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。
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(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。
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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，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。
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(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。
(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))。
(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。
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(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：
(1)测量读数方便。
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(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；
(3)欧姆表的示数为500 Ω；
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(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。
b．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。
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(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。
【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：
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(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。
③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。
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(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。
【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
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。
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(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。
b．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。
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