高中物理模型（十四）电学实验模型

方法24高中物理模型盘点（十四）电学实验模型（3）目录TOC\o"1-5"\h\z\u七、多用电表的结构与使用方法 2（一）多用电表的简单结构问题 4（二）多用电表的电压、电流量程及其读数问题 4（三）多用电表测电阻的原理及其误差分析 5（四）多用电表的测电阻的步骤 6（五）干路电流计算多用电表原理 7（六）多用电表的双倍率问题 10（七）多用电表与各种仪器的组合求解自己的内部信息 13八、描绘伏安特性曲线 17九、电表改装的运用 18题型一：扩大电压量程 19题型二：扩大电流量程与检测 19题型三：同一表头改装成电流表与电压表 21

七、多用电表的结构与使用方法【模型概述】（一）多用电表的简单结构问题（二）多用电表的电压、电流量程及其读数问题（三）多用电表测电阻的原理及其误差分析（四）多用电表的测电阻的步骤（五）干路电流计算多用电表原理（1）简单的并联结构（2）完整的多用电表结构（六）多用电表的双倍率问题（1）通过开关闭合并联电阻改变倍率（2）通过选择开关使用不同的电路模式改变倍率（3）改变倍率的处理方法（七）多用电表与各种仪器的组合求解自己的内部信息（1）与电阻箱的组合（2）与电压表的组合（3）与电流表的组合【典型例题】（一）多用电表的简单结构问题以下是欧姆表原理的电路示意图，正确的是（）A．B．C．D．【答案】C【详解】AB．欧姆表的红、黑表笔分别与内部电源的负、正极相连，故AB错误；CD．闭合电路中的外电路，电流从电源的正极流向负极，对于电流表电流应从正接线柱进、从负接线柱出，故C正确，D错误。故选C。（二）多用电表的电压、电流量程及其读数问题如图是一个多用电表的简化电路，S为单刀多掷开关，通过操作开关，接线柱O可以接通1，也可以接通2、3、4、5或6。下列说法正确的是（）A．当开关S分别接1和2时，测量的是电流，其中S接1时量程较大B．当开关S分别接3和4时，测量的是电阻，其中A是黑表笔C．当开关S分别接5和6时，测量的是电阻，其中A是红表笔D．当开关S分别接5和6时，测量的是电压，其中S接5时量程较大【答案】A【详解】A．其中1、2两档用来测电流，接1时分流电阻相对更小，故接1时电表的量程更大，第1档为大量程，那么S接2时量程较小，故A正确；B．3、4档用来测电阻，其中黑表笔连接表内电池的正极，故B为黑表笔，A与电源的负极相连，A为红表笔，故B错误；C．要测量电压，电流表应与电阻串联，由图可知当转换开关S旋到位置5、6时，即5、6两档用来测电压。因为6档共用一个表头，所以测电压时外部电源的正极应该接在A表笔上，故A为红表笔，故C错误；D．要测量电压，电流表应与电阻串联，由图可知当转换开关S旋到位置5、6时，即5、6两档用来测电压。测量电压，电流表所串联的电阻越大，所测量电压值越大，故当转换开关S旋到6的量程比旋到5的量程大，故D错误。故选A。（三）多用电表测电阻的原理及其误差分析如图所示为一简单欧姆表原理示意图，其中电流表的满偏电流Ig=300μA，内阻Rg=100Ω，可变电阻R的最大阻值为10kΩ，电池的电动势E=1.5V，内阻r=0.5Ω。按正确使用方法进行欧姆调零后，下列说法中正确的是（）A．欧姆表的内阻为5kΩB．测量一电阻时发现表头的指针刚好指在刻度盘的正中央，则该电阻的阻值约为10.1kΩC．测量一个全新的发光二极管，当二极管的a端、b端分别与欧姆表的A端、B端相连时，欧姆表的指针几乎不动，而反接后指针几乎满偏，则二极管的a端为正极D．欧姆表使用一段时间后电动势下降到1.47V、内阻增大到4.3Ω，但仍可以调零，若测得某电阻的阻值为500Ω，则该电阻的真实值应为490Ω【答案】ACD【详解】A．欧姆表的内阻为选项A正确；B．测量一电阻时发现表头的指针刚好指在刻度盘的正中央解得选项B错误；C．测量一个全新的发光二极管，当二极管的a端、b端分别与欧姆表的A端、B端相连时，欧姆表的指针几乎不动，说明二极管加的是反向电压，而反接后指针几乎满偏，说明二极管加的是正向电压，则二极管的a端为正极，选项C正确；D．接1.5V电动势时的内阻为R内1=5kΩ接1.47V电动势时的内阻为根据得Rx=490Ω选项D正确。故选ACD。（四）多用电表的测电阻的步骤用如图所示的多用电表测量一个阻值约为的电阻，测量步骤如下：（1）调节指针定位螺丝，使多用电表指针指着__________。（2）将选择开关旋转到“”挡的__________位置。（3）将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔，并将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使电表指针对准__________。（4）将红、黑表笔分别与待测电阻两端接触，若多用电表读数如图所示，该电阻的阻值为__________。（5）测量完毕，将选择开关旋转到__________位置。【答案】左侧0，即电流电压0位置处×1右侧0Ω处19.0OFF【详解】（1）[1]使用多用电表测电阻时，要先对多用电表进行机械调零，使多用电表指针指向电压和电流公共的零刻度线上，即左侧0，电流电压0位置处；（2）[2]待测电阻阻值约为20Ω，所以应将选择开关旋转到“Ω”挡的×1位置，从而使指针尽可能指在刻度盘中央位置附近；（3）[3]将红、黑表笔分别插入“+”“−”插孔，并将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使电表指针对准电阻的零刻度线上，即右侧0Ω处；（4）[4]该电阻的阻值为（5）[5]测量完毕，将选择开关旋转到OFF位置。（五）干路电流计算多用电表原理（1）简单的并联结构某同学欲将内阻为100Ω、量程为400μA的电流表G改装成欧姆表，做了以下实验。该同学选择的实验器材有：定值电阻R1（阻值为25Ω），滑动变阻器R（最大阻值2500Ω），干电池（电动势为E=1.5V，内阻r=2Ω），红、黑表笔，导线若干。(1)该同学设计了图甲所示的电路图，并按照电路图将实物连接完整。(2)实验时，先将红、黑表笔短接，当电流表G满偏时，滑动变阻器R接入电路的阻值为___________Ω。(3)当待测电阻Rx接在红、黑表笔之间时，电流表G的示数如图乙所示，其读数为___________μA，Rx的阻值为___________Ω。【答案】728240500【详解】(2)[1]电流表G和R1并联后的总电阻R并==20Ω当电流表G满偏时，此时流过电路的总电流为I1=＋Ig=2mA由闭合电路欧姆定律可得R并＋r＋R=解得R=728Ω(3)[2][3]根据读数规则可知电流表的读数为240μA，新电流表的量程是原来电流表量程的5倍，此时流过电路的总电流为I=1200μA，由闭合电路欧姆定律可得R并＋R＋r＋Rx==1250Ω解得Rx=500Ω（2）完整的多用电表结构如图甲是多用电表，图乙是一个多量程多用电表的简化电路图如图所示，电流、电压和电阻的测量都各有两个量程不同的档位.电流表的大量程是10mA，小量程是3mA。电压档大量程是10V，小量程是4V，表盘如图丙所示。（1）下列说法正确的是∶______；A．当选择开关S旋到位置3时，是电阻档，某同学测量时电阻时，由于粗心将红黑表笔接反，对测量结果没有影响。B．当选择开关S旋到位置6时，正确测量时A表笔电势高于B表笔电势C．当选择开关S旋到1时，对应是电流档3mA的量程D．A表笔为黑表笔，B表笔为红表笔（2）在进行测量实验时，要用到选择开关K和两个部件S、T。请根据下列步骤完成电阻测量∶①旋动部件______，使指针对准电流的“0”刻线。②将K旋转到电阻挡适当的倍率的位置。③将插入“+”“一”插孔的表笔短接，旋动部件______，使指针对准电阻的______（选填“0刻线”或“∞刻线”）。（3）已知表头G的满偏电流为500μA，内阻为1000Ω，图中选择开关旋到4时，内部电源电动势为4.5V，欧姆调零后，红黑表笔之间接入一个待测电阻，发现表头G刚好半偏，则在AB之间接的电阻为______Ω，选择的倍率为______。（选填“×1”、“×10”、“×100”、“×1k”），该测量过程操作的顺序和步骤都正确无误，则R1=______Ω，R4=______Ω，若选择倍率不变，将AB间接入另一个未知电阻R，发现表盘指针偏转了，则AB之间接入的电阻R=______Ω。【答案】ABST“0刻度线”1500×1006020003000【详解】（1）[1]A.当选择开关S旋到位置3时，是电阻档，某同学测量时电阻时，由于粗心将红黑表笔接反，对测量结果没有影响，选项A正确。B.当选择开关S旋到位置6时是电压表，因表笔为红表笔，则正确测量时A表笔电势高于B表笔电势，选项B正确；C.当选择开关S旋到1时，电流计上只并联一个电阻R1，则分流电阻较小，量程大，即对应是电流档10mA的量程，选项C错误；D.因黑表笔接欧姆档内部电源的正极，可知B表笔为黑表笔，A表笔为红表笔，选项D错误。故选AB。（2）①[2]旋动部件S，使指针对准电流的“0”刻线。②将K旋转到电阻挡适当的倍率的位置。③[3][4]将插入“+”“一”插孔的表笔短接，旋动部件T，使指针对准电阻的“0刻线”。（3）[5][6]已知表头G的满偏电流为500μA，内阻为1000Ω，则此时通过图2虚线框内的满偏电流为3mA，图中选择开关旋到4时，内部电源电动势为4.5V，欧姆调零后红黑表笔之间接入一个待测电阻，发现表头G刚好半偏，则解得Rx=1500Ω在AB之间接的电阻为1500Ω，选择的倍率为“×100”档；[7]因接1时是电流I1=10mA档，接2时是电流I2=3mA档，则联立解得R1=60ΩR2=140Ω[8]当接5时是电压U1=4V量程，当接6时是电压U2=10V量程，则其中IG=3mA解得R4=2000Ω[9]若选择倍率不变，将AB间接入另一个未知电阻R，发现表盘指针偏转了，则解得AB之间接入的电阻R′=3000Ω（六）多用电表的双倍率问题（1）通过开关闭合并联电阻改变倍率某同学用灵敏电流表改装成多用电表，如图所示为其设计的电路原理图。已知灵敏电流表G的满偏电流为Ig=3mA，内阻Rg=100Ω。（计算结果均保留3位有效数字）（1）根据该电路原理图，当选择开关S2接位置3时，该多用电表为___________（选填“电压表”、“电流表”、“欧姆表”）；（2）若开关S1闭合，S2接位置1时，要求该电表为0~0.3A的电流表，则电阻R1应为___________Ω；当开关S1断开，S2接位置3时，要求该电表为0~3V的电压表，则电阻R2应为___________Ω；（3）若电源电动势为1.5V，当开关S1断开，S2接位置2时，将两表笔短接，调节电阻R3进行欧姆调零，之后在两表笔之间接一待测电阻，若电流表半偏，则该待测电阻为___________Ω；当开关S1闭合，S2接位置2时，将两表笔短接，调节电阻R3进行欧姆调零，之后在两表笔之间接一待测电阻，若电流表半偏，则该待测电阻为___________Ω。【答案】电压表1.019005005.00【详解】(1)[1]由图甲所示电路图可知，当选择开关接3时，表头与分压电阻串联，此时电表为电压表。(2)[2]开关S1闭合，S2接位置1时，电流计量程扩大，则并联的电阻[3]开关S1断开，S2接位置3时，改装成电压表，则串联的电阻(3)[4]根据闭合电路欧姆定律得，解得[5]当开关S1闭合，S2接位置2时，满偏电流为Ig′=0.3A，根据闭合电路欧姆定律得，解得（2）通过选择开关使用不同的电路模式改变倍率某实验小组设计制作了一个多用电表，电路结构如图甲所示。把B、C接入电路时可测量电路的电流，S接a时电流表量程为，S接b时电流表量程为。把红、黑表笔与A、B连接后，多用电表可测量电阻（具有“”和“”的两种倍率）。表内的电路元件及其规格：电源的电动势，内阻不计微安表：满偏电流，内阻、、为定值电阻R为滑动变阻器单刀双掷开关S（1）______，______。（保留三位有效数字）（2）S接a端，将红黑表笔与A、B连接后短接，调节滑动变阻器使电流表指针满偏，此时欧姆表测电阻的倍率是______（填写“”和“”）。（3）在某次电阻测量的操作中，S接b端，操作都规范正确。最终微安表表盘刻度和指针如图乙所示，此时待测电阻阻值是______。（保留三位有效数字）【答案】1.1110.0103.50103【详解】（1）[1][2]开关S接a时有S接b时有联立可解得（2）[3]由图可知S接a端时电阻小于接b端时，所以能测的电阻小于接b端时，故倍率为10（3）[4]接b端时，此时示数为，虚线部分电流表的量程为1mA，欧姆表内阻为由示数可知，通过导体的电流为由代入数据可得（3）改变倍率的处理方法某实验小组利用下列器材研究欧姆挡不同倍率的原理，组装如图乙所示的简易欧姆表．实验器材如下：A．干电池（电动势为，内阻不计）；B．电流计（量程，内阻）；C．可变电阻器；D．定值电阻；E．导线若干，红黑表笔各一只．①表盘上刻度线对应的电阻刻度值是______；②如果将与电流计并联，如图丙所示，这相当于欧姆表换挡，则换挡后可变电阻器阻值应调为______，换挡前、后倍率之比为______．【答案】99．01【详解】电流表内阻为，给电流表并联的电阻，则电流计满偏时两端的电压为此时变阻器电流为则变阻器的阻值为因电流表量程扩大100倍，用该电流表改装成欧姆表，同一刻度对应的电阻值变为原来的，欧姆表换挡前、后倍率之比等于（七）多用电表与各种仪器的组合求解自己的内部信息（1）与电阻箱的组合某同学制作了一个简单的多用电表，图甲为该多用电表的电路图。已知选用的电流表的满偏电流。C为最上排刻度线的中间刻度，最上排对应数据在图乙中没有标出。（1）若选择开关接1时，指针指在图乙所示位置，则其示数为___________。（2）为了测该多用电表电阻挡的内阻和表内电源的电动势，这位同学在实验室找到了一个电阻箱，设计了如下实验：①先将选择开关接2，再将___________，然后调节的阻值使电表指针满偏；②将电表的红、黑表笔分别与电阻箱的两接线柱相连，调节电阻箱使电表指针指在C处，此时电阻箱的示数如图丙所示，则电阻箱的示数为___________Ω，多用电表内电源的电动势为___________V。（结果保留三位有效数字）（3）在上述基础上不换挡，直接用该多用电表测量另一电流表的内阻，指针在图乙所示位置，则___________（填“A”或“B”）表笔接电流表的正接线柱，该电流表的阻值为___________Ω。（结果保留两位有效数字）【答案】6.8mA红、黑表笔短接1501.50B71【详解】（1）[1]选择开关接1时为10mA量程的电流表，其分度值为0.2mA，不用往下估读，示数为6.8mA。（2）①[2]先将选择开关接2，再将红、黑表笔短接，然后调节的阻值使电表指针满偏。②[3]题图丙所示电阻箱可知，电阻箱示数为150Ω，由图乙所示可知，指针指在C处时，电流表示数为5.0mA，C处电阻值为中值电阻，则电表内阻为150Ω。[4]电源电动势为（3）[5]电流从电阻挡内部电源正极通过B表笔流出，从电流表正极流入，指针才会正常向右偏转，故B表笔接电流表的正接线柱。[6]根据第（1）问可知，表头所示电流为6.8mA，调零后欧姆挡的内阻为150Ω，而内部电源的电动势、由闭合电路欧姆定律可得所以该电流表的阻值为（2）与电压表的组合甲所示为某多用电表内部简化电路图。某同学想通过多用表的欧姆挡测量量程为3V的电压表内阻如图乙。（1）主要步骤如下：①把选择开关拨到“×100”的欧姆挡上；②把两表笔相接触，旋转欧姆调零旋钮，使指针指在电阻零刻度处；③把红表笔与待测电压表______（选填“正”或“负”）接线柱相接，黑表笔与另一接线柱相连，发现这时指针偏转角度很小；④换用______（选填“×10”或“×1k”）欧姆挡重新调零后测量，发现这时指针偏转适中，记下电阻数值；⑤把选择开关调至空挡或交流电压最高挡后拔下表笔，把多用电表放回桌上原处，实验完毕。（2）实验中表盘示数如图丙所示，则欧姆表的读数为______Ω，这时电压表读数为______V。（3）请你求出欧姆表内部电源电动势为______V。（保留两位有效数字）【答案】负×1k4.0×1042.203.0【详解】（1）③[1]用欧姆表粗测电压表内阻，欧姆调零后，要将欧姆表的红接线柱与待测电压表的负接线柱相连，黑表笔与另一接线柱相连，进行测量。④[2]发现指针偏转角很小，则说明示数较大，要减小示数则增大倍率，即改为×1k的倍率，重新调零后再测量；（2）[3][4]欧姆表的读数为RV＝40.0×1000Ω＝4.0×104Ω电压表读数为U＝2.20V（3）[5]根据①采用的挡位可知中值电阻即欧姆表内阻为rg＝1.5×104Ω根据闭合回路欧姆定律可得代入数据解得E＝3.0V（3）与电流表的组合使用多用电表测量电阻时，多用电表内部的电路可以等效为一个直流电源（一般为电池）、一个电阻和一表头相串联，两个表笔分别位于此串联电路的两端．现需要测量多用电表内电池的电动势，给定的器材有：待测多用电表，量程为60mA的电流表，导线若干．实验时，将多用电表调至×1Ω档，调好零点．完成下列填空：（1）仪器连线如图1所示（a和b是多用电表的两个表笔）．若两电表均正常工作，则表笔a为____（填“红”“黑”）色（2）若图1中多用电表与电流表的示数分别如图2（a），（b）所示，则多用电表的读数为____Ω．电流表的读数为______mA；（3）计算得到的多用电表内电池的电动势为_____V．（保留三位有效数字）（4）某欧姆表头是量程为100μA的电流表，表盘上标示的电阻值是按照电池电动势E=1.5V而计算得出的，则a电池的电动势刚好是1.5V时，欧姆表的内阻_________kΩ；b表盘上30μA刻度线对应的电阻刻度值是________kΩ；（5）当电池的电动势降低到1.4V时，用这个欧姆表测得某电阻为22.5kΩ，这个电阻真实值______kΩ【答案】黑14.053.01.54153521【详解】试题分析：（1）多用电表在使用时必须使电流从红表笔（正接线柱）流进，黑表笔（负接线柱）流出，串联的电流表也必须使电流从正接线柱流进，负接线柱流出，所以可以判断电流是从a表笔流出的为黑表笔．（2）多用电表使用×1档，故它的读数为．电流表的量程为60mA，每小格表示1mA，故电流表的读数为53.0mA．（3）干路电流是53.0mA，则电源电动势是．（4）欧姆表的内阻，由求得（5）电动势为1.4V时，调满偏后电表的内阻为：，电表上22.5kΩ刻度对应的电流值：，用1.4V电源测电阻时的电流值也为40μA，即：代数解得：八、描绘伏安特性曲线【模型概述】（一）小灯泡实际功率的两种求解方法（二）小灯泡的功率的最值问题（三）描绘伏安特性曲线的基础题型（四）电表改装的运用（1）电流表与定值电阻串联改装电压表（2）电压表与定值电阻串联扩大电压量程（3）电流表与定值电阻并联扩大电流量程（五）关于灯泡是否要消除误差（六）非纯电阻的伏安特性曲线发光二极管、电动机解题流程图九、电表改装的运用【模型概述】(1)小量程电流表(表头)①工作原理：主要由磁场和放入其中可转动的线圈组成。当线圈中有电流通过时，线圈在安培力作用下带动指针一起偏转，电流越大，指针偏转的角度越大，从表盘上可直接读出电流值。②三个参数：满偏电流Ig，表头电阻Rg，满偏电压Ug，它们的关系：Ug＝IgRg。(2)电压表、电流表的改装电流表、电压表都是由小量程的电流表(表头)改装而成的。它们的改装原理见下表：改装成电压表改装成大量程电流表原理串联较大电阻分压并联较小电阻分流改装原理图分压电阻或分流电阻U＝Ig(Rg＋R)所以R＝eq\f(U,Ig)－Rg＝(n－1)Rgn＝eq\f(U,Ug)IgRg＝(I－Ig)·R所以R＝eq\f(IgRg,I－Ig)＝eq\f(Rg,n－1)n＝eq\f(I,Ig)改装后电表内阻RV＝Rg＋R＝nRg>Rg(n为量程扩大倍数)RA＝eq\f(RRg,R＋Rg)＝eq\f(Rg,n)<Rg(n为量程扩大倍数)【典型例题】题型一：扩大电压量程如图是有两个量程的电压表，当使用a、b两个端点时，量程为0～10V，当使用a、c两个端点时，量程为0～100V。已知电流表的内阻Rg为500Ω，满偏电流Ig为1mA，则电阻R1、R2的值为()A．9500Ω90000Ω B.90000Ω9500ΩC．9500Ω9000Ω D.9000Ω9500Ω答案A解析接a、b时，由串联电路特点有R总＝R1＋Rg＝eq\f(U1,Ig)，得R1＝eq\f(U1,Ig)－Rg＝9500Ω。接a、c时，同理有R总′＝R1＋R2＋Rg＝eq\f(U2,Ig)，得R2＝eq\f(U2,Ig)－Rg－R1＝90000Ω，A正确。题型二：扩大电流量程与检测(2019·全国卷Ⅰ)某同学要将一量程为250μA的微安表改装为量程为20mA的电流表。该同学测得微安表内阻为1200Ω，经计算后将一阻值为R的电阻与该微安表连接，进行改装。然后利用一标准毫安表，根据图a所示电路对改装后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表)。(1)根据图a和题给条件，将图b中的实物连线。(2)当标准毫安表的示数为16.0mA时，微安表的指针位置如图c所示。由此可以推测出所改装的电表量程不是预期值，而是________。(填正确答案标号)A．18mA B.21mAC.25mA D.28mA(3)产生上述问题的原因可能是________。(填正确答案标号)A．微安表内阻测量错误，实际内阻大于1200ΩB．微安表内阻测量错误，实际内阻