实验17 学习使用万用电表[实验目的]1. 了解电表的接入误差， 2. 掌握电表的使用，3. 了解线路故障检查的一般方法[仪器和用具]万用表、电阻箱、变阻器、开关、电阻板、伏特计等[实验原理] 一、万用电表的电路原理万用电表是实验室常用的一种仪表，可用来测量电压、电流、电阻、交流电压及电流等，还可用以检查电路和排除电路故障万用电表主要由磁电型测量机构（亦称表头）和转换开关控制的测量电路组成实际上它是根据改装电表的原理，将一个表头分别连接各种测量电路而改成多量程的电流表、电压表及欧姆表，是既能测量直流还能测量交流的复合表，如图1-1所示它们合用一个表头，表盘上有相应于测量各种量的几条标度尺表头用以指示被测量的数值，测量线路的作用是将各种被测量转换到适合表头测量的直流微小电流，转换开关实现对不同测量线路的选择，以适应各种测量的要求电表的表盘上按表的功能有各种不同刻度，以指示相应的值，如：电流值，电压值（有交、直流之分）及电阻值等对于某一测量的内容一般分成大小不同的几档，测量电阻时每档标明不同的倍率每档标明的是它相应的量限，即使用该档测量时容许的最大值，而各种量、各种不同的量限所对应的测量电路均通过转换开关实现和表头的连接。
所以测量时可通过转换开关实现对不同测量线路的选择，以适应各种测量的要求1. 直流电压档当选择开关拨到V时,万用表就是一个多量程直流伏特计,与电路两端并联，测量电路两端电压的大小，直流电压表由小量程直流电流表串联一电阻构成，串联不同的电阻构成不同量程的电压表各量程分别1V、5V、25 V、100V、500V，它们的简化线路如图1-2(a)是量程为1V、5V、25V的电路由于R、的分流作用,虚线框内部分相当于50µA的表头串联不同的电阻分别得出所要求的量程b)是量程为100V、500V的电路,由于R改为和表头串联,分流电阻只剩,故虚线框内部分相当的表头量程加大到200µA 这样,同样是串联,得到的伏特计量程为100V，再串联得到量程500V电压表各量限的内阻与相应的电压表量程之比为一常数，这一常量常在电压表的标度盘上标明，它的单位为 “Ω/V”，内阻等于量程乘以每伏欧姆数，电压表的内阻越大，对被测对象的影响越小2. 直流电流档当选择开关至mA档时,万用表就是一个多量程安培计简化电路如图1-3 直流电流表串联在电路中，用以测量直流电路中电流的大小，磁电型电流表加以并联分流电阻可以扩大量程。
量程指测量的上限值与下限值的差值，内阻越小，量程越大，一般安培计的内阻在0.1Ω以下，毫安表一般为几欧姆至一、二百欧姆，微安表一般为几百欧姆至一、二千欧姆3. 欧姆计欧姆计的原理线路如图1-4其中虚线框内部分为欧姆计,a和b为两接线柱(表笔插孔)测量时将待测电阻接在a和b上在欧姆计中,E为电源(干电池),G为表头(内阻为，满度电流为),R'为限流电阻由欧姆定律可知回路中的电流由下式决定： （1-2）由上式可知，当电池电压一定的条件下，指针偏转和回路的总电阻成反比，当被测电阻改变时，电流就变化，表头的指针位置也有相应的变化，可见表头的指针位置与被测电阻的大小是一一对应的如果表头的标度尺按电阻标度，这样就可以直接用来测量电阻了，被测电阻越大回路电流越小，指针的偏转越小，当无穷大时，I=0，表头指针为0，因此欧姆表的标尺刻度与电流表、电压表的标尺刻度的方向相反由(1-2)式可以看出,当=0时,回路中的电流最大,为在欧姆计中设法改变表头的满度电流,使其等于此最大电流,即= （1-3）习惯上用表示+R',称之为欧姆计的中值电阻,即=+R'(1-3)(1-2)式改写为 （1-4）和 （1-5）由（1-5）式可以看出：欧姆计的刻度是非线性（不均匀）的，当=时，，指针偏转为满度的一半；当〈〈时,有此时偏转接近满度,随之变化不明显,因而测量误差很大;当〉〉时,有,因而测量误差亦很大。
所以在实用上通常只用欧姆计中间的一段来测量,例如这段范围欧姆计都有几个量程，每个量程的都不同,但每个量程的可用范围都是，如=100Ω，则测量范围为20Ω—500Ω；=1000Ω，则测量范围为200Ω—5000Ω前面已经指出,欧姆计的刻度是对设计的电源电动势E计算出的但实际上电源电动势不可能总是正好等于E,所以在欧姆计中还装有“欧姆零点”调节旋钮,以保证刻度正确使用时必须将表笔a和b短路(相接),调节‘欧姆零点’旋钮使偏转满度,即指针指0Ω，每次改变量程后都应重新调节欧姆零点使用万用表时应注意以下几点:(1)首先要搞清需测什么物理量切勿用电流档、欧姆档测量电压2)正确选择量程如果被测量的大小无法估计，应选择量程最大的一档，以防表过载，若偏转过小，则将量程变小3)测量电路中的电阻时，应将被测电路的电源断掉4)用万用电表测量电阻时应在测量前先校正电阻档的零点，在换量程后也需要重新调零，否则读数不准确5)电压表与电路中被测负载的两端相并联，电流表与电路相串联6)电表有三个端钮，电压表、电流表均有标明“+”、“—”的两个端钮，“+”表示电流流入端，“—”表示电流流出端，不能接反，否则电表指针反向偏转。
7)万用电表用毕应将旋钮调到交流电压最大一档或调到空档（有的万用表旋钮调至空档“.”处）以免下次使用时不慎损坏电表，特别注意不要停在欧姆档以免表棒两端短路，致使电池长时间通电4.仪表的误差和电表的级别仪器测量时总会带来误差，跟据误差产生的原因可分为：(1)固有误差 指仪器在规定的正常条件下进行测量时所具有的误差，它是仪表本身所具有的2)附加误差 指由于偏离正常条件或在某一影响因素作用下而产生的误差仪器误差的几种表示法：(1)绝对误差仪表的示值与被测量值之间的差值，2)相对误差绝对误差与被测量的真值之间的比值通常用百分数表示，(3)引用误差绝对误差与仪表的上限值的比值，用表示 由于引用误差比相对误差更有利于表现仪表的准确程度，所以用引用误差的最大值——最大引用误差表示电表的准确度4)电表的准确度与级别的表示按国家标准，电表的准确度分为7个等级，有0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.0，各等级和电表的最大引用误差的关系是：设电表的等级为a, 则二、万用表操作规程1. 准备认清所用万用电表的面板和刻度根据待测量的种类(交流或直流;电压、电流、或电阻)及大小,将选择开关拨至合适的位置。
接好表笔(万用电表的正端应接红色表笔)2. 测量使用伏特计或安培计时,应注意:执表笔时，手不能接触任何金属部分，测试时应采用跃接法，即在用表笔接触测试点的同时，注视电表指针偏转情况，并随时准备在出现不正常现象时，使表笔离开测量点3. 结束万用电表用毕应将旋钮调到交流电压最大档或调到空挡（有的万用表要将旋钮调至空挡“.”处），特别注意不能停在欧姆各档，以免表棒两端短路，致使电池长时间通电三、用万用表检查电路万用表常用来检查电路、排除故障实验中往往遇到这样的情况,电路经仔细检查,连接没有错误,但合上开关后,不能正常工作,说明电路出故障产生故障的原因大致有以下几种:(1)导线内部断线2)开关或接线柱接触不良3)电表或元件内部损坏而导致断路或短路这些故障往往无法从外观发现，排除这种故障往往要借助于万用电表进行检查方法有：1. 伏特计法在通电的情况下，常采用逐点测试电压的方法找寻故障的所在例如在图3-5电路中,合开关后电流表无指示先检查电源电压与路端电压是否正常，用伏特计测出，这说明电源插座、开关及变阻器两端均无故障,再检查各支路，用伏特计测得，≠0，而=0这时可判断故障发生在之间(想一想为什么?)可能是导线断了,也可能是或处接触不良。
伏特计法的优点是在有源的电路中能带电测量，检查运行状态下的电路，简便、见效快，但不适于检查电压太小的部位 2. 欧姆计法它要求在切断电源后不带电的情况下检查，并且待测部分无其它支路，对电路各个元件、导线逐个进行检查、测量如图3-5的电路中,将K断开,测得aa',bb',cc',dd',ee'是通的(=0,=),而不通(=∞,=0)则故障必在间如断开f,测得导线不通,则应换上用欧姆计检查过的好导线,如检查也是通的,则故障为f处接触不好迅速查清并排除电路故障是电学实验的基本训练内容之一在今后做电学实验时,将继续使用万用表检查电路,以培养分析问题,解决问题的独立工作能力[实验内容与步骤] 1. 测直流电压按图1-6连接电路选择合适的量程,分别测出ad,ab,bc,cd,bd 间的电压2. 改变电源电压，选择合适的量程测电流3. 测电阻及校准欧姆计(1)用欧姆计测出刚才使用过的标称为2kΩ、25kΩ、100kΩ电阻的阻值2)用电阻箱校准欧姆计，测分别置Ω×10、Ω×100、Ω×1K档时的中值电阻，列表记下数据3)用万用表检查电路故障按图1-5连接电路,相邻两组同学互相设置故障,分别用伏特计法和欧计法练习检查电路故障。
[数据处理]1. 列出实验内容1的数据是否接近 ？是否接近解释一下为什么有较接近的,也有差别较大的2. 列出待测电阻的测量值,注明使用哪一档测量3. 列出校准欧姆计的数据必要时加以讨论4. 写下故障产生的原因和发现故障的经过[预习思考题]1. 证明：欧姆计的中值电阻只决定于E和若=50μA,设计中值电阻为250KΩ,问应该用多大的电源电压?2. 具体考察万用电表图1-7,哪些元件构成直流安培计?哪些元件构成直流伏特计?[复习思考题]1. 比较欧姆计和惠斯通电桥的优缺点2. 为什么不宜用欧姆计测量表头内阻?能否用欧姆计测电源内阻?[附记一][附记二]实验18 伏安法测电阻[实验目的]1. 学习由测量电压、电流求电阻值的方法及仪表的选择，2. 学习减少伏安法中系统误差的方法3. 学会用作图法处理实验数据4. 学会正确使用常用电表[仪器和用具]伏特计、安培计、检流计（可用微安计）滑线变阻器，直流电源，待测电阻（二个），开关和导线[实验原理]电阻的测量方法通常有直流指示测量、电桥测量、补偿测量等用伏特表、安培表根据欧姆定律测量电阻的方法称为“伏安法”，直流指示测量法一般是指伏安法法测电阻，电桥测电阻和基于补偿原理的电位差计测量电阻都属于比较测量法。
虽然伏安法测电阻不如欧姆表测量便捷，不如比较法测量法精确，但其测量范围宽，除可测量中等阻值的电阻外还可测高阻和低阻因此，伏安法是目前研究和测量各种元件和材料导电特性最常用的基本方法本实验讨论伏安法测电阻如图2-1所示，不断改变值，分别测出通过电阻R的电流I及电阻R两端的电压U，则根据欧姆定律U=IR，可知电阻 （2-1）若U/I为常数，该电阻称。