表面的下半部分为选择开关，周围标有测量功能的区域和量程。将多用电表的选择开关旋转到电流挡，多用电表就测量电流；当选择开关旋转到其他功能区域时，就可测量电压或电阻。多用电表表面还有一对正、负插孔。红表笔插“＋”插孔，黑表笔插“－”插孔，插孔上面的旋钮叫欧姆调零旋钮，用它可进行欧姆调零。另外，在表盘和选择开关之间还有一个机械调零旋钮，用它可以进行机械调零，即旋转该调零螺丝，可使指针(在不接入电路中时)指在左端“0”刻线。(2)内部构造多用电表是由一个小量程的电流表与若干元件组成的，如图所示，每进行一种测量时，只使用其中一部分电路，其他部分不起作用。如图中 1、2 为电流测量端，3、4 为电压测量端，5 为电阻测量端，测量时，黑表笔插入“－”插孔，红表笔插入“＋”插孔，并通过转换开关接入与待测量相对应的测量端。2．测电流、电压的原理测电流和电压的原理与电流表和电压表改装原理相同。4(1)直流电流挡：直流电流挡的几个挡位实际是由同一表头并联不同电阻改装而成的几个量程不同的电流表。(2)直流电压挡：直流电压挡的几个挡位实际是由同一表头串联不同电阻改装而成的几个量程不同的电压表。3．欧姆表的原理(1)构造：欧姆表由电流表 G、电池、调零电阻 R 和红、黑表笔组成。(2)工作原理：由闭合电路的欧姆定律 I＝ ，可知 Rx与电流 I 相对应。ERg＋ R＋ r＋ Rx(3)刻度的标定：红、黑表笔短接(被测电阻 Rx＝0)时，调节调零电阻 R，使 I＝ Ig，电流表的指针达到满偏。①当 I＝ Ig时， Rx＝0，在满偏电流 Ig处标为“0”(图(甲))。②当 I＝0 时， Rx→∞，在 I＝0 处标为“∞”(图(乙))。③当 I＝ 时， Rx＝ Rg＋ R＋ r，此电阻等于欧姆表的内阻，也叫中值电阻(图(丙))。Ig2(4)电源极性：红表笔接内部电源负极，黑表笔接内部电源的正极。4．二极管的单向导电性(1)晶体二极管是由半导体材料制成的，它有两个极，即正极和负极，它的符号如图甲所示。(2)晶体二极管具有单向导电性(符号上的箭头表示允许电流通过的方向)。当给二极管加正向电压时，它的电阻很小，电路导通，如图乙所示；当给二极管加反向电压时，它的电阻很大，电路截止，如图丙所示。5(3)将多用电表的选择开关拨到欧姆挡，红、黑表笔接到二极管的两极上，当黑表笔接“正”极，红表笔接“负”极时，电阻示数较小，反之电阻示数很大，由此可判断出二极管的正、负极。二、误差分析1．偶然误差(1)欧姆表的表盘刻度不均匀，估读时易带来误差。(2)由于欧姆表刻度的非线性，表头指针偏转过大或过小都会使误差增大，因此要选用恰当挡位，使指针在中值附近。(3)读数时的观测易造成偶然误差，要垂直表盘正对指针读数。2．系统误差(1)电池用旧后，电动势会减小，内阻会变大，致使电阻测量值偏大，要及时换电池。(2)测电流、电压时，由于电表内阻的影响，测得的电流、电压值均小于真实值。三、注意事项1．多用电表使用的“七注意”(1)使用前要机械调零。(2)两表笔在使用时，电流总是“红入黑出” 。(3)选择开关的功能区域，要分清是测电压、电流、电阻，还要分清是交流还是直流。(4)电压、电流挡为量程范围挡，欧姆挡为倍率挡。(5)刻度线有三条：上为电阻专用，中间为电压、交流、直流共用，下为交流 2.5 V 专用。(6)测电阻时①待测电阻与电路、电源一定要断开。②两手一定不要同时接触两笔金属杆。③指针指中值附近较准，否则换挡。④每换一挡必须重新欧姆调零。⑤读出示数要乘以倍率。(7)使用完毕，选择开关要置于“OFF”挡或交流电压最高挡，长期不用应取出电池。2．表内电源正极接黑表笔，负极接红表笔，但是红表笔插入“＋”孔，黑表笔插入“－”孔，注意电流的实际方向。3．区分“机械零点”与“欧姆零点” 。机械零点是表盘刻度左侧的“0”位置，调整的是表盘下边中间的定位螺丝；欧姆零点是指刻度盘右侧的“0”位置，调整的是欧姆挡的调零旋钮。4．在研究二极管的单向导电性时，切记在二极管正向导通的情况下电路中必须连有灯泡或其他用电器，不能只连接一个二极管，否则极易烧坏二极管。5．测电学黑箱时，一定要先用大量程电压挡判其内部有无电源，无电源方可用欧姆挡。四、实验改进可用数字式多用电表替代机械指针式多用电表。优点：6(1)测量读数方便。(2)测量精度高。缺点：学生对数字式多用电表的测量原理和内部结构难以掌握。[考法综述] 练习使用多用电表是技能应用型实验，其中欧姆表的读数及使用方法是测试的重点，并且由于高考命题越来越注重和实际的结合，所以本实验应给与足够重视，今后像用多用电表判断电路故障以及判断电学元件的组合等也会有所体现。在复习本实验时应掌握以下内容：2 种构造——多用电表的外部构造、内部构造1 种原理——欧姆表的原理多种使用——用多用电表测电压、电流、电阻、探索黑箱、检测故障等。命题法 1 对多用电表的认识及读数典例 1 在“测金属丝电阻率”实验中：(1)测长度时，金属丝的起点、终点位置如下图(a)所示，则长度为________cm；(2)用螺旋测微器测金属丝直径，示数如图(b)，则直径为________mm；(3)用多用电表“×100”欧姆挡估测其电阻，示数如图(c)，则阻值为________Ω；(4)用此多用电表进行测量，当选用量程为 50 mA 的电流挡测量电流时，指针位于图(d)位置，则所测电流为________mA；当选用的量程为 250 mA 的电流挡测量电流时，指针仍位于图(d)位置，则所测电流为________mA；(5)当选用量程为 10 V 的直流电压挡测量电压时，表针也位于图(d)位置，则所测电压为________V；若选用量程为 50 V 的直流电压挡测量电压时，表针位于图(d)位置，则所测电压为________V。[答案] (1)60.50 (2)1.980 (3)500 (4)23.0 115 (5)4.6 23.0[解析] (1)图(a)中，金属丝的长度 l＝70.50 cm－10.00 cm＝60.50 cm；(2)金属丝直径： D＝1.50 mm＋48.0×0.01 mm＝1.980 mm；7(3)欧姆表的示数为 500 Ω；(4)选用量程为 50 mA 时，其最小刻度为 1 mA，故对应的读数为 23.0 mA；当选用的量程为 250 mA 时，最小刻度为 5 mA，故对应的读数为 115 mA；(5)选用量程为 10 V 时，其最小刻度为 0.2 V，故对应的读数为 4.6 V；若选用量程为50 V，最小刻度为 1 V，则其读数为 23.0 V。【解题法】 欧姆表刻度盘特点及多用电表读数技巧 (1)欧姆表刻度盘不同于电压、电流刻度盘①左∞右 0：电阻无限大与电流、电压零刻度重合，电阻零刻度与电流、电压最大刻度重合。②刻度不均匀：左密右疏。③欧姆挡是倍率挡，即读出的示数应再乘以该挡的倍率。电流、电压挡是量程范围挡。在不知道待测电阻的估计值时，应先从小倍率开始，熟记“小倍率小角度偏，大倍率大角度偏”(因为欧姆挡的刻度盘上越靠左读数越大，且测量前指针指在左侧“∞”处)。(2)读数技巧①欧姆表的读数a．为了减小读数误差，指针应指在表盘 到 的部分，即中央刻度附近。13 23b．除非指针所在刻度盘处每个小格表示 1 Ω 时，要估读到下一位，其余情况都不用估读。c．电阻值等于指针示数与所选倍率的乘积。②测电压、电流时的读数，要注意其量程，根据量程确定精确度，精确度是1、0.1、0.01 时要估读到下一位，精确度是 2、0.02、5、0.5 时，不用估读到下一位。命题法 2 多用电表的使用典例 2 为确定某电子元件的电气特性，做如下测量。8(1)用多用表测量该元件的电阻，选用“×100”倍率的电阻挡测量，发现多用表指针偏转过大，因此需选择________倍率的电阻挡(填：“×10”或“×1 k”)，并________再进行测量，多用表的示数如图(a)所示，测量结果为________Ω。(2)将待测元件(额定电压 9 V)、蓄电池、滑动变阻器、电流表、多用表、开关及若干导线连接成电路如图(b)所示。添加连线，使电路能测量该元件完整的伏安特性。本实验中使用多用表测电压，多用表的选择开关应调到________挡(填：“直流电压10 V”或“直流电压 50 V”)。[答案] (1)×10 欧姆调零 70 (2)连线见解析 直流电压 10 V[解析] (1)用多用表测量该元件的电阻，选用“×100”倍率的电阻挡测量，发现多用表指针偏转过大，说明电阻较小，因此需选择“×10”倍率的电阻挡，并欧姆调零后再进行测量，多用表的示数如题图(a)所示，测量结果为 70 Ω。(2)要测量该元件完整的伏安特性，必须连接成分压电路，添加连线如图所示，本实验中使用多用表测电压，多用表的选择开关应调到直流电压 10 V 挡。9【解题法】 用多用电表测电阻的方法(1)调整定位螺丝，使指针指向电流的零刻度。(2)将选择开关置于“Ω”挡，依据电阻的估计值选择倍率，短接红、黑表笔，调节欧姆调零旋钮，然后断开表笔，再使指针指向“∞” 。(3)将两表笔分别接触电阻两端，读出指示的电阻值，然后断开表笔。(4)若指针偏角偏大或偏小，需更换小倍率或大倍率，则重新进行欧姆调零后再测量。(5)测量完毕，将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡。命题法 3 用多用电表探索黑箱类问题典例 3 如图甲所示为一黑箱，黑箱内有由两节干电池和几个电阻等元件组成的电路， a、 b 为黑箱的两个输出端， a 端连接黑箱内电池的正极：(1)为了探测黑箱，某同学准备进行以下几步测量：①用多用电表的电阻挡测量 a、 b 间的电阻。②用多用电表的直流电压挡测量 a、 b 间的输出电压。10③用多用电表的直流电流挡测量 a、 b 间的输出电流。你认为以上测量中不妥的有________(填序号)，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)该同学用多用电表粗测某电阻的阻值，已经调零且选择开关指向电阻挡“×10”挡位，发现指针的偏转角度太大，这时他应将选择开关旋至电阻挡“________”挡位(填“×100”或“×1”)；调零后测量，表盘读数如图乙所示，则该电阻的阻值为________Ω。(3)黑箱内的电路可看成一个“等效电源” ， a、 b 是等效电源的两极。为了测定这个等效电源的电动势和内阻，该同学设计了如图丙所示的电路，调节滑动变阻器的阻值，记录下电压表和电流表的示数，并在方格纸上建立了 U­I 坐标系，根据实验数据画出了坐标点，如图丁所示。请你做进一步处理，并由图象求出等效电源的电动势 E＝________V，内阻r＝________Ω。[答案] (1)①③ 见解析 (2)×1 12 (3)1.45 0.75[解析] (1)不妥的步骤是①和③。①中多用电表的电阻挡不能直接测量带电源电路的电阻；③中用电流挡直接测量 a、 b 间的输出电流可能会造成电源短路。(2)用多用电表电阻挡进行测量时，如果指针偏转角度太大，说明所测电阻的阻值小，应当选用小倍率挡位进行测量，即“×1”挡，根据题图读数可得电阻为 12 Ω。(3)如图所示，作出 U­I 图象，图线与纵轴的交点表示等效电源的电动势 E，约为 1.45 V；图线的斜率表示等效电源的内阻，取纵坐标为 1.45 V 和 1.15 V 的两个点，则r＝ ＝ Ω＝0.75 Ω。Δ UΔ I 1.45－ 1.150.4【解题法】 用多用电表探索黑箱内的电学元件探究项目 应用挡位 现象电源 电压挡 两接线柱正、反接时均无示数说明无电源电阻 欧姆挡 两接线柱正、反接时示数相同二极管 欧姆挡 正接时示数很小，反接时示数很大11电容器 欧姆挡 指针先指向某一小阻值，后逐渐增大到“∞” ，且指针摆动越来越慢电感线圈 欧姆挡 示数由“∞”逐渐减小到某一较小固定示数命题法 4 用多用电表检测电路故障典例 4 如图所示的电路中，1、2、3、4、5、6 为连接点的标号。在开关闭合后，发现小灯泡不亮。现用多用电表检查电路故障，需要检测的有：电源、开关、小灯泡、3根导线以及电路中的各连接点。(1)为了检测小灯泡及 3 根导线，在连接点 1、2 已接好的情况下，应当选用多用电表的________挡。在连接点 1、2 同时断开的情况下，应当选用多用电表的________挡。(2)在开关闭合的情况下，若测得 5、6 两点间的电压接近电源的电动势，则表明___________________________________________ _____________________________可能有故障。(3)将小灯泡拆离电路，写出用多用电表检测该小灯泡是否有故障的具体步骤：______________________________________________。[答案] (1)电压 欧姆(2)开关或连接点 5、6(3)①将多用电表调至欧姆挡。 ②将红、黑表笔短接，检查欧姆挡能否正常工作。 ③测量小灯泡的电阻，如果电阻为无穷大，表明小灯泡有故障[解析] (1)在连接点 1 和 2 已接好的情况下，应选用多用电表的电压挡测量各元件两端的电压；连接点 1 和 2 同时断开时，可以用欧姆挡进行测量。(2)在开关闭合时，若测得 5、6 两点间电压接近电源电动势，可知开关或连接点 5、6出现故障。(3)把小灯泡拆离电路后，检测小灯泡是否断路可用多用电表的欧姆挡，调零后进行测量，如果电阻无穷大，说明灯泡断路。【解题法】 多用电表对电路故障的检测(1)断路故障的检测方法①将多用电表拨到直流电压挡作为电压表使用。a．将电压表与电源并联，若电压表示数不为零，说明电源良好，若电压表示数为零，说明电源损坏。12b．在电源完好时，再将电压表与外电路的各部分电路并联。若电压表示数等于电源电动势，则说明该部分电路中有断点。②将多用电表拨到直流电流挡作为电流表使用，将电流表串联在电路中，若电流表的示数为零，则说明与电流表串联的部分电路断路。③用欧姆挡检测将各元件与电源断开，然后接到红、黑表笔间，若有阻值(或有电流)说明元件完好，若电阻无穷大(或无电流)说明此元件断路。不能用欧姆表检测电源的情况。(2)短路故障的检测方法①将电压表与电源并联，若电压表示数为零，说明电源被短路；若电压表示数不为零，则外电路的部分电路不被短路或不完全被短路。②用电流表检测，若串联在电路中的电流表示数不为零，故障应是短路。1实验十 练习使用多用电表1．某实验小组研究两个未知元件 X 和 Y 的伏安特性，使用的器材包括电压表(内阻约为 3 kΩ)、电流表(内阻约为 1 Ω)、定值电阻等。(1)使用多用电表粗测元件 X 的电阻。选择“×1”欧姆挡测量，示数如图 1(a)所示，读数为________Ω。据此应选择图 1 中的 ________ [填“(b)”或“(c)”]电路进行实验。(2)连接所选电路，闭合 S；滑动变阻器的滑片 P 从左向右滑动，电流表的示数逐渐________(填“增大”或“减小”)；依次记录电流及相应的电压；将元件 X 换成元件 Y，重复实验。(3)图 2(a)是根据实验数据作出的 U­I 图线，由图可判断元件________(填“ X”或“Y”)是非线性元件。2(4)该小组还借助 X 和 Y 中的线性元件和阻值 R＝21 Ω 的定值电阻，测量待测电池的电动势 E 和内阻 r，电路如图 2(b)所示，闭合 S1和 S2，电压表读数为 3.00 V；断开 S2，读数为 1.00 V。利用图 2(a)可算得 E＝________V， r＝ ________Ω(结果均保留两位有效数字，视电压表为理想电压表)。答案 (1)10.0 b (2)增大 (3) Y (4)3.2 0.50解析 (1)测量值＝读数×倍率，故测量结果为 10.0×1 Ω＝10.0 Ω，因 Rx＝10.0 Ω＜ ≈ Ω， Rx属于小电阻，故测量电路应采用电流表外接法。RARV 3000(2)滑片 P 向右滑动时测量电路两端的电压增大，故电流表的示数也增大。(3)非线性元件的 U­I 图线是曲线。(4)由图 2(a)可知 U1＝3.00 V 时 I1＝0.30 A， U2＝1.00 V 时 I2＝0.10 A，根据闭合电路欧姆定律有 E＝3.00＋0.30× r， E＝1.00＋0.10×( r＋21)，解得 E＝3.15 V≈3.2 V， r＝0.50 Ω。2．现要测量一个未知电阻 Rx的阻值，除 Rx外可用的器材有：多用电表(仅可使用欧姆挡)；一个电池组 E(电动势 6 V)；一个滑动变阻器 R(0～20 Ω，额定电流 1 A)；两个相同的电流表○G(内阻 Rg＝1000 Ω，满偏电流 Ig＝100 μA)；两个标准电阻( R1＝29000 Ω， R2＝0.1 Ω)；3一个开关 S、导线若干。(1)(多选)为了设计电路，先用多用电表的欧姆挡粗测未知电阻，采用“×10”挡，调零后测量该电阻，发现指针偏转非常大，最后几乎紧挨满偏刻度停下来，下列判断和做法正确的是________(填字母代号)。A．这个电阻阻值很小，估计只有几欧姆B．这个电阻阻值很大，估计有几千欧姆C．如需进一步测量可换“×1”挡，调零后测量D．如需进一步测量可换“×1 k”挡，调零后测量(2)根据粗测的判断，设计一个测量电路，要求测量尽量准确并使电路能耗较小，画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁。答案 (1)AC (2)如图所示解析 (1)根据指针偏角很大可知待测电阻阻值很小，应换“×1”挡位，重新调零后测量，所以选项 A、C 正确。(2)根据实验目的可知需测量待测电阻的电压、电流，为此需要将其中一个电流表○G改装成一个电压表(将电流表○G 与 R1串联，改装后量程为 3 V)，将另一个电流表(将电流表○G 与 R2并联改装成一个电流表，量程为 1 A)，然后用改装后的电表采用“伏安法”测电阻 Rx，由于 Rx阻值较小，所以采用电流表外接法。滑动变阻器采用“限流式”接法，可使电路能耗较小。设计电路见答图。3．某照明电路出现故障，其电路如图 1 所示，该电路用标称值 12 V 的蓄电池为电源，导线及其他接触完好。维修人员使用已调好的多用电表直流 50 V 挡检测故障。他将黑表笔接在 c 点，用红表笔分别探测电路的 a、 b 点。4(1)断开开关，红表笔接 a 点时多用表指示如图 2 所示，读数为________V，说明________正常(选填：蓄电池、保险丝、开关、小灯泡)。(2)红表笔接 b 点，断开开关时，表针不偏转，闭合开关后，多用表指示仍然和图 2 相同，可判定发生故障的器件是________(选填：蓄电池、保险丝、开关、小灯泡)。答案 (1)11.5(11.2～11.8 之间的值均可) 蓄电池 (2)小灯解析 (1)根据题意，应按照 0～50 V 刻度线读数，其最小刻度为 1 V，读数时估读到下一位，则读数为 11.5 V。所测电压应为蓄电池的端电压，略小于其标称值，说明蓄电池正常。(2)断开开关时，表针不偏转，闭合开关后，多用表示数仍为蓄电池的端电压，表明小灯泡损坏，导致 b、 c 间电路不通。4．某同学为了测量一个量程为 3 V 的电压表的内阻，进行了如下实验。(1)他先用多用表进行了正确的测量，测量时指针位置如图 1 所示，得出电压表的内阻为 3.00×103 Ω，此时电压表的指针也偏转了。已知多用表欧姆挡表盘中央刻度值为“15”，表内电池电动势为 1.5 V，则电压表的示数应为________V(结果保留两位有效数字)。5(2)为了更准确地测量该电压表的内阻 RV，该同学设计了图 2 所示的电路图，实验步骤如下：A．断开开关 S，按图 2 连接好电路；B．把滑动变阻器 R 的滑片 P 滑到 b 端；C．将电阻箱 R0的阻值调到零；D．闭合开关 S；E．移动滑动变阻器 R 的滑片 P 的位置，使电压表的指针指到 3 V 位置；F．保持滑动变阻器 R 的滑片 P 位置不变，调节电阻箱 R0的阻值使电压表指针指到 1.5 V 位置，读出此时电阻箱 R0的阻值，此值即为电压表内阻 RV的测量值；G．断开开关 S。实验中可供选择的实验器材有：a．待测电压表b．滑动变阻器：最大阻值 2000 Ωc．滑动变阻器：最大阻值 10 Ωd．电阻箱：最大阻值 9999.9 Ω，阻值最小改变量为 0.1 Ωe．电阻箱：最大阻值 999.9 Ω，阻值最小改变量为 0.1 Ωf．电池组：电动势约 6 V，内阻可忽略g．开关，导线若干按照这位同学设计的实验方法，回答下列问题：①要使测量更精确，除了选用电池组、导线、开关和待测电压表外，还应从提供的滑动变阻器中选用________(填“b”或“c”)，电阻箱中选用________(填“d”或“e”)。②电压表内阻 RV的测量值 R 测 和真实值 R 真 相比， R 测 ________R 真 (填“＞”或“＜”)；若 RV越大，则 越________(填“大”或“小”)。|R测 － R真 |R真答案 (1)1.0 (2)①c d ②＞ 小解析 (1)由图 1 知所选用的倍率挡为“×100” ，故在该倍率下多用表欧姆挡的内阻R＝15×100 Ω＝1500 Ω。由欧姆定律可知电压表的示数为 U＝ RV＝ER＋ RV×3.00×103 V＝1.0 V。1.51.5×103＋ 3.00×103(2)①本实验测电压表内阻的实验原理为“恒压半偏” ，即实验中要求电路中 bP 间电压6恒定不变，则在不移动 P 的情况下调节 R0时就要求 bP 间总阻值恒定。而并联电路中总阻值取决于小电阻，即滑动变阻器 bP 间的阻值比 RV小得越多，相对误差越小，故滑动变阻器选用总阻值较小的 c。因在实验中需调节 R0使电压表由满偏至半偏，则 R0的最大值应不小于电压表的内阻，故只能选用 d。②在实际调节 R0的过程中，由于 bP 间的阻值增大，故电压表半偏时 bP 间实际电压已大于电压表的满偏电压，即此时 R0两端电压大于 RV两端电压，故 R 测 ＞ R 真 。当 RV越大时R0越大，调节 R0时 bP 间总阻值变化越小， bP 间电压越趋近于恒定，相对误差越小。5．指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器，请完成下列问题：(1)在使用多用电表测量时，指针的位置如图(a)所示，若选择开关拨至“×1”挡，则测量的结果为________；若选择开关拨至“50 mA”挡，则测量结果为________。(2)多用电表测未知电阻阻值的电路如图(b)所示，电源的电动势为 E、内阻为 r， R0为调零电阻， Rg为表头内阻，电路中电流 I 与待测电阻的阻值 Rx关系图象如图(c)所示，则该图象的函数关系式为____________________。(3)(多选)下列根据图(c)中 I­Rx图线做出的解释或判断中正确的是( )A．因为函数图线是非线性变化的，所以欧姆表的示数左大右小B．欧姆表调零的实质是通过调节 R0使 Rx＝0 时电路中的电流 I＝ IgC． Rx越小，相同的电阻变化量对应的电流变化量越大，所以欧姆表的示数左密右疏D．测量中，当 Rx的阻值为图(c)中的 R2时，指针位于表盘中央位置的左侧答案 (1)18 Ω 23.0 mA (2) I＝ (3)BCDEr＋ R0＋ Rg＋ Rx解析 (1)在使用多用电表测量时，指针的位置如图(a)所示，若选择开关拨至“×1”挡，按照最上面刻度读数，则测量的结果为 18×1 Ω＝18 Ω；若选择开关拨至“50 mA”挡，按照中间刻度读数，则测量结果为 23.0 mA。(2)由闭合电路欧姆定律， I＝ 。Er＋ R0＋ Rg＋ Rx(3)因为函数图线是非线性变化的，所以欧姆表的刻度是不均匀的。欧姆表的示数左大右小是因为电流随待测电阻阻值的增大而减小，选项 A 错误。