实验.测电流表内阻及电表的改装资料

1、用心爱心专心 图1替代法测表头内阻电路图图2电桥法测表头内阳电路图实验12.测电流表内阻及电表的改装实验题，是物理高考的一个方面军，约占高考试卷总分的17%；电学实验又是高考实验题的重点，占实验题分数的50%以上，因为一般两个实验题或力学、电学各一个，或电学、光学各一个；而在电学实验题中，大家对“电阻的测量”和“电源电动势与内电阻的测量”关注较多，而对“电表的改装”实验较少注意，本文来说说“电表的改装”实验题的方方面面。“电表的改装”实验一般分三步：第一步：电流表（表头）内阻的测量，第二步：把电流表改装为安培表（扩大量程）或电压表，第三步：对改装好的电表进行校准。电表内阻的测量方法表头线圈的电

2、隹丘吕称为表头内阻.下面一系列图中各元件分别为：G为待测内阻的电表；石为表头量程；血为标准电流表；岭为标准电压表；尽为标准电阻箱；陌为变阻器;尽为200Q标准电阻；尽为2000Q标准电阻；C1）替代法测量电路如图1所示。将置于2处，调节使标准电流表竝在一较大示值处司时注意表G的指示不要超过量程上将笛置于1处，保持尽不变，调节凡使表血指在原来位置上，则有&=尺厂C2）电桥法测量线路如图2所示*取鸟=10尽，鸟为电阻箱.调节变阻器/?中使电表G中有电流通过：然后调节凡，使鱼无论勺合还是接通，G中电流都不发生变化，这时则有：R.卜rC3)标准表法测量线路如图3所示-调节尽,和值，合上使G中电流为标准

3、电流表的一半,则有二*图3标准法测表头内阻电路图图4半偏袪测表头内凰电路图W半偏法测量线路图如图4所示。断开疋恭调节尺中使G中通过满刻度电流訂有：亠=(1)闭合保持咼不变，调节竝”使G中电流为二&+R+f2*W由上述“两式，忽略尹解得:改装后的量程为I,由图1,根据欧姆定电表的改装设微安表的量程为I，内阻为R,gg律可得，RR=g-Sn1(1)设微安表的量程为I,内阻为R,欲改装电压表的量程为U,由图2,根据欧姆定律可得,RH=(n-1)Rg2)I-IhP对改装好的电表的校准改装后的电表必须经过校准方可使用。改装后的电流表和电压表的校准电路分别如图3和图4所示。改装表高考中对电学实验通常考查：

4、1）原理的理解（包括原理图）2）步骤的掌握3）器材的选择4）电路的连接（实物图）5）误差的分析（显性或隐性）等四下面通过例题来说明。例1.现有一块59C2型的小量程电流表G（表头）,满偏电流为50rA,内阻约为800850。,把它改装成1mA、10mA的两量程电流表。可供选择的器材有：滑动变阻器叫，最大阻值20电阻箱R，最大阻值99990滑动变阻器R2，最大阻值100k0定值电阻R，阻值1k0；0电池电动势E；电池E2,电动势3；电池厲，电动势45V;（所有电池内阻均不计,标准电流表A,满偏电流1.5mA；单刀单掷开关S1和S2,单刀双掷开关S3,电阻丝及导线若干。1,2,采用如图1所示电路用

5、半偏法测电流表的内阻，写出主要实验步骤，及如何求得实验结果。为提高测量精确度，选用的滑动变阻器为;选用的电池为.图1（3）将G改装成两量程电流表。现有两种备选电路，示于图2和图3。图为合理电路，另一电路不合理的理由是。图2（4）将改装后的电流表与标准电流表逐格进行核对（仅核对1mA量程），画出所用电路图，图中待核对的电流表符号用（A?来表示。解析：（1）在这个实验中，第一步，断开S2，闭合S,调节R,使电流表满偏，第二步，闭合S2，闭合S,不调节R,仅调节R使电流表半偏，则电流表的内阻约等于电阻箱R的阻值（即读数）。（2）答案是R2（或最大阻值100k。）E3（或电动势4.5V）有同学不理解，

6、待测电流表G（表头）的满偏电流仅为50rA，为什么要用大电动势的电池和大阻值的滑动变阻器呢？这要从半偏法测电流表的内阻的误差分析谈起。因为第二步中认为电阻箱R分流一半，也就是认为第二步与第一步中干路电流相等。怎么会相等呢？明明是总电阻发生了变化（并联了电阻箱R）,这就要求并联了电阻箱R后对总电阻的影响可以忽略不计。怎样才能忽略不计？要求RR,在RA已确定的条件AA下，只能使滑动变阻器的阻值尽可能大，而要使滑动变阻器的阻值尽可能大，因为Ra的满偏电流是确定的，所以就要使电池的电动势尽可能大。这个分析也可以用公式推导：E在第一步中，电流表的电流为I二R+RA在第二步中，根据并联分流公式，电流表的电

7、流为2RRAR+RARR从这两式可解得：匕=口，只有当RR，即RR时，才有叮也就是电阻箱的读数为电流表的内阻。如果还不十分清楚的话，我们不妨代入数据计算一下。如果使用E3、R2，设表头的内阻为800。，则在第E步中，根据1R+RA算得E4.5ER=R=800=892000；第二步中，根据1=计算得:RRAIA50 x10-6RR丄QR+RA4.5=400+89200A=50.223啜，当表头半偏时，丫25回则1尺二25.223咲，因为I25RA=8000，所以R=RaTA=800 x252237930，这就是RA的测量值，与真实R800-793值RA=800O相比，相对误差为=8.75%；A8

8、00如果使用E、R2（用比不可以，下面的计算可知），表头的内阻为800O，则在第一=岛-800=292000；第二步中根EE步中，根据1，算得R=RR+RIAA400+29200A=稠5啜当表头半偏时丫25応E1.5RRA据1=-RR计算得：1=A+RR+RAI25则I=25.675卩A，因为R=8000，所以R=R4=800 xO=7790，这RAAI25.675R800779就是Ra的测量值，与真实值Ra=8000相比，相对误差为=26.25%。AA800很显然，后者比前者误差大得多。所以选e3、R2o（3）图2为合理电路；图3电路在通电状态下，更换量程会造成两分流电阻都未并联在表头两端，

9、以致流过表头的电流超过其满偏电流而损坏。（4）电路图为图4。与A和A串联的是定值电阻R，阻值1k0,是起保护作用，因0为改装后的电流表内阻很小，所以如无R，则电流可能很大。0A_AIR0.IIR1图4为说明改装后的电流表内阻很小，不妨计算一下图2中1mA档的电流表的内阻。在图2中，总电流I=1mA，表头电流I=50rA，所以并联电阻R并（图2中的R】+R2）G并12为R并=RG=800 x0=420，所以电流表的内阻为并GII100050GRR800 x42小“r二g=0二400,如果没有R0,当电压为1.5V时，电流可达R+R800+420GA=0.01875A=18.75mA（计算中设标准

10、表A的内阻也是400）,远远超过了40 x40电流表的量程。点评：本题考查了半偏法测电流表内阻的实验原理（隐性地考，没明确要求写原理，但要懂原理才能做）、实验步骤（显性地考，明确要求写出）以及器材的选择（显性地考，明确要求写出）和误差的分析（隐性地考）。后者，看起来简单，其实很复杂。也考查了电表的改装及校准的电路，特别提出了两量程的电流表，是课本上没讲的，但是实验中常用的。例2.利用图1所示的电路测量电流表mA的内阻RAo图中R、R2为电阻，匕、K2为电键，B是电源（内阻可忽略）。根据图1所给出的电路原理图，在图2的实物图上连线。已知R=140Q，R2=60Qo当电键闭合、K2断开时，电流表读

11、数为6.4mA；当、悯1解析：（1）图略（2）根据电路欧姆定律和电路分析，有E=I(R+R+R)=6.4x10-3x(140+60+R)112AAE=I(R+R)=8.5x10-3x(140+R)21AA，解得RA=430.点评：本题考查用安阻法（用电流表和两个电阻）测电流表的内阻。也具体考查了实物图的连线和实验数据的处理方法（考实际数字的计算），还考查了电路的分析。例3.利用图中给定的器材测量电压表V的内阻Rvo图中B为电源（内阻可忽略不计），R为电阻箱，K为电键。将图中实物连接为测量所用的电路。K2均闭合时，电流表读数为8.5mA。由此可以求出RA=Q。（保留2位有效数字）写出实验中必须记

12、录的数据（用符号表示）,并指出各符号的意义用中记录的数据表示RV的公式为RV=。解析：连线如图所示。UR-URR=22RV=U-U12改变电阻箱的阻值（至少2次），测出相应的电压，R、R是电阻箱的两次读数；U,是相应的电压表的两次读数。TOC o 1-5 h zUE=U+RR1根据全电路欧姆定律，有u，解得E=U+2R HYPERLINK l bookmark75 o Current Document R2V点评：本题考查用伏阻法（用电阻箱和电压表）测电压表的内阻。本题具体考查了实物图的连线和实验数据的处理方法（考公式的推导，不考实际数字的计算）。例4.将满偏电流I=300“A、内阻未知g的电

13、流表改装成电压表并进行核对.（1）利用如图所示的电路测量电流表的内阻（图中电源的电动势E=4V）：先闭合S,调节R,使电流表指针偏转到满刻度；再闭合S2，保持R不变，调节R,2使电流表指针偏转到满刻度的3，读出此时R的阻值为200Q，则电流表内阻的测量值Rg=Q（2）将该表改装成量程为3V的电压表,需（填串联”或并联”阻值为R0=Q的电阻.（3）把改装好的电压表与标准电压表进行核对，试在答题卡上画出实验电路图和实物连接图解析：（1）设电流表的满偏电流为I,则根据并联分流的原理，有TOC o 1-5 h zI11R=R=200 x二=1000。 HYPERLINK l bookmark79 o

14、Current Document gI2T HYPERLINK l bookmark108 o Current Document GIU-1R（2）串联电阻为99000。计算方法如下：串联电路电流相等。有G一G1G,RG0所以R0=T-RgG300X10-6-100二99000。3）如下图点评：本题对半偏法有发展，用了2偏法，只要懂得原理，就能灵活应变，这就考查了学生的应变能力和知识迁移能力。而不能死记硬背“电流表内阻等于电阻箱读数”的结论。本题还考查了电流表改装为电压表以及改装后的电压表的校准。例5（2010全国卷1。3）（16分）一电流表的量程标定不准确，某同学利用图1所示电路测量该电流表

15、的实际量程i。m用心爱心专心 所用器材有：量程不准的电流表A，内阻r=10.0Q，量程标称为5.0mA；标准电流表11A，内阻r=45.0。，量程1.0mA；标准电阻R，阻值10.0。；滑动变阻器R,总电阻为221300.0。；电源E,电动势3.0V，内阻不计；保护电阻R；开关S；导线。2回答下列问题：（1）在答题卡上（图2所示）的实物图上画出连线。TOC o 1-5 h z（2）开关S闭合前，滑动变阻器的滑动端c应滑动至端。（3）开关S闭合后，调节滑动变阻器的滑动端，使电流表A满偏；若此时电流表A的12读数为I，则A的量程I=。21m若测量时，A1未调到满偏，两电流表的示数如图3所示，从图中

16、读出A1的示数I-，A的示数I=；由读出的数据计算得I=。（保留3位有效数22m【答案】（1）连线如图阻值最大用心I(R+r)2i26.05mA【解析】（1）连线如图在滑动变阻器的限流接法中在接通开关前需要将滑动触头滑动到阻值最大端闭合开关调节滑动变阻器使待测表满偏，流过的电流为I。根据并联电路电压相等m/I（R+r）有Ir=I（r+R）得I=212m1221mr1待测表未满偏有Ir=I（r+R），将A2的示数0.66mA和其他已知条件代入有112212丁I（R+r）0.66x（10+45）363I=11=3.63Ma1r101但图中舛的示数3.0mA量程为5.0mA，根据电流表的刻度是均匀的

17、，贝V准确量程为6.05mA略例6.（2010北京卷21）.（18分）（1）甲同学要把一个量程为200卩A的直流电流计Q,改装成量度范围是04V的直流电压表她按图1所示电路、用半偏法测定电流计的内电阻&，其中电阻R0约为1kO。为使rg的测量值尽量准确，在以下器材中，电源E应选，电阻器比应选用，电阻器R2应选用（选填器材前的字母）A.电源（电动势1.5V）电源（电动势6V）C.电阻箱（0999.9O）D.滑动变阻器（0500O）电位器（一种可变电阻，与滑动变阻器相当）（05.1kO）电位器（051kO该同学在开关断开情况下，检查电路连接无误后，将R的阻值调至最大。后续的实2验操作步骤依次是，最

18、后记录R的阻值并整理好器材。（请按合理的实验顺序，选填下列步骤前的字母）A.闭合SB闭合笃调节R?的阻值，使电流计指针偏转到满刻度调节R；的阻值，使电流计指针偏转到满刻度的一半调节R：的阻值，使电流计指针偏转到满刻度的一半调节R；的阻值，使电流计指针偏转到满刻度如果所得的R|的阻值为300.0。，则图1中被测电流计CG的内阻的测量值为。，该测量彳实际值（选填“略大于”“略小于”或“等于”）。给电流计C联（选填“串”或“并”一个阻值为kQ的电阻,就可以将该电流计C改装为量程4V的电压表。2）乙同学要将另个电流计C改装成直流电压表，但他不仅借到一块标准电压表一个电池组E、一个滑动变阻器R和几个待用

19、的阻值准确的定值电阻。该同学从上述具体条件出发，先将待改装的表C直接与电压表校准。请你画完图2方框中的校准电路图。由此可以判定，表C的内阻r是k。，满偏电流I是mA。若要将表ggC改装为量程是15V的电压表，应配备一个k。的电阻。答案：（1）BCFBCAE300略小于串19.7（2）如图所示；3.00.5027.0【解析】(1)半偏法测量表头内阻时，首先选择滑动变阻器(必须大于电路所需的最小电阻，根据电路的电压为电动势，电路的最大电流为表头的满偏电流，则最小电阻为60.2xl0-3=30KQ或1.50.2x10-3=7.5KQ,考虑到保护R0=1KQ,则可知调节滑动变阻器使表头满偏时滑动变阻器

20、的阻值分别接近29KQ或6.5KQ,电路图中R2是滑动变阻器，不能选择D和E只能选择F。表头满偏时滑动变阻器的阻值越大，实验的误差越小，所以电源选择电动势为6V的B,而且滑动变阻器F的阻值也满足调节所需。而R1是用来测量表头内阻的电阻箱只能选Co实验步骤为：第一步闭合S2(B)，第二步调节R2的阻值，使电流计满偏(C)，第三步闭合S1(A)，第四步调节叫的阻值，使电流计半偏(E)，第五步读出叫的示数为待测表头的内阻。叫的示数为待测表头的内阻是300.0KQ。闭合S后，电路的总电阻减小，当表头半偏时，赶路电流就大于表头的满偏电流，流过电阻箱的电流就大于流过表头的电流，所以电阻箱的阻值略小于表头内

21、阻。给表头串联一个电阻可以改装成电压表，改装电压表的内阻为U4R=f二=20KQ，则串联电阻大小为20KQ-300Q=19.7KQ。VI0.2x10-3g本实验时对改装电压表进行校准的，将改装电压表和标准电压表并联后要求电压从0到满偏变化，所以滑动变阻器采用分压接法。表头的刻度均匀。当表针恰好指到满量程的五分之二时，流过改装电压表的电流是0.4I，根据欧姆定律分别有g4=0.4I(r+17X103)和2=0.4I(r+7X103)gggg解得表头内阻为3.0KQ,满偏电流为：0.50mAU4量程是15V的改装电压表的内阻为R=丁=30KQ，所以改装时串联的VI0.2x10-3g定值电阻是30K

22、Q-3.0KQ=27.0KQ。例7.（2010天津卷9（3）要测量电压表V的内阻RV，其量程为2V,内阻约2KQ。实验室提供的器材有：电流表A,量程0.6A，内阻约0.1Q；电压表V2，量程5V,内阻为5KQ；定值电阻叫，阻值30Q；定值电阻R2，阻值为3KQ；滑动变阻器R3，最大阻值100Q，额定电流1.5A；电源E,电动势6V，内阻约0.5Q；开关S一个，导线若干。有人拟将待测电压表V1和电流表A串联接入电压合适的测量电路中，测出V的电压和电流，再计算出RV。该方案实际上不可行，其最主要的原因是请从上述器材中选择必要的器材，设计一个测量电压表V1内阻RV的实验电路。要求测量尽量准确，实验必

23、须在同一电路中，且在不增减元件的条件下完成。试画出符合要求的实验电路图（图中电源与开关已连接好），并标出所选元件的相应字母代号：由上问写出V1内阻RV的表达方式，说明式中各测量量的物理意义。答案：电流表A不能准确测量出流过电压表-的电流；测量电压表Vi内阻竹的实验电UR1_2UU21U表示的V1电压,U表示V和R串联的总电压。212路如图所示；Rv例8图5甲中E为电源，其电动势为化，R1为滑动变阻器，R2为电阻箱，A为电流表，用此电路经以下步骤可近似测量A的内阻RA。闭合S,断开S2,调节R1，使电流表数等于其量程I0;保持R1不变，闭合S2，调节R2，使电流表的读数等于仏，然后读出R2的值，

24、取R严R2。22A2（1）按图5甲中所示电路图在图5乙所给出的实物图中画出连接导线。真实值与测量值之差除以真实值作为测量结果的相对误差，即Ra-R2；试导出它与R2电源电动势E、电流表量程I0及电流内阻RA的关系式.若I0=lOmA，真实值RA约为30Q，要想使测量结果的相对误差不大于5%,电源电动势最小应为多少?解析本题是2001年全国高考题，它是用半偏法测量电流表内阻的实验再现.依据图所示的电路图，连线如图6所示由步骤得E一=I0R+R0RI2=0R+R2A21A由步骤得E-RRR+1R+RA2联立可解得J2=4RAREA2由相对误差的定义可知，真实值RA与测量值R2之差与真实值RA的比值

25、不大于5%,即应有RaR2W5%,由(2)知，即为弘RAW5%，将厶=10X10-3A、RA=30Q代入即可求得REA0A2E26V，即电源的电动势最小为6V。例9实验室内有一只指针在中间的灵敏电流表G,其刻度盘左右两侧的格数相等,每侧均为N格.它的满偏电流、满偏电压、内阻均未知，但已知满偏电流不超过100pA,内阻不超过1kQ.现要较准确地测量其满偏电流，可选用的器材如下：电流表A：量程为0.6A，内阻已知为RA=0.3Q；电压表V：量程为3V,内阻己知为Rv=30kQ；滑动变阻器R：总电阻50Q；电源E：电动势为3V,内阻很小，可忽略不计；开关S一个，导线若干.画出电路图，标明所选器材的符号所得的