高考物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)13把電流表改裝成電壓表

1、實(shí)驗(yàn)十三 把電流表改裝成電壓表第一關(guān)：基礎(chǔ)關(guān)展望高考基 礎(chǔ) 知 識(shí) (一)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)會(huì)測(cè)量電表內(nèi)阻的方法半偏法;2.把小量程的電流表改裝為電壓表并把改裝的電壓表跟標(biāo)準(zhǔn)電壓表進(jìn)行校準(zhǔn);3.學(xué)會(huì)使用電阻箱.(二）實(shí)驗(yàn)原理1.沒經(jīng)改裝的小量程電流表G，其最大量程Ig一般從幾十微安到幾毫安，電流表的內(nèi)阻Rg一般也在100 左右，因此電流表允許加上的最大電壓Ug=Ig5Rg是一個(gè)比較小的電壓.2.要想測(cè)量大的電壓,就需要把電流表G改裝,根據(jù)串聯(lián)電阻的分壓作用,給電流表串聯(lián)一個(gè)阻值較大的電阻,從而限制流過(guò)電流表的電流不超過(guò)其滿偏電流,這樣把電流表及與其串聯(lián)的電阻一起作為電壓表,則該電壓表可以測(cè)量較高電

2、壓.(三)實(shí)驗(yàn)儀器小量程電流表,電阻箱,開關(guān)(兩個(gè)),標(biāo)準(zhǔn)電壓表,滑動(dòng)變阻器,學(xué)生電源.(四)實(shí)驗(yàn)步驟1.半偏法測(cè)量電流表的內(nèi)電阻Rg,先按如圖所示電路圖連接電路,斷開S2,接通S1,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值R,使電流表的指針達(dá)到滿偏為止;再接通S2,調(diào)整電阻箱R的阻值,使電流表的指針恰好偏轉(zhuǎn)到滿偏的一半,讀出電阻箱R的阻值,就是電流表的內(nèi)電阻Rg. 2.將電流表改裝為電壓表,改裝量程為UV的電壓表,按公式Rx=UV/Ig-Rg計(jì)算分壓電阻Rx的值.按下圖把電流表和電阻箱串聯(lián)起來(lái),選用電阻箱的阻值R等于分壓電阻Rx的值.改裝后的電壓表表盤的刻度值,按公式U=IUm/Ig來(lái)計(jì)算.其中Um是改裝后電壓

3、表的量程.3.改裝后的電壓表跟標(biāo)準(zhǔn)電壓表校準(zhǔn).(1)按下圖連接電路. (2)閉合開關(guān)S,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片,使改裝的電壓表的讀數(shù)分別是0.5 V,1.0 V,1.5 V,2.0 V等,看標(biāo)準(zhǔn)電壓表的讀數(shù)是否與它一致.(3)改裝的電壓表的讀數(shù)是滿刻度Um時(shí),看標(biāo)準(zhǔn)電壓表的讀數(shù)U0,計(jì)算滿刻度時(shí)的百分誤差為=×100%.例如改裝的電壓表在滿刻度3 V時(shí),標(biāo)準(zhǔn)電壓表的讀數(shù)為3.1 V,則該電壓表滿刻度時(shí)的百分誤差=×100%=3.2%.(五）注意事項(xiàng)1.滑動(dòng)變阻器的阻值很大，在閉合S1前，其阻值應(yīng)調(diào)至最大.2.電阻箱R不能用滑動(dòng)變阻器替代.3.在S2閉合后,不能再調(diào)節(jié)R,以保持電

4、路中總電流不變.4.測(cè)電表內(nèi)阻時(shí),必須確保RR.5.校對(duì)改裝的電表時(shí),要從零開始連續(xù)校對(duì),則滑動(dòng)變阻器必須接成分壓式.6.弄清改裝后電流表的表盤上刻度示數(shù)的大小.(六)實(shí)驗(yàn)誤差的來(lái)源與分析1.本實(shí)驗(yàn)存在系統(tǒng)誤差,只有當(dāng)RR時(shí),才有rg=R.2.由于電流表允許通過(guò)的電流太小,也影響了實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性.3.R使用電阻箱,阻值調(diào)節(jié)本身就不連續(xù),也是誤差來(lái)源之一.第二關(guān)：技法關(guān)解讀高考解 題 技 法一、電流表改裝成電壓表技法講解如圖所示，電流表的基本參量為Ug、Rg、Ig，與R串聯(lián)后，最大電壓為：U=Ig（Rg+R），（U=nUg，設(shè)n為擴(kuò)大倍數(shù)）即R=（n-1）Rg.典例剖析例1有一電流表,內(nèi)阻

5、Rg=100 ,滿偏電流Ig=3 mA,現(xiàn)將它改裝為6 V的電壓表,如何改裝?解析：Ug=IgRg=0.3 V，n= =20R=(n-1)Rg=1900 ，即串聯(lián)R=1900 的電阻.二、把電流表擴(kuò)大量程技法講解如圖所示,由并聯(lián)電阻分流的原理可知,(I0-Ig)/Ig=Rg/RxRx=IgRg/（I0-Ig）（設(shè)I0=nIg）Rx=即量程擴(kuò)大n倍，需并聯(lián)Rx=的電阻.典例剖析例2已知電流表的內(nèi)阻Rg=120 ,滿偏電流Ig=3 mA,要把它的量程改為0.6 A,應(yīng)并聯(lián)多大的電阻?解析：n= =200Rx= = =0.6 .三、用半偏法測(cè)電流表的內(nèi)阻技法講解用恒流半偏法測(cè)電流表的內(nèi)阻（1）按如圖

6、所示連接電路（閉合開關(guān)前，先將滑動(dòng)變阻器R觸頭位置移至最左端，使其連入電路的有效電阻最大，以免損壞電表）.閉合開關(guān)S1,緩慢移動(dòng)觸頭,使電流表指針指在滿偏刻度.再閉合S2,改變電阻箱R的阻值,使電流表指針指在Ig/2刻度處,記下此時(shí)電阻箱的阻值R,則Rg=R(注意事項(xiàng):必須確保R遠(yuǎn)大于R,以減小閉合S2時(shí)對(duì)總電流的影響.在S2閉合后,一定不能再移動(dòng)變阻器R,以保持電路中的總電流不變).(2）誤差分析根據(jù)閉合電路歐姆定律和串,并聯(lián)電路的特點(diǎn),當(dāng)閉合開關(guān)S2,調(diào)整R使電流表半偏時(shí),回路中的總電阻減小,總電流I>Ig,故流過(guò)R的實(shí)際電流比流過(guò)電流表的電流大(大于z).因此Rg>R,即R測(cè)

7、<R真.(3)減小誤差的措施I=,Ig=,因R并<Rg,欲使IIg,則要求Rr+Rg,而R是一個(gè)大電阻,無(wú)法使用一般的滑動(dòng)變阻器,應(yīng)采用阻值較大的變阻器.因?yàn)镽g=R,故R應(yīng)選用最大阻值大于Rg的電阻箱.典例剖析例3利用如圖所示的電路,采用半偏法可測(cè)定電流表的內(nèi)阻rg.設(shè)R為電流表滿偏時(shí)電阻箱R的阻值(S2不閉合);R為半偏時(shí)電阻箱R的阻值,I為電流表半偏時(shí)的干路電流(S2閉合).當(dāng)R100R時(shí),試證明:rg=R.解析：由閉合電路歐姆定律得I=E/（R+rg）I=E/R+rgR/(rg+R)又(I-I/2)R=Irg/2由得:rg=RR/(R-R)=R/(1-R/R)當(dāng)R100R時(shí)

8、,R/R故rgR.第三關(guān)：訓(xùn)練關(guān)笑對(duì)高考隨 堂 訓(xùn) 練1.測(cè)定電流表內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)中備用的器材有A.待測(cè)電流表（量程0100 A)B.標(biāo)準(zhǔn)電壓表（量程05 V)C.電阻箱（阻值范圍09 999 )D.可變電阻（阻值范圍0100 k)E.干電池（1.5 V，內(nèi)阻0.5 )F.干電池組（6 V，內(nèi)阻1.6 )如果采用如圖所示的電路測(cè)定電流表的內(nèi)電阻，并且要求測(cè)量有較高的精度，那么從以上備用器材中，電阻應(yīng)選用_ ，電阻應(yīng)選用 _，電源應(yīng)選用 _解析：R須用阻值較大的可以調(diào)節(jié)的電阻即選用D；R必須用電阻箱，即選C；因?yàn)橐獜纳厦孀x出數(shù)據(jù)，為了提高精確度，應(yīng)選用電動(dòng)勢(shì)較高的電源，即選F.答案：DCF2.現(xiàn)有

9、一塊59C2型的小量程電流表G（表頭），滿偏電流為50 A，內(nèi)阻約為800850 ，把它改裝成1 mA,10 mA的兩量程電流表.可供選擇的器材有：滑動(dòng)變阻器R1，最大阻值20 ；滑動(dòng)變阻器R2，最大阻值100 k；電阻箱R最大阻值9 999 ；定值電阻R0，阻值1 k;電池E1，電動(dòng)勢(shì)1.5 V；電池E2，電動(dòng)勢(shì)3.0 V；電池E3，電動(dòng)勢(shì)4.5 V；（所有電池內(nèi)阻均不計(jì)）標(biāo)準(zhǔn)電流表A，滿偏電流1.5 mA;單刀單擲開關(guān)S1和S2，單刀雙擲開關(guān)S3，電阻絲及導(dǎo)線若干.（）采用如圖（）所示電路測(cè)量表頭的內(nèi)阻，為提高測(cè)量精確度，選用的滑動(dòng)變阻器為 _；選用的電池為 _（）將改裝成兩量程電流表現(xiàn)有

10、兩種備選電路，如圖（）和圖（），_ 為合理電路，另一電路不合理的理由是_（）將改裝后的電流表與標(biāo)準(zhǔn)電流表逐格進(jìn)行核對(duì)（僅核對(duì)量程），畫出所用電路圖，圖中待核對(duì)的電流表符號(hào)用來(lái)表示解析：（1）采用圖1測(cè)表頭內(nèi)阻，是利用半偏法來(lái)測(cè)量，滑動(dòng)變阻器阻值應(yīng)遠(yuǎn)大于表頭內(nèi)阻，故應(yīng)選R2，當(dāng)表頭滿偏時(shí)，回路總電阻R總=，E= =50×10-6×100×103 V=5 V,E3=4.5 V與5 V較接近，故應(yīng)選電池E3.（2）見答案（3）與應(yīng)串聯(lián)，才能逐一核對(duì)兩表讀數(shù)，要逐格進(jìn)行核對(duì)，則電流表的電流應(yīng)從0逐漸變化到最大，只有用分壓電路才能達(dá)到上述要求，為保護(hù)電流表的安全，應(yīng)在兩電流

11、表的電路上串聯(lián)一個(gè)定值電阻R0，因電流表滿偏電流為1 mA,與的內(nèi)阻均約100 ，要在調(diào)節(jié)R1時(shí)盡量在一個(gè)較大范圍滑動(dòng)，則電流表所在支路兩端電壓最大值接近電源電動(dòng)勢(shì)E，故E=Im·（R0+RA+RA)=1×10-3×(1 000+100+100) V=1.2 V，故應(yīng)選電池E1.答案：（1）R2（或最大阻值100 k）；E3（或電動(dòng)勢(shì)4.5 V)（2）圖（3）電路在通電狀態(tài)下，更換量程會(huì)造成兩分流電阻都未并聯(lián)在表頭兩端，以至流過(guò)表頭的電流超過(guò)其滿偏電流而損壞（3）如下圖所示3.現(xiàn)有一電流表G，滿偏電流Ig=3 mA.（1）把它改裝成量程為3 V的電壓表，需測(cè)量出電

12、流表的內(nèi)阻Rg.在虛線框中畫出利用半偏法測(cè)量Rg的電路圖.敘述操作步驟：_.對(duì)改裝后的電壓表，下列說(shuō)法正確的是_.A.允許通過(guò)的最大電流增大了B.刻度盤刻度不均勻了C.原電流表G自身的電阻增大了D.使用時(shí)，加在原電流表G兩端電壓的最大值不能增大（2）把改裝的電壓表跟標(biāo)準(zhǔn)電壓表進(jìn)行核對(duì)，在實(shí)線方框中畫出核對(duì)電路圖.（3）通過(guò)以上問題的研究，請(qǐng)你談?wù)劺硐牖姳砗头抢硐牖姳淼膮^(qū)別.解析：本題以小量程電流表的改裝原理為核心，把理論和實(shí)驗(yàn)合并，且融入含理想電表的電路與含非理想電表的電路的分析和測(cè)量問題.這樣設(shè)計(jì)打破了原有的復(fù)習(xí)模式，符合新課標(biāo)對(duì)學(xué)生的要求，有助于培養(yǎng)學(xué)生利用已學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力.

13、答案：（1）如圖甲所示.合上開關(guān)S1，調(diào)整R的阻值，使電流表指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度；合上開關(guān)S2，調(diào)整R的阻值，使電流表指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半;讀取R的值即為電流表內(nèi)阻Rg.D（2）如圖乙所示.（3）在大多數(shù)情況下，電壓表和電流表都被看作理想的，即電壓表內(nèi)阻無(wú)窮大，電流表內(nèi)阻為零，此時(shí)電表對(duì)電路是沒有影響的.但是在某些題目中的電表并不是理想的（特別是實(shí)驗(yàn)性問題），這時(shí)的電表既是一個(gè)測(cè)量?jī)x表，又是連接在電路中的一個(gè)電阻，電流表讀數(shù)給出了通過(guò)核表內(nèi)阻RA的電流強(qiáng)度，電壓表讀數(shù)給出了內(nèi)阻RV兩端的電壓.計(jì)算電路中的電阻時(shí)，應(yīng)將非理想電表的內(nèi)阻也計(jì)算在內(nèi).4.為了測(cè)量一量程為3 V的電壓表的內(nèi)阻RV（約幾千

14、歐），某同學(xué)采用了如圖甲所示的電路，利用“半偏法”進(jìn)行測(cè)量，電路中電阻箱R0的最大值為9999 ，滑動(dòng)變阻器R的最大阻值為50 .（1）按圖甲所示將圖乙所給的實(shí)物連成測(cè)量電路.（2）該同學(xué)測(cè)量電壓表的內(nèi)阻時(shí)，其實(shí)驗(yàn)步驟為：A.將電阻箱R0的阻值調(diào)到零；B.閉合開關(guān)S；C.連接好電路，注意斷開開關(guān)S；D.把滑動(dòng)變阻器R的滑片P滑到b端；E.調(diào)節(jié)電阻箱R0的阻值，使電壓表的示數(shù)為1.5 V;F.調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R，使電壓表的示數(shù)為3 V；G.記下此時(shí)電阻箱R0的阻值.上述實(shí)驗(yàn)步驟合理的順序?yàn)開.（3）若所記電阻箱R0的阻值為6 k，則用此法測(cè)得的電壓表內(nèi)阻是_k，其測(cè)量結(jié)果與其真實(shí)值相比_（填“偏大

15、”、“偏小”或“相等”）.（4）若將此電壓表改裝成量程為15 V的電壓表，需_聯(lián)一個(gè)阻值為k的電阻_.解析：本題實(shí)質(zhì)上是半偏法測(cè)電阻的拓展，將R0調(diào)為零，調(diào)節(jié)P的位置，使電壓表滿偏；之后，必須保持P的位置不變而調(diào)節(jié)R0使電壓表半偏，則可認(rèn)為RV=R0.另改裝成電壓表時(shí)，可從R串=（n-1)Rg入手進(jìn)行計(jì)算,其中n為電壓量程的擴(kuò)大倍數(shù).答案：（1）見下圖（2）CDABFEG（3）6偏大（4）串24點(diǎn)評(píng)：本實(shí)驗(yàn)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是，在調(diào)節(jié)R0時(shí)，應(yīng)保持P的位置不再變化；以確保加在P,b之間的電壓不再變化，事實(shí)上，即使不改變P的位置，當(dāng)調(diào)節(jié)R0時(shí)，伏特表與R0支路的總電阻已經(jīng)增大，總電流減小，加在P、b間

16、的電壓增大，當(dāng)伏特表半偏時(shí)，R0上的電壓實(shí)際上已大于伏特表上的電壓，故測(cè)量值偏大.5.有一電流表,量程為1 mA，內(nèi)阻rg約有100 .要求測(cè)量其內(nèi)阻.可選用的器材有：電阻箱R0，最大阻值為99999.9 ；滑動(dòng)變阻器甲，最大阻值為10 k；滑動(dòng)變阻器乙，最大阻值為2 k；電源E1，電動(dòng)勢(shì)約為2 V,內(nèi)阻不計(jì)；電源E2，電動(dòng)勢(shì)約為6 V，內(nèi)阻不計(jì)；開關(guān)2個(gè)，導(dǎo)線若干.采用的測(cè)量電路圖如圖所示，實(shí)驗(yàn)步驟如下：a.斷開S1和S2，將R調(diào)到最大；b.合上S1，調(diào)節(jié)R使?jié)M偏；c.合上S2,調(diào)節(jié)R1使半偏，此時(shí)可以認(rèn)為的內(nèi)阻rg=R1.試問：（1）在上述可供選擇的器材中，可變電阻R1應(yīng)該選擇_，為了使測(cè)量盡量精確，可變電阻R應(yīng)該選擇_，電源E應(yīng)該選擇_.（2）認(rèn)為內(nèi)阻rg=R1,此結(jié)果與rg的真實(shí)值相比_（填“偏大”、“偏