电流表内阻的测量

实验：电流表内阻测量方法汇总【编者按】电流表内阻测量是中学物理电学部分非常重要的内容，在历年高考中，实验部分电流表内阻的测量一直是经常考察的一部分这。部分内容学习平时要善于总结归，纳电学实验的特点，灵活运用各种方法。下边就具体讲解一下电流表内阻的测量主，要讲解七种电流表内阻测量的方法。灵敏电流表是用来测定电路中电流强度且灵敏度很高的仪表。它有三个参数：满偏电流Ig、满偏时电流表两端的电压Ug和内阻如果rgo一般灵敏电流表的Ig为几十微安到几毫安,rg为几十到几百欧姆,Ug=Igrg也很小。将电流表改装为其他电表时要测定它的内阻，根据提供的器材不同，可以设计出不同的测量方案。练习用多种方法测定电流表的内阻，可以培养学生思维的发散性、创造性、实验设计能力和综合实验技能。一、利用两个电流表法测电流表的内阻两个电流表法是利用两块电流表测电阻的一种方法，这一方法的创新思维是运用电流表测电压（或算电压），此方法适用于电压表不能用或没有电压表等情形。设计电路时除考虑电流表的量程外，还要考虑滑动变阻器分压与限流的连接方式。【例1】从下列器材中选出适当的实验器材，设计一个电路来测量电流表A1的内阻r1，要求方法简捷，有尽可能高的精确度，并测量多组数据。（1） 画出实验电路图：标明所用器材的代号。（2）若选取测量中的一组数据来计算r1，则所用的表达式r1= ，式中各符号的意义是：. 。器材（代号）与规格如下：电流表A1，量程10mA，内阻待测（约40Q）；电流表A2,量程500pA,内阻热，r2=750Q；电压表V,量程10V，内阻r2=10kQ电阻R1阻值约为100Q；滑动变阻器R2,总阻值约50Q；电池E,电动势1.5V，内阻很小；电键K,导线若干。分析：大多数考生看到此题，第一感觉考虑的就是伏安法，由于没有考虑电表的量程，当然做不正确。少数考生想到要满足“有尽可能高的精确度”的条件，认为电压U的测定，不能选量程是10V的电压表。因为电流表两端允许施加的最大电压约为0.4V因而电压表不能准确测出电流表的两端的电压，但由于缺乏创新精神，想不出其他方法，也做不正确。只有极少数有“安安”法新思路的考生才能做正确。解析：将电流表A2并联在电流表A1的两端，利用电流表测量电压；要满足“多测几组数据”，滑动变阻器R2采用分压接法；实验电路如图所示，其表达式r1=I2r2/I1,式中11、12、r1、r2分别表示通过电流表A1、A2的电流和它们的内阻。二、利用“加R”法测电流表的内阻“加R”法又叫“加保护电阻”法。在运用伏安法测电阻时，由于电压表或电流表的量程太小或太大，为了满足安全、精确的原则，加保护电阻的方法就应运而生，设计电路时不仅要考虑电压表和电流表的量程，还要考虑滑动变阻器分压与限流的连接方式。【例2】某电流表的内阻在0.1Q—0.2Q之间，现要测量其内阻，可选用的器材如下：待测的电流表A1（量程0.6A）；电压表V1（量程3V,内阻约2kQ）；滑动变阻器R1（最大电阻10Q）；定值电阻R2（阻值5Q）；电源E（电动势4V）电键S及导线若干。（1）画出实验电路图；（2）如测得电压表的读数为U,电流表的读数为I,则电流b表A1内阻的表达式为：RA= 。分析：许多考生读完此题，就知道实验原理是伏安法，由于设计电路时没有考虑电压表和电流表的量程，当然做不正确。少数考生想到电流表的内阻0.1Q—0.2Q之间，量程为0.6A，电流表上的最大电压为0.12V,因而电压表不能并联在电流表的两端，由于缺乏创新意识，也做不正确。只有极少数有“加R”法新理念的考生才能做正确，因为本题必须将一个阻值为5Q的定值电阻R2与电流表串联，再与电压表并联，才满足要求；再者量程为3V的电压表其量程虽然小于电源电动势（4V），但可在电路中接入滑动变阻器进行保护；滑动变阻器在本实验中分压与限流的连接方式均符合要求，但考虑限流的连接方式节能些，因而滑动变阻器采用限流的连接方式。故本题设计电路图如图所示；电流表A1内阻的表达式为：R二—-RAI2三、半偏法这种方法教材中已做介绍。中学物理实验中常测定J0415型电流表的内阻。此型号电流表的量程为0—200pA内阻约为500Q，实验电路如图所示。操作要点：按图连好电路，S2断开，S1闭合，调节变阻器R,使待测电流表G的指针满偏。再将S2也闭合，保持变阻器R接在电路中的电阻不变，调节电阻箱R/使电流表G的指针半偏。读出电阻箱的示值R/,则可认为rg"R/.实验原理与误差分析：认为S2闭合后电路中的总电流近似不变，则通过电阻箱的电流近似为Ig/2。所以电流表内阻与电阻箱的示值近似相等。实际上S2闭合后电路中的总电流要变大，所以通过电阻箱的电流要大于Ig/2，电阻箱的示值要小于电流表的内阻值。为了减小这种系统误差，要保证变阻器接在电路中的阻值R三100R/，从而使S闭合前后电路中的总电流基本不变。R越大，系统误差越小，但所要求的电源电动势越大。实验中所用电源电动势为8—12V，变阻器的最大阻值为60kQ左右。四、电流监控法实验中若不具备上述条件，可在电路中加装一监控电流表G/,可用与被测电流表相同型号的电流表。电源可用1.5V干电池，R用阻值为10kQ的滑动变阻器，如图所示。实验中，先将S2断开，S1接通，调节变阻器R的值，使被测电流表G指针满偏，记下监控表G/的示值Igo再接通S2,反复调节变阻器R和电阻箱R/,使G的指针恰好半偏，而G/的示值不变。这时电阻箱R/的示值即可认为等于G的内阻rg。这样即可避免前法造成的系统误差。用图所示电路测量电流表G的内阻，也可不用半偏法。将开关S1、S2均接通，读出被测电流表G的示值Ig、监控表G/的示值Ig、电阻箱的示值R/,则可用公式：五、代替法按图所示连接电路，G为待测电流表，G/为监测表，S1为单刀单掷开关，S2为单刀双掷开关。先将S2拨至与触点1接通，闭合S1,调节变阻器R,使监测表G/指针指某一电流值（指针偏转角度大些为好），记下这一示值。再将单刀双掷开关S2拨至与触点2接通，保持变阻器R的滑片位置不变，调节电阻箱R/,使监测表G/恢复原来的示值，则可认为被测电流表G的内阻等于电阻箱的示值。用这种方法，要求监测表的示值要适当大一些，这样灵敏度较高，测量误差较小。六、电压表法原则上得知电流表两端的电压U和通过它的电流I,就可以利用rg=U/I计算出它的内阻。但若测量J0415型电流表的内阻，满偏时它的电压才是0.1V，用J0408型电压表的3V量程测量，指针才偏转一个分度。这样因读数会引起很大的偶然误差。所以不宜用一般电压表直接测量电流表两端的电压。可用如图所示电路，将待测电流表G与电阻箱串联后再与电压表并联。闭合开关S，调节变阻器和电阻箱，使电流表和电压表的指针均有较大的偏转，读出电压表的示数U、电流表的示值I和电阻箱的示值R/,则据公式得出：电源要用2节干电池，电压表用3V量程，用最大阻值为1kQ左右的变阻