第二章　恒定电流
第9节　实验：练习使用多用电表
一、实验原理
1．表盘：多用电表可以用来测量电流、电压、电阻等，并且每一种测量都有几个量程．外形如图，上半部为表头，表盘上有电流、电压、电阻等多种量程的刻度；下半部为选择开关，它的四周刻有各种测量项目和量程．另外，还有欧姆调零旋钮，指针定位螺丝和测试笔的插孔．
由于多用电表的测量项目和量程比较多，而表盘的空间有限，所以并不是每个项目的量程都有专门的标度，有些标度就属于共用标度，如图中的第二行就是交、直流电流和交、直流电压共用的标度．
2．挡位：如图所示，其中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应的测量端．
3．二极管的单向导电性：晶体二极管是半导体材料制成的，它有两个极，一个叫正极，一个叫负极，它的符号如图甲所示．
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．
二、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．
三、实验步骤
1．观察多用电表的外形，认识选择开关的测量项目及量程．
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．用多用电表测电压、电流
在测量小灯泡的直流电压或电流时，量程选择要适当，以使表针在测量范围内偏转得尽量大一些，这样测量结果会比较准确．
5．用多用电表测电阻
(1)选挡：一般欧姆表都有多个挡位，测量时要进行合理选挡，使读数应在中值刻度附近，若指针偏转角度较小，说明待测电阻阻值较大，应选较大倍率的挡位，否则换倍率较小的挡位．
(2)电阻调零：即将红黑表笔短接，调节欧姆调零电阻旋钮，使指针指右端电阻零刻度．
(3)测量：将待测电阻与别的元件断开，一定不要用手接触表笔，将红黑表笔接被测电阻两端进行测量．
(4)读数：要用刻度盘上的读数乘以选择开关所指的倍率即得到待测电阻的阻值．
(5)若需要换挡测量新的电阻需要重复以上(1)～(4)步．
(6)测量完毕，将表笔从插孔中拔出，并将选择开关置于“OFF”挡，长期不用时，应将多用电表中的电池取出．
6．测二极管的正、反向电阻
(1)测正向电阻：用多用电表的电阻挡，量程拨到“×10”的位置上，将红表笔插入“＋”插孔，黑表笔插入“－”插孔，然后两表笔短接进行电阻挡调零后，将黑表笔接触二极管正极，红表笔接触二极管负极，稳定后读取示数乘上倍率求出正向电阻R1.
(2)测反向电阻：将多用电表的选择开关旋至高倍率的欧姆挡(例如“×1 k”)，变换挡位之后，须再次把两表笔短接调零，将黑表笔接触二极管的负极，红表笔接触二极管的正极，稳定后读取示数乘上倍率(例如1 k)，求出反向电阻R2.
当R1与R2相差很大时，说明二极管质量较好；当R1与R2相差较小时，说明二极管质量不好．如果R1与R2均较小，可能二极管短路；如果R1与R2均较大，可能二极管断路．
7．探索黑箱内的电学元件
四、数据处理
1．测电阻时，电阻值等于表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．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．
五、误差分析
1．电池用旧后，电动势会减小，内电阻会变大，致使电阻测量值偏大，要及时换电池．
2．欧姆表的表盘刻度不均匀，估读时易带来误差．
3．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，使指针指中值附近．
4．读数时的观测易形成偶然误差，要垂直表盘正对指针读数．
六、注意事项
1．使用多用电表“十忌”
(1)忌不调零就使用多用电表．
(2)忌搞错连接方式，测电压需并联，测电流需串联．
(3)忌搞反直流电流方向，直流电要从正极测试笔插孔流入，从负极测试笔插孔流出．
(4)忌用手接触测试笔的金属杆，特别在测电阻时，更应注意不要用手接触测试笔的金属杆．
(5)忌不进行欧姆表调零，就用多用电表测电阻值．
(6)忌只看读数不乘倍率．
(7)改换欧姆挡量程后，忌不重新调零．
(8)忌把电阻同其他电路联在一起进行测量．
(9)忌把电池装在多用电表内长期不用．
(10)多用电表不用时，忌选择开关置于欧姆挡．
2．用多用电表测黑箱时，一定要先用电压挡判断其内有无电源，确定无电源后才能使用欧姆挡测量．
3．用多用电表测电流和电压时，要先选择量程再进行测量，且不要把量程当成倍率．
4．不论使用哪一挡位，电流必须从红表笔流入，从黑表笔流出．
(2015·南平松溪一中期中)如图为一正在测量中的多用电表表盘
(1)如果是用×10 Ω挡测量电阻，则读数为________ Ω.
(2)如果是用直流10 mA挡测量电流，则读数为______ mA．
(3)如果是用直流5 V挡测量电压，则读数为_______V.
(4)如果为测其他电阻把×10 Ω挡换为×100 Ω挡则先要________，再进行测量．
【解析】　(1)多用电表测量电阻时，读数等于刻度值与倍率的乘积，由图示表盘可知，读数为6×10 Ω＝60 Ω.
(2)直流10 mA挡分度值为0.02 mA，由图示表盘可知，读数为7.2 mA．
(3)直流5 V挡分度值为0.1 V，由图示表盘可知，读数为3.6 V.
(4)用欧姆表测电阻，换挡后要重新进行欧姆调零．
【答案】　(1)60　(2)7.2　(3)3.6　(4)进行欧姆调零
【方法总结】
根据测量项目，选择对应的刻度盘：
(1)直流电流和电压刻度是均匀的，读数时共用，但需按比例计算，如取5 mA量程读数时可利用满刻度数值为“50”的刻度线，只是“50”相当于“5 mA”．
(2)用欧姆挡测电阻的阻值为：读数×倍率．
(3)不论测电阻，还是测电流、电压，电流总是从正插孔(红表笔)流入，从负插孔(黑表笔)流出．
(4)二极管具有单向导电性，若用欧姆表两表笔接触二极管两极，测得电阻较小时与黑表笔相连的为二极管的正极；测得电阻较大时，与黑表笔相连的为二极管的负极．
(2014·河北区二模)(1)某同学使用多用电表粗略测量一定值电阻的阻值，先把选择开关旋到“×1k”挡位，测量时针偏转如图(a)所示．请你简述接下来的测量过程：
Ⅰ___________________________________；
Ⅱ__________________________________；
Ⅲ____________________________；
Ⅳ 测量结束后，将选择开关旋到“OFF”档．
(2)接下来采用“伏安法”较准确的测量该电阻的阻值，待测电阻的阻值约为几千欧，所用实验器材如图(b)所示．其中电压表内阻约为5 kΩ，电流表内阻约为5 Ω.图中部分电路已经连接好，请完成实验电路的连接．
(3)图(c)是一个多量程多用电表的简化电路图，测量电流、电压和电阻各有两个量程．当转换开关S旋到位置3时，可用来测量 _______，当S旋到位置________时，可用来测量电流，其中S旋到位置________时量程较大．
解析：(1)观察表盘可知，指针偏角过大，被测电阻较小，需要换挡，重新测量．Ⅰ断开待测电阻，将选择开关旋到“×100”挡；Ⅱ将两表笔短接，调整“欧姆调零旋钮”，使指针指向“0 Ω”；Ⅲ再接入待测电阻，将指针示数×100，即为待测电阻阻值．
(2)被测电阻约为几百欧，比较电压表和电流表的内阻可知，电流表应该内接，电路图如下：
(3)多用电表只有作为欧姆表使用时，才会使用电池，故转换开关S旋到位置3时，可用来测量电阻，灵敏电流计与电阻并联可以扩大电流表的量程，故当S旋到位置1、2时，可用来测量电流，S旋到位置1时，量程并联电阻阻值较小则分流较大，故S旋到位置1时，量程较大．
答案：(1)断开待测电阻，将选择开关旋到“×100”挡　将两表笔短接，调整“欧姆调零旋钮”，使指针指向“0 Ω”　再接入待测电阻，将指针示数×100，即为待测电阻阻值
(2)电路图见解析
(3)电阻　1、2　1
如图是某同学连接的实验实物图，闭合开关S后，发现A、B灯都不亮，他采用下列两种方法检查故障：
(1)用多用电表的直流电压挡进行检查：
①那么选择开关应置于下列量程的________挡．(用字母序号表示)
A．2.5 V　　 B．10 V　　
C．50 V　　 D．250 V
②在测试a、b间直流电压时，红表笔应接触________．(填a或b)
③该同学测试结果如下表所示，根据测试结果，可以判定故障是________．(假设只有下列故障中的某一项).
A．灯A断路　　 B．灯B短路
C．cd段断路　 D．df段断路
(2)用欧姆挡检查：
①测试前，应将开关S________.(填断开或闭合)
②测量结果如上表所示，由此可以断定故障是________．
A．灯A断路　 B．灯B断路
C．灯A、B都断路　 D．d、e间导线断路
【解析】　(1)用多用电表的直流电压挡进行测量，实质上就是用电压表测量．当用电压表测电路故障时，若电压表有示数，说明电压表到电源之间的回路是接通的，且与电压表并联的电路没有短路，若电压表无示数，有两种可能，一是电压表与电源之间的回路存在断路，另一种可能则是与电压表并联的电路短路．用多用电表的直流电压挡进行电路检查时，电压表的量程必须大于电源的电动势，为了示数明显，其量程又不宜过大．
本题中电源的电动势为6 V，故选10 V量程即可．测试时红表笔应接电势高的a点．a、b间有示数，说明a→电源→b间无断路；c、b间有示数，说明c→S→a→b间无断路，断路范围缩小；c、d无示数，说明d→e→灯B→f→b间存在断路或灯A短路，又灯B也不亮，故只能是前一种情况．d、 f有示数，说明是d、 f间没短路，且c→S→a→电源→b→f间无断路，综上所述，df段断路．
(2)用欧姆挡检查时，测试前应首先将开关S断开，防止电源损伤多用电表．根据表针的偏转情况，接c、d时有示数，说明不是灯A断路；接e、 f时有示数，说明也不是灯B断路；接d、e间时有无穷大电阻，可以断定是d、e间导线断路．
【答案】　(1)①B　②a　③D　(2)①断开　②D
【方法总结】
(1)若用多用电表测电压、电流功能检测时，需根据电路特点选择合理的量程，且测电压时要并联到待测电路中，测电流时要串联到待测电路中，红表笔接高电势点，黑表笔接低电势点．
(2)若用测电阻功能检测时，待测电路一定要和电源断开，以免外电路的电源损坏电表．若将原电路电源取下，则只能使用欧姆挡检测．
(2014·资阳模拟)在“练习使用多用电表”的实验中：
(1)用多用电表测某电阻，挡位旋钮指“×10”挡，读数时发现指针偏转角太大，为使测量结果更加准确，则应改用_________挡．
A．×1　　　 B．×100　　　　 C．×1 000
(2)多用电表使用时间长了，电池电动势不变，内阻明显变大，使用该表测电阻时，仍能够使用“调零旋钮”进行调零，则用该表测得的电阻测量值与电阻的真实值比较将_________．
A．偏大 　　　 B．偏小 　　　
C．不变
(3)如图所示电路，开关闭合后发现灯不亮，欲用多用电表检查该电路某处是否发生“断路”，应使用电表的_________．
A．电阻挡　　　　 B．电流挡
C．交流电压挡 　 　 D．直流电压挡
(3)闭合开关后发现小灯泡不亮，欲用多用电表检查该电路某处是否发生“断路”，在保持电路完整的情况下，应使用多用电表的直流电压挡进行测量，D选项正确．
答案：(1)A　(2)C　(3)D
如图甲所示的黑箱中有三只完全相同的电学元件，小明使用多用电表对其进行探测．
(1)在使用多用电表前，发现指针不在左边“0”刻度线处，应先调整图乙中多用电表的________(选填“A”、“B”或“C”)．
(2)在用多用电表的直流电压挡探测黑箱a、b接点间是否存在电源时，一表笔接a，另一表笔应________(选填“短暂”或“持续”)接b，同时观察指针偏转情况．
(3)在判定黑箱中无电源后，将选择开关旋至“×1”挡，调节好多用电表，测量各接点间的阻值．测量中发现，每对接点间正反向阻值均相等，测量记录如下表．两表笔分别接a、b时，多用电表的示数如图乙所示．
请将记录表补充完整，并在图甲的黑箱图中画出一种可能的电路.
【解析】　(1)A是机械调零，B是欧姆调零，C是功能选择开关，故选填A．
(2)为防止a、b间存在高压电源在持续接通时烧坏电表，应采用“点触”方式．
(3)正反向阻值相等说明两接点间无二极管．由题图乙可以读出a、b间阻值为5.0 Ω.因黑箱内只有三个阻值相等的电阻，由表内数据知b、c间电阻等于a、b间电阻与a、c间电阻之和，故可推测a、b间电阻与a、c间电阻相串联．又因a、c间阻值是a、b间阻值的2倍，故a、b间有一个电阻时a、c间两个电阻串联；b、c间有三个电阻时a、b间两个电阻并联，电路图见答案．
【答案】　(1)A　(2)短暂　(3)5.0　如图所示
【方法总结】
用多用电表探测黑箱内的电学元件的基本思想

根据以上思路判断出黑箱内有哪些电学元件后，再根据各接点间的测量数据进行逻辑推理，最后确定出元件的位置和连接方式．
用多用电表探测图甲所示黑箱发现：用直流电压挡测量，E、G两点间和F、G两点间均有电压，E、F两点间无电压；用欧姆挡测量，黑表笔(与电表内部电源的正极相连)接E点，红表笔(与电表内部电源的负极相连)接F点，阻值很小，但反接阻值很大．那么，该黑箱内元件的接法可能是图乙中(　　)
解析：红表笔接F点，电阻很小，此时二极管导通，电源电流从黑表笔流出，通过二极管从红表笔流进，电流方向从E到F，只有B正确．
答案：B