高三物理二轮高频考点突破专题40 多用电表的使用和传感器的应用

高考物理二轮高频考点专题突破专题40多用电表的使用和传感器的应用专练目标专练内容目标1多用电表的使用（1T—5T）目标2传感器的应用（6T—10T）【典例专练】一、多用电表的使用1．一多用电表的内部电路如图甲所示，已知表头G的内阻为，满偏电流为2mA，，，，，，。（1）将选择开关S置于“6”时，多用电表测量的是______（选填“电流”或“电压”），其量程为______；（2）现将选择开关S置于“3”，将红黑表笔短接进行欧姆调零后，多用电表的内阻为______，断开两表笔，将一定值电阻接入两表笔间，表盘指针位置如图乙所示，则该电阻的阻值为______；（3）为进一步精确地测量该电阻的阻值，将多用电表的选择开关S置于“2”，根据图丙所示的电路图正确连接实验电路，已知电源的电压U恒定，多次改变电阻箱的阻值，并记录流经电阻箱的电流I及对应的电阻箱的阻值R，得到的关系如图丁所示，则______（结果保留3位有效数字）。【答案】

电压

100V

150

126

120【详解】（1）[1][2]表头两端电压当选择开关置于“6”时，和串联后与表头并联，然后与和串联，多用电表测量的是电压。通过和的最大电流为其量程为（2）[3][4]现将选择开关S置于“3”，将红黑表笔短接进行欧姆调零后，多用电表的内阻为根据欧姆表的中值电阻等于其内阻，可以欧姆表选择的是挡，由图可知，电阻的阻值为（3）[5]将多用电表的选择开关S置于“2”时，多用电表的内阻为由题图乙可知，电阻为串联关系，则有整理得由题图丙可知，图像中纵轴截距的绝对值为故2．某实验小组在实验室进行一系列实验探究活动，将已知量程为、未知内阻的直流微安表改装成简易多用电表。首先利用图甲所示电路测量直流微安表的内阻，其中A是标准直流微安表，是待测直流微安表，是定值电阻。然后利用图乙电路完成简易多用电表的改装，其中、、是定值电阻，。请结合上述实验目的及设计完成下列问题：（1）接通，将拨向触点1，调节，使待测直流微安表指针偏转到适当位置，记下此时直流微安表A的读数I；（2）将拨向触点2，调节，使微安表A的读数I保持不变，此时______的读数即为待测直流微安表的内阻。记录测量值为500Ω。（3）若改装后的简易多用电表电流挡量程为1mA，则图乙中阻值为______Ω。（4）图乙中预留端点A、B、C和D可设置成不同的挡位插孔。当使用改装电表的欧姆挡时，红、黑表笔应分别接入______端和______端。（5）图乙中电源电动势为1.5V，内阻忽略不计，设计时调零电阻应选用______（填“0~1kΩ”或“0~1.5kΩ”）的滑动变阻器。【答案】

125

C

A

0~1.5kΩ【详解】（2）[1]如图甲，接通，将拨向触点1，调节使待测微安表指针偏转到适当位置，记下此时直流微安表A的读数；然后将拨向触点2，调节，使直流微安表A的读数不变，此时的读数即为待测直流微安表的内阻。（3）[2]如图乙，根据电表改装原理，与电表并联的部分为电流挡电路部分，电阻并联分流，设电表的内阻为，满偏电流为，且改装后电表的电流挡量程为根据欧姆定律有解得（4）[3]图乙中改装后简易多用电表的A、C间为欧姆表电路，多用电表电流从红色表笔流入电表，从黑色表笔流出电表，所以A端接黑表笔，C端接红表笔。（5）[4]由，解得故应选0~1.5kΩ的滑动变阻器作为调零电阻。3．某实验小组设计了如图（a）所示的欧姆表电路，仅用一节干电池通过控制开关S，就可使“欧姆表”具有“×10”和“×100”两种倍率。电路中使用的实验器材如下：干电池：电动势E=1.5V，内阻r=1Ω；毫安表：满偏电流Ig=1mA，内阻Rg=125Ω；滑动变阻器R0，阻值调节范围足够大；定值电阻R1、R2和R3，其中R1=1000Ω；开关S，红、黑表笔各一支，导线若干。（1）按照图（a）连接好电路，表笔1为_____（填“红”或“黑”）表笔。（2）当开关S断开时，将两表笔短接，调节滑动变阻器R0，使电流表达到满偏，此时R0=_____Ω，“欧姆表”的倍率是___________（填“×10”和“×100”）。（3）闭合开关S使“欧姆表”倍率改变，电阻R2=________Ω。将两表笔短接，调节滑动变阻器R0，使电流表达到满偏。（4）保持开关闭合，在表笔间接入电阻R3（图中未画出），电流表指针指向图（b）所示的位置时，电阻R3=______Ω。【答案】

红

374

×100

125

225【详解】（1）[1]按照多用电表使用规则，红表笔应该接欧姆表内电路的电源负极；（2）[2]当开关S断开时，由闭合电路欧姆定律得解得[3]开关S闭合后，电流表满偏时干路电流变大，欧姆表内阻变小，中值电阻变小，欧姆表的倍率变小，故开关S闭合时，欧姆表的倍率是小倍率，开关S断开时的倍率是大倍率，故填“×100”。（3）[4]闭合开关S，倍率为原来的，干路电流最大值应为原来的10倍，则I2=9mA故有解得R2=125Ω（4）[5]由图可知此时毫安表读数为0.40mA，则干路电流为4.0mA，电路总电阻为375Ω，而欧姆表此倍率的内阻为则可知R3=225Ω4．某欧姆表的内部结构如图甲所示电路，它有四个倍率，分别是×1、×10、×100、×1K。（1）图甲中a表笔颜色是___________色；用多用电表的电阻“×10”挡，按正确的操作步骤测某电阻的阻值，表盘示数如图，则该电阻的阻值约为___________Ω；（2）用多用电表欧姆档测量电阻时，红黑表笔互换了插孔，这样___________（填“会”或“不会”）影响测量结果；（3）图甲中有灵敏电流表（量程未知，内阻100Ω）、电池组（电动势未知，内阻r=0.5Ω）和滑动变阻器R0（总阻值未知），刻度盘上电阻刻度中间值为15；该同学用多用电表欧姆档（×1K）测量电压表的内阻（测量过程规范），读得电压表的读数为2.4V，读得阻值为10kΩ，可知此时多用电表欧姆档的总内阻（包括电流表内阻、电池组内阻和变阻器R0的阻值）是___________kΩ，灵敏电流表的量程为___________mA。若表内电池用旧，电池电动势会变小，内阻会变大，假设电池组的电动势下降到5V、内阻升高到2Ω时仍可调零，若测得某电阻是30kΩ，则这个电阻的真实值是___________kΩ。【答案】

黑

220

不会

15

0.4

25【详解】（1）[1]欧姆表内置电源正极与黑表笔相连，负极与红表笔相连；由图示可知，接线柱A相连的表笔颜色应是黑色；[2]用多用电表的电阻“×10”挡，根据图乙可知，则该电阻的阻值约为220Ω；（2）[3]因为用多用电表欧姆档测量电阻，电流流向不影响测量结果，故红黑表笔互换了插孔，这样不会影响测量结果；（3）[4]两表笔短接，调节滑动变阻器是电流表满偏，此时回路总电阻为欧姆表内阻，根据闭合电路欧姆定律接入外电阻后，如果指针指向刻度中间值（中值电阻），则说明通过的电流只有短接的一半，由欧姆定律可知此时的总阻值为短接时的2倍，所以外阻（即中值电阻）和内阻此时相等。又电压表内阻10kΩ，倍率为×103，内阻等于中值电阻为15kΩ；[5]测电压表内阻时，所以[6]调零后欧姆表内阻表盘的刻度值是不变的，故30kΩ对应的电流是；所以5．如图所示，某实验小组设计并组装了一个多用电表，G是量程为300，内阻为270的电流表，O为选择开关，A、B为两个插孔。选择开关旋转至1位置时为量程为3mA的电流表；旋转至2位置时为“100”的欧姆表；旋转至3位置时为量程为3V的电压表，回答下列问题：（1）如果用该表测量电路中未知电流（不超过电流表量程），图中插孔A应该与_________（填“红”或“黑”表笔相连接；（2）电路图中，两个定值电阻的阻值分别__________，R3=__________；（3）选择开关旋转至2位置时，若刻度盘中央刻度为20，则该表内电池电动势为__________V；（4）该表使用一段时间后，电池电动势变小，内阻变大，若欧姆调零后继续使用，将两表笔与待测电阻连接，则该电阻的测量值__________（填“大于”、“小于”或“等于”）真实值。【答案】

黑

30

973

6

大于【详解】（1）[1]因为A接内部电源的正极，可知A接黑表笔；（2）[2][3]由电表改装原理可知改装后的电流表内阻，（3）[4]若刻度盘中央刻度为20，则欧姆表的内阻为，根据闭合电路的欧姆定律（4）[5]当电池电动势变小、内阻变大时，欧姆得重新调零，由于满偏电流不变，由公式欧姆表内阻得调小，待测电阻的测量值是通过电流表的示数体现出来的，可知当变小时，I变小，指针跟原来的位置相比偏左了，欧姆表的示数变大了。传感器的应用6．如图所示，图甲为热敏电阻的图像，图乙为用此热敏电阻和继电器组成的一简易温控开关，继电器的电阻为。当继电器电流超过10mA时，衔铁吸合，加热器停止加热，实现温控。为继电器线圈供电的电池E的内阻不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。（1）提供以下实验器材：电源，电源，滑动变阻器，滑动变阻器，为使该装置实现对20~60℃之间任意温度的控制，电源应选________（填“”或“”）；滑动变阻器应选_______（填“”或“”）。（2）为了实现恒温箱系统保持温度为40℃，实验时进行了以下操作：①断开开关，滑动变阻器调节至__________（填“最大”或“最小”），需将电阻箱调到一固定的阻值________Ω；②将单刀双掷开关向c端闭合；③缓慢调节滑动变阻器的阻值观察到继电器的衔铁恰好被吸合；④保持滑动变阻器的位置不变，将单刀双掷开关向另一端闭合，恒温箱系统正常工作；（3）若恒温箱系统要保持温度为40℃，则需把滑动变阻器调节到_______Ω；若恒温箱系统要保持温度为35℃，则滑动变阻器正常工作时须向_______（填“左”或“右”）移动滑动触头。【答案】

E1

R2

最大

60

180

左【详解】（1）[1][2]为使该装置实现对20~60℃之间任意温度的控制，滑动变阻器的最大阻值必定大于热敏电阻的电阻变化，故滑动变阻器选用；又有继电器电阻电路中的电流计算可知，若选用的电源，电路中的最小电流仍大于10mA，无法实现温控功能，而的电源可以满足实验要求，故选用电源；（2）[3][4]将滑动变阻器调节至最大，起保护作用，由题图甲可知40℃时热敏电阻对应阻值为，因此需将电阻箱阻值调到；（3）[5][6]当恒温箱内的温度保持40℃，应调节滑动变阻器R的阻值，使电流达到10mA，由闭合电路欧姆定律得即即滑动变阻器R的阻值应调节为；恒温箱系统要保持温度为35℃，热敏电阻阻值变大，滑动变阻器R的阻值须变小，即向左移动滑动触头。7．市面上有一种铜热电阻温度传感器Cu50（如图甲所示），铜热电阻封装在传感器的探头内。某物理兴趣小组查到了热电阻Cu50的阻值随温度变化的一些信息，并绘制出了如图乙所示图像。该小组想利用这种传感器制作一个温度计，他们准备的实验器材如下：干电池，电动势为1.5V，内阻不计；灵敏毫安表，量程20mA，内阻为15Ω；电阻箱；开关、导线若干。（1）若直接将干电池、开关、灵敏毫安表、铜热电阻温度传感器Cu50串接成一个电路作为测温装置，则该电路能测的最低温度为_________℃。（2）该实验小组为了使温度从0°℃开始测量，又设计了如图丙所示的电路图，其中R为铜热电阻，R1为电阻箱，并进行了如下操作：a.将传感器探头放入冰水混合物中，过一段时间后闭合开关，调节电阻箱R1，使毫安表指针满偏，此时R1＝_____Ω；b.保持电阻箱的阻值不变，把传感器探头放入温水中，过一段时间后闭合开关，发现毫安表的读数为18.0mA，则温水的温度为________。（保留2位有效数字）c.写出毫安表的电流值I（A）和温度t（℃）的关系式_________。d.根据关系式将毫安表刻度盘上的电流值改写为温度值，这样就可以通过毫安表的表盘直接读出被测物体的温度。（3）若干电池用久了后其电动势不变，而内阻明显变大，其他条件不变。若使用此温度计前按题（2）中a步骤的操作进行了调节，仍使毫安表指针满偏；测量结果将会_______（填“偏大”“偏小”或“不变”）。【答案】

50

10

42

不变【详解】（1）[1]由题意知电流表量程为，所以电路的总电阻最小为所以热电阻的电阻为由R-t图像可知解得（2）a[2]将传感器探头放入冰水混合物中，此时温度为0℃，由图像可得，此时热电阻为过一段时间后闭合开关，调节电阻箱R1，使毫安表指针满偏，此时b[3]当电流为18mA时，热电阻为所以此时温度为c[4]由题意可得则毫安表的电流值I（A）和温度t（℃）的关系式为（3）[5]因为在操作a步骤时，要调节滑动变阻器是电流表满偏，当电源内阻增大时，会将滑动变阻器电阻调小，但总和不变，所以对结果无影响。8．某实验小组想研究某热敏电阻在30~80℃范围内的温度特性及应用。实验室有下列器材：热敏电阻RT（已置于温控室中），电源E（6V，内阻可忽略），灵敏电流计G，定值电阻R1（阻值为400Ω）和R2（阻值为200Ω），滑动变阻器R3（最大阻值为1000Ω），电阻箱R4（0~999.9Ω），报警器，开关S，导线若干。该小组利用如图1所示的电路探究该热敏电阻RT的温度特性。实验时，先连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0℃，闭合S，调节R4使灵敏电流计指针回到0刻度：然后调节R3的滑片使R3的阻值减小，若发现灵敏电流计指针偏离0刻度，继续调节R4，直至灵敏电流计指针一直处于0刻度，记下此时R4的读数。逐步降低温控室的温度t，调节R4使灵敏电流计指针一直处于0刻度，得到相应温度下R4的阻值如下表。t/℃30.040.050.060.070.080.0R4/Ω340.0250.0195.0160.0135.0120.0回答下列问题：（1）若某次测量，实验小组发现电流由a到b流经灵敏电流计，这时应________（选填“调大”或“调小”）R4，才能使指针回到0刻度。（2）该实验小组利用实验室提供的器材组装一个由热敏电阻控制的报警系统，电路图如图2所示，要求热敏电阻的温度达到或超过60℃时，系统报警。已知报警器内阻不计，流过的电流超过时就会报警，则电阻箱阻值应调为________Ω。闭合开关进行测试，发现温控室中温度达到62℃时报警器才开始报警，这时应________（选填“调大”或“调小”）电阻箱的阻值，使其在要求温度下报警。【答案】

调大

280.0（或280）

调小【详解】（1）[1]实验小组发现电流由a到b流经灵敏电流计，说明a点电势高，b点电势低，所以，应调大R4，使b点电势升高，才能使指针回到0刻度。（2）[2][3]根据电桥原理可知所以要求热敏电阻的温度达到或超过60℃时，系统报警，此时电阻箱阻值应调为闭合开关进行测试，发现温控室中温度达到62℃时报警器才开始报警，说明回路电阻偏大，电流偏小，所以调小电阻箱的阻值，使其在要求温度下报警。9．现要组装一个酒精测试仪，它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器，此传感器的电阻R随酒精气体浓度的变化而变化，规律如图甲所示。目前国际公认的酒驾标准是“0.2mg/mL≤酒精气体浓度<0.8mg/mL”，醉驾标准是“酒精气体浓度≥0.8mg/mL”。提供的器材有：A．二氧化锡半导体型酒精传感器RxB．直流电源（电动势为4V，内阻不计）C．电压表（量程为3V，内阻非常大，作为浓度表使用）D．电阻箱（最大阻值为999.9Ω）E．定值电阻R1（阻值为50Ω）F．定值电阻R2（阻值为10Ω）G．单刀双挪开关一个，导线若干(1)图乙是酒精测试仪电路图，请在图丙中完成实物连线______；(2)电路中R应选用定值电阻___________（填R1或R2）；(3)为便于识别，按照下列步骤调节此测试仪：①电路接通前，先将电阻箱调为30.0Ω，然后开关向___________（填“c”或“d”）端闭合，将电压表此时指针对应的刻度线标记为_______________mg/mL；②逐步减小电阻箱的阻值，电压表的示数不断变大按照甲图数据将电压表上“电压”刻度线标为“酒精浓度”；③将开关向另一端闭合，测试仪即可正常使用。(4)某同学将调适好的酒精测试仪靠近酒精瓶口，发现该表显示为醉驾，则电压表的实际电压为_________。【答案】

R2

c

0.2

大于等于2V（或大于等于2V小于等于3V）【详解】(1)[1]实物连续如图所示(2)[2]在乙图中，根据闭合电路欧姆定律，电压表的读数为因为电压表的量程为3V，所以根据图甲解得故选R2。(3)[3][4]为便于识别，按照下列步骤调节此测试仪：①电路接通前，先将电阻箱调为30.0Ω，然后开关向c端闭合，将电压表此时指针对应的刻度线标记为0.2mg/mL；(4)[5]某同学将调适好的酒精测试仪靠近酒精瓶口，发现该表显示为醉驾，根据规定，醉驾时的酒精气体浓度为0.8mg/mL，根据图乙查得与0.8mg/mL对应的电阻值是。10Ω，则电压表的实际电压为所以，醉驾时电压表的电压大于等于2V。10．如图甲所示是大型机械厂里用来称重的电子吊秤，其中实现称重的关键元件是拉力传感器。其工作原理是：挂钩上挂上重物，传感器中拉力敏感电阻丝在拉力作用下