高三物理复习能力提升 第10章 实验13 把电流表改装为电压表

实验十三把电流表改装为电压表考纲解读1.掌握电流表的三个参数，学会用“半偏法”测量电流表的内阻.2.学会把电流表改装为电压表．基本实验要求1．实验目的(1)了解电流表构造，明确满偏电流Ig，表头内阻Rg，满偏电压Ug的意义．(2)进一步理解串联的分压作用．(3)掌握把电流表改装为电压表的方法．(4)理解半偏法测电阻的原理．2．实验器材电流表、电阻箱、开关、电池组、滑动变阻器(大阻值)、标准电压表、导线．3．实验步骤(1)半偏法测电流表内阻①按照实验原理图甲所示的电路图连接成实验电路，开关S1、S2都处于断开状态，使滑动变阻器在电路中的阻值最大．②闭合开关S1，调节滑动变阻器使电流表的指针满偏．③闭合开关S2，调节电阻箱R′使电流表示数从满偏电流Ig减小到半偏电流eq\f(1,2)Ig，读出此时电阻箱的阻值R′，就是电流表的内阻rg.④断开电键．(2)改装电压表①计算出电流表改装成电压表需要串联的电阻值R1＝eq\f(U,Ig)－rg.②将电阻箱R′的阻值调到R1，与电流表串联构成量程为U的电压表．规律方法总结1．“半偏法”测电流表的内阻电路图如实验原理图甲所示，合上S1，调整滑动变阻器，使电流表恰好满偏；再闭合S2，调整R′，使电流表恰好半偏．当R≫R′时，rg＝R′.2．电流表改装为电压表，根据串联电阻分压的原理可知，把电流表串联一个电阻R组成电压表，二者承受的最大电压(改装后量程)U＝Ig(rg＋R)，或U＝Ug＋IgR.其阻值为：R0＝eq\f(U－Ug,Ig).其原理如实验原理图乙所示．3．校表(1)按如实验原理图丙所示的电路图连接电路，与标准电压表进行核对．改变滑动变阻器的滑片位置，使○V的示数分别为0、eq\f(U,4)、eq\f(U,2)、eq\f(3U,4)、U，并核对改装的电压表的示数是否正确．(2)R表＝nrg，其中n为eq\f(U,Ug)＝eq\f(U,Igrg)，所以nrg＝eq\f(U,Ig)＝R表．4．误差分析(1)在用半偏法测表头内阻的过程中，当闭合开关S2后，由于R′与电流表并联．R并<Rg，所以电路中的总电流比S2闭合前要大一些，即此时总电流I>Ig，导致流过电阻箱的电流IR′＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(I′－\f(1,2)Ig))>eq\f(1,2)Ig.因为eq\f(1,2)IgRg＝IR′R′，所以R′<Rg，即表头内阻的测量值小于真实值．(2)根据电流表改装为电压表的原理，与电流表串联的分压电阻阻值R＝eq\f(U,Ig)－Rg，由于内阻Rg的测量值小于真实值，使R的计算值偏大，所以改装后的电压表的量程U也偏大一些．

考点一实验步骤与误差分析例1图1是半偏法测定电流表内阻rg的电路图，图中的R实物用______，R′实物用____________．正确连接实物后，实验步骤如下：A．闭合开关S1，调整R的阻值，使电流表指针偏转到满刻度 图1B．断开S1，记下R′的值C．闭合开关S2，调整R和R′的阻值，使电流表指针偏转到满刻度的一半D．断开S1、S2，将R阻值调到最大上述__________项步骤有错误，应________才正确，改正后正确操作步骤的顺序编码为________，只有当R′比R________时才可认为rg＝R′，因为并入R′后电路的总电流会变________，故rg的真实值比R′要稍________．解析题图中的R应用滑动变阻器，R′用电阻箱，因为R是为了调整G，而R′是为了调整电流表半偏时读出电阻值．步骤C项有错误，R调整至G满偏后不能再动，闭合S2后，通过调整R′来使G达到半偏，这样rg＝R′.正确的操作顺序应为DACB；只有当R′比R小的多时，闭合S2后R′的接入对电路的影响才可忽略，从而近似认为rg＝R′，因为并入R′后电路总电阻变小故电流会变大，因此rg的真实值比R′要稍大．答案滑动变阻器电阻箱C只调整R′的阻值DACB小得多大大考点二对实验原理及实验方案的选取例2用半偏法测量电流表内阻的电路如图2所示．已知电流表的满偏电流Ig＝100μA.(1)有四位学生对图中电源电动势E及R1、R2的取值提出了下面四个不同的方案，最佳应选择______．A．E＝3V，R1为0～9999.9Ω的电阻箱，R2为0～999.9Ω的电阻箱图2B．E＝3V，R1为0～9999.9Ω的电阻箱，R2为0～9999.9Ω的滑动变阻器C．E＝1.5V，R1为0～999.9Ω的电阻箱，R2为0～9999.9Ω的电阻箱D．E＝1.5V，R1为0～9999.9Ω的电阻箱，R2为0～999.9Ω的滑动变阻器(2)某同学在一次实际操作中闭合S1(S2不闭合)，调节R1使电流表满偏，然后保持R1不变，闭合S2，调节R2＝50Ω时电流表读数为25μA，则此电流表的内阻为________．A．25Ω B．50Ω C．150Ω D．480Ω(3)图3用该电流表改装成一只两用表(如图3所示)，其中AB为改装后的电流表接线端，已知R1′＝0.03Ω.则改装后的电流表的量程为________A.解析(1)首先从原理上弄清两个电阻的作用，R1是为了使电流表满偏，而R2是为了测量电流表的内阻值，故R2必须是电阻箱，而R1可为电阻箱也可以是滑动变阻器；其次要考虑实验原理带来的误差，要使误差小，应尽可能使R1接入电路的电阻大，则要求电源电动势大，故选A.(2)R2与电流表并联，电压相同，则电流与电阻成反比，得出电流表内阻为150Ω.(3)由并联电路的规律可得：I＝I1＋Ig＝10－4A＋eq\f(10－4×150,0.03)A≈0.5A.答案(1)A(2)C(3)0.5例3一直流电压表○V，量程为1V，内阻为1000Ω.现将一阻值在5000Ω～7000Ω之间的固定电阻R1与此电压表串联，以扩大电压表的量程．为求得扩大后量程的准确性，再给定一直流电源(电动势E为6～7V，内阻可忽略不计)，一阻值R2＝2000Ω的固定电阻，两个单刀开关S1、S2及若干导线．(1)为达到上述目的，将图4连成一个完整的实验电路图．图4(2)连线完成以后，当S1与S2均闭合时，电压表的示数为0.90V；当S1闭合，S2断开时，电压表的示数为0.70V．由此可以计算出改装后电压表的量程为________V，电源电动势为________V.解析(1)实验电路如图所示(2)当S1与S2闭合时：eq\f(E,R1＋RV)·RV＝U1当S1闭合、S2断开时：eq\f(E,R1＋R2＋RV)·RV＝U2由以上两式得R1＝6000Ω，E＝6.3V改装后的电压表量程为Ug′＝eq\f(Ug,RV)(R1＋RV)＝7V答案(1)见解析图(2)76.31．一电压表由电流表G与电阻R串联而成，如图5所示．若在使用中发现此电压表的示数总是比准确值稍小一些，采取下列哪种措施可以加以改进 ()A．在R上串联一个比R小得多的电阻 图5B．换用比R大点儿的电阻C．换用比R小点儿的电阻D．在R上并联一比R大得多的电阻答案CD解析改装后的表示数稍小，说明通过表头的电流小，串联的电阻太大，要改进该表，只要能使串联电阻减小的方法均可．2．将两个相同的小量程电流表，分别改装成了一只电流表和一只电压表，某同学在做实验时将这两只表串联起来接入一正常发光的灯泡两端，则 ()A.表和表的指针偏角相同B.表和表的指针都不偏转C.表指针几乎不偏转，表指针有偏转D.表指针有偏转，表指针几乎不偏转答案C解析表针是否偏转，要看通过表头的电流，改装的电流表因并联了小电阻，而使通过表头的电流小，所以几乎不偏转；改装的电压表，是串联了电阻，所以可以偏转．3．如图6所示，用半偏法测电流表G内阻Rg，下列说法中正确的是 ()图6A．电键K1接通前，R1必须调节到高阻值处B．电键K2接通前，R2的阻值无需调节C．当电流表示数从满偏电流Ig调到半偏电流eq\f(Ig,2)时，R2中电流强度稍大于eq\f(Ig,2)D．R1阻值的大小，对实验误差没有影响答案ABC解析半偏法的步骤是①闭合K1，调节R1，使达到满偏；②闭合K2，调R2，使的示数变为eq\f(Ig,2)，此时R2的示数就是Rg.半偏法的前提是R1≫Rg，因而在实验前需将R1调到高阻值处，A正确．由于K2闭合前电流为Ig，闭合K2后，电路中总电阻要小，因而总电流要比Ig略大，因而C正确．4．一毫安表头满偏电流为9.90mA，内阻约为300Ω.要求将此毫安表头改装成量程为1A的电流表，其电路原理如图7所示．图中○A是量程为2A的标准电流表，R0为电阻箱，R为滑动变阻器，S为开关，E为电源．(1)完善下列实验步骤： 图7①将图8实物图按电路原理图连线；图8②将滑动变阻器的滑动头调至________端(填“a”或“b”)，电阻箱R0的阻值调至零；③闭合开关；④调节滑动变阻器的滑动头，增大回路中的电流，使标准电流表读数为1A；⑤调节电阻箱R0的阻值，使毫安表指针接近满偏，此时标准电流表的读数会________(填“增大”、“减小”或“不变”)；⑥多次重复步骤④⑤，直至标准电流表的读数为________，同时毫安表指针满偏．(2)回答下列问题：①在完成全部实验步骤后，电阻箱的阻值读数为3.1Ω，由此可知毫安表头的内阻为________．②用改装成的电流表测量某一电路中的电流，电流表指针半偏，此时流过电阻箱的电流为________A.③对于按照以上步骤改装后的电流表，写出一个可能影响它的准确程度的因素：________________________________________________________________________.答案(1)①实物图连线如图所示②b⑤减小⑥1A(2)①310Ω②0.495③例如：电阻箱和滑动变阻器的阻值不能连续变化；标准表和毫安表头的读数误差；电表指针偏转和实际电流的大小不成正比等解析由于电路采用限流式接法，所以开始时要使滑动变阻器阻值最大，即把触头调至b端，对于改装好的电流表它是一个量程为1A的电流表，原毫安表与电阻箱并联，则Ig·Rg＝(1－Ig)·R，所以Rg＝eq\f(1－0.0099,0.0099)×3.1Ω＝310Ω.改装后的电流表指针半偏，说明此时的总电流为0.5A，所以通过电阻箱的电流为0.5－eq\f(1,2)Ig＝0.495A.5．将满偏电流Ig＝300μA、内阻未知的电流表G改装成电压表并进行校对．(1)利用如图9所示的电路测量电流表G的内阻(图中电源的电动势E＝4V)．先闭合S1，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′，使电流表指针偏转到满刻度的eq\f(2,3)，读出此时R′的阻值为200Ω，则电流表内阻的测量值Rg＝______Ω. 图9(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＝________Ω的电阻．(3)把改装好的电压表与标准电压表进行校对，在图10中试画出实验电路图和实物连接图．图10答案(1)100(2)串联9900(3)见解析图解析(1)闭合S2后，电流表G与R′并联，流过电流表的电流为eq\f(2,3)Ig，则流过R′的电流为eq\f(1,3)Ig，由并联电路的分流特点知：Rg＝eq\f(1,2)R′＝100Ω.(2)将该表改装为量程为3V的电压表，需串联一个分压电阻R0，则R0＝eq\f(U－IgRg,Ig)＝eq\f(3－300×10－6×100,300×10－6)Ω＝9900Ω(3)6．用如图11所示仪器测量量程为800mV的电压表，内阻为RV，RV约为900Ω，某同学的实验步骤是：图11a．按电路图正确连接好电路．将滑动变阻器滑片移至最右端，电阻箱阻值调至最大．b．合上开关S1，打开开关S2，调节电阻箱R的阻值和滑动变阻器R1的滑片位置，使得电压表指针指到满刻度的一半．c．合上开关S1和S2，调节滑动变阻器R1的滑片位置，使电压表的指针指到满刻度．d．读出电阻箱接入电路中的电阻值R，即为电压表内阻RV的大小．e．断开开关S1和S2.可供选择的器材有：A．待测电压表：量程为800mV，内阻约为900ΩB．滑动变阻器：最大阻值200Ω，额定电流1AC．滑动变阻器：最大阻值10Ω，额定电流2AD．电阻箱：最大阻值999.9Ω，阻值最小改变量为0.1ΩE．电阻箱：最大阻值99.9Ω，阻值最小改变量为0.1ΩF．电池组：电动势约为12V，内阻约为1ΩG．导线和开关等按照这位同学的设计方法，回答下列问题：(1)为了使测量比较准确，除了电池组、导线、开关和待测电压表外，从上述器材中还应选用的器材是________(用器材前的序号字母表示)．(2)在这些器材的实物图上，用笔画线表示导线，连接成测量电路．(3)在上述实验步骤中，有遗漏或错误的步骤，请改于下面：________________________________________________________________________________________________________________________________________________，请将正确的实验步骤按合理的顺序排列________．(4)对于用上述方法测出的电压表内阻的测量值R测和真实值RV及测量误差，下列说法中正确的是 (