第 3 章 第 3 节 科学测量：用多用电表测量电学量

电压可直接用电压表测量，电流可直接用电流表测量，是否有一种仪器可用以测量电压、电流和电阻呢？本节学习使用多用电表直接测量电压、电流和电阻这些电学量。

1．认识多用电表

电压表是依据串联电路的分压特点，由电流计改装而成的；电流表是依据并联电路的分流特点，由电流计改装而成的。那么，能否利用电流计设计出直接测量电阻的仪器呢？

如图 4-11 所示， 在满偏电流为 I_g、内阻为 R_g 的电流计上串联一个电动势为 E、内阻为 r 的电源和一个可变电阻 R₁，AB 两端接有一个待测电阻 R。根据闭合电路欧姆定律，回路中的电流 I = \(\frac{E}{{{R_1} + r + {R_g} + R}}\)，则待测电阻 R =  \(\frac{E}{I}\)  −（R₁ + r + R_g）。在 E、R₁ + r + R_g 不变的情况下，待测电阻 R 与回路中电流 I 有着一一对应的关系，由此便可在电流计刻度盘上直接标识电阻 R，这就是欧姆表。

电压表、电流表和欧姆表有着共同的组成部分——小量程的电流计。能否将这三种表的测量功能结合起来，制作一个能直接测量电压、电流、电阻的仪器呢？答案是肯定的，多用电表就是这样一种测量仪器。

多用电表也称“万用表”，是一种集测量电压、电流和电阻等，科学实验、生产生活中应用广泛。

图 4-12 是指针式多用电表的外形图。表的上半部是表盘， 该多用电表的表盘上有三条刻度线，最上方的刻度线为电阻示数，中间的刻度线为直流电压、直流电流和交流电压示数，最下方的刻度线表示量程为 2.5 V 的交流电压示数。表的下半部有选择开关，可选择欧姆挡（Ω）、直流电流挡（mA）、直流电压挡（V）和交流电压挡（\({\rm{\tilde V}}\)，注：波浪线应在下方，但网页上打不出来），欧姆挡上的数值表示倍率，其他挡位的数值表示量程，测量时要注意量程和最小分度值。另外，还有标有正、负的测试笔插孔，机械调零及欧姆调零旋钮等。

2．多用电表的读数

用多用电表测量电压、电流和电阻时如何读数呢？下面通过案例来说明。

例如，在测量直流电压时，若选择开关对应的量程为 2.5 V，指针位置如图 4-13 所示。看第二排刻度线（可参考第一排数字），由此量程可确定刻度每大格（相邻有数字的刻度间）值为 0.5 V，每小格值为 0.05 V，即测量精度为 0.05 V。由指针位置可读得电压准确值为 2.1 V，估读值为小格值的 \(\frac{2}{5}\) ，即 0.02 V，所以电压测量值为 2.12 V。

在测量电流时，若选择开关对应的量程为 100 mA，指针位置如图 4-14 所示。看第二排刻度线（可参考第三排数字），由此量程可确定刻度每大格值为 20 mA，每小格值为 2 mA，即测量精度为 2 mA。由于指针位置接近 92 mA，所以电流测量值为 92 mA。请思考，第二排刻度线中为何标出三排数字？

在测量电阻时，若选择倍率“×10”，指针位置如图 4-15 所示。看第一排刻度线，由刻度 10～15 有 5 小格，可确定每小格值为 1。由 指 针 位 置 可 读 得 刻 度 值 为 10.6，倍率为 “×10”，电阻测量值为 106 Ω。

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数字式多用电表

随着大规模集成电路的发展，数字式多用电表（图 4-16）逐渐得到了广泛使用。数字式多用电表利用了数字电路技术，具有多方面的优点：测量值以数字形式直接显示， 读数准确，可靠性好；体积小，质量轻，操作便捷；挡位多，功能全，适用性广等。

3．用多用电表测量电学量

实验目的

（1）用多用电表测量电路元件的电压值。

（2）用多用电表测量电路元件的电流值。

（3）用多用电表测量电阻的电阻值。

实验器材

多用电表、不同阻值的电阻、学生电源、小灯泡、滑动变阻器、开关、导线等。

实验原理与设计

多用电表的核心是一个直流灵敏电流计 G，即表头。表头与电阻、开关等组成不同的测量电路。

图 4-17 是一种测量直流电流、电压和电阻的多用电表原理示意图。

用多用电表测直流电流和电压的原理，实质上就是我们学过的分流和分压原理。在图 4-17 中，若将选择开关拨至触点“1”或“2”，可构成不同量程的电流表；若将选择开关拨至触点“3”或“4”，可构成不同量程的电压表；若将选择开关拨至触点“5”，可构成欧姆表。

在图 4-17 中，R₆ 为可变电阻，R′（即 R₅ + R₆）称为调零电阻，电阻挡的表头与直流电压挡的表头相同，如图中虚线框所示。

待测电阻 R_x 接入公共端（黑表笔）和测量端“5”后，形成闭合电路。根据闭合电路欧姆定律，由对图 4-11 的讨论可知，在电源电动势 E 和欧姆表内部总电阻确定的情况下，Rx 与 I 有着一一对应的关系。

测量电阻前，需先将多用电表的两表笔直接相连，调节调零电阻 R′ 使指针满偏，以校准欧姆表内部的总电阻。

安全警示

注意用电安全。闭合开关前一定要确认电路连接正确，避免短路。小心使用多用电表，若待测量值无法估计，可先选择大量程挡测量，再调选合适的量程，以免损坏指针或烧坏电表。

实验步骤

（1）用多用电表测量电路元件的电压值

① 按图 4-18 所示电路图连接实验器材，给小灯泡供电。

② 观察多用电表指针是否在零刻度。若不在零刻度，则用螺丝刀转动机械调零旋钮，使指针停于左端零刻度。

③ 将多用电表的选择开关旋至直流电压挡，使其量程大于小灯泡两端电压的估计值。

④ 将两表笔分别接触灯泡两端的接线柱，读出小灯泡两端的电压。

（2）用多用电表测量通过电路元件的电流值

参照图 4-18 所示电路图，写出用多用电表测量小灯泡工作时电流值的实验步骤，并完成相关操作。

（3）用多用电表测量电阻的电阻值

① 检查多用电表指针是否仍在左端零刻度。

② 估测待测电阻的电阻值，将多用电表的选择开关旋至合适倍率的欧姆挡。

③ 将黑、红表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指在右端电阻零刻度处。

④ 将表笔搭在待测电阻两端，读取被测电阻的阻值。通常电阻上的标称值与测量值之间有误差，算出对应的相对误差。

⑤ 实验完成之后，将表笔从插孔拔出，并将选择开关旋到“OFF”位置或交流电压最高挡；若长期不用，应取出电池。

方法点拨

（1）量程的选择原则测量电流和电压时，尽量使指针超过 \(\frac{1}{2}\) 量程。测量电阻时，尽量使指针落在刻度盘中间区域。若不能估测电阻的大小，则先用中等倍率的某个欧姆挡试测，然后选择合适挡位再测。

（2）多用电表使用的注意事项测试前，先检查指针是否指在左端“0”刻线，若没有，则要机械调零。测电阻时还要欧姆调零。测试时，手不要碰表笔的金属触针，以保证安全和准确测量。测电压时，红表笔接触点的电势高于黑表笔接触点的电势；测电流时，电流应从红表笔流入电表。

实验结论

请写出实验结论。

讨论

与同学分享测量结果，讨论多用电表的使用方法、读数要领、实验误差及如何应用于实际生活等方面的问题。请测量二极管的正、反向电阻，讨论并体会二极管的单向导电性。

素养提升

能提出并准确表述在实验中可能遇到的物理问题；会写实验步骤，能用多用电表测量电压、电流和电阻，能注意实验安全；能分析实验数据，测得相关电学量，会分析实验误差；能撰写完整的实验报告，在报告中能呈现设计的实验步骤、实验表格，以及数据分析过程和实验结论，能有针对性地反思交流过程与结果。注意提升实验数据读取能力、联系实际的能力及交流讨论能力。

——科学探究

迷你实验室

自来水和盐水的电阻有多大

取两根长 8 ～ 10 cm、内径约 2 cm、两端开口的玻璃管（或塑料管），先将两玻璃管的一端用塞子堵住，分别注入自来水、盐水，再用塞子堵住另一端。在两端塞子上插入针或硬导线作为引线。

估计自来水和盐水的电阻值（或测试），选取合适倍率的欧姆挡。

用多用电表分别测量自来水和盐水的电阻（图 4-19），验证你所估计的电阻值和所选择的倍率挡的准确程度。

物理在线 请上网查阅相关内容，了解各种多用电表的使用方法。

节练习

1．请撰写“用多用电表测量电学量”的实验报告，注意在报告中呈现设计的实验步骤、实验表格，以及数据分析过程和实验结论，并有针对性地讨论测量时的注意事项。

参考解答：略

2．甲、乙两位同学使用多用电表欧姆挡测同一个电阻时，都把选择开关旋到“×100”挡，并能正确操作。他们发现指针偏角太小，于是甲把选择开关旋到“×1 k”挡，乙把选择开关旋到“×10”挡，但乙重新欧姆调零，而甲没有。两个同学的选挡谁正确？操作谁正确？为什么？

参考解答：甲同学选挡正确，乙同学操作正确。

选择开关旋到“×100”挡，正确操作，指针偏转太小，说明所选挡位太小，所以应把选择开关选到“×1 k”档，然后进行欧姆调零，再测电阻。由此可知，甲的选挡是正确的，但操作是错误的，乙的选挡是错误的，但操作是正确的。

3．关于多用电表表盘上的刻度线，下列说法正确的是

A．直流电流刻度线和直流电压刻度线都是均匀的，可以共用一个刻度盘

B．电阻刻度是不均匀的

C．电阻刻度上的零刻度与直流电流的最大刻度线相对应

D．电阻刻度上的零刻度与直流电流的零刻度线相对应

参考解答：ABC

4．在使用多用电表测电阻时，要先将两表笔短接，调节表上欧姆调零旋钮，使指针指到表盘上电阻的示数为________处。测量某电池的路端电压时，要将红表笔接到电池的_______极；测量电流时，要使电流由_________表笔流入多用电表。

参考解答：0，正，红

5．在如图所示电路的三根导线中，有一根是断的，电源、电阻 R₁ 和 R₂ 以及另外两根导线都是好的。为了查出断导线，某同学想先将多用电表的红表笔连接电源的正极 a，再将黑表笔分别连接电阻器  R₁ 的 b 端和 R₂ 的 c 端，并观察多用电表指针的示数。在下列选挡中，符合操作规程的是

A．直流 10 V 挡

B．直流 0.5 A 挡

C．直流 2.5 V 挡

D．欧姆挡

参考解答：A

6．多用电表可用来测量电阻、电流和电压。某次测量时，其表针指示如图所示。

（1）若是选用倍率为“×100”的欧姆挡测电阻，则所测电阻的阻值为_________Ω。如果要用此多用电表测量一个阻值约为 2.0×10⁴ Ω 的电阻，为了使测量结果比较精确，应选用的欧姆挡是__________（选填“×10”“×100”或“×1 k”）。

（2）若是选用量程为 50 mA 的电流挡测量电流，则所测电流为___________ mA ；若是选用量程为 250 mA 的电流挡测量电流，则所测电流为__________ mA。

（3）若是选用量程为 10 V 的电压挡测量电压，则所测电压为___________ V。

参考解答：（1）680（660 ~ 690 均正确），×1 k

（2）34.5（34.4 ~ 34.6 均正确），173（171 ~ 174 均正确）

（3）6.9（6.8 ~ 7.0 均正确）

发布时间：2022/4/26 下午9:58:35  阅读次数：4648