高三物理復(fù)習(xí)能力提升 第10章 實(shí)驗(yàn)13 把電流表改裝為電壓表

實(shí)驗(yàn)十三把電流表改裝為電壓表考綱解讀1.掌握電流表的三個(gè)參數(shù)，學(xué)會用“半偏法”測量電流表的內(nèi)阻.2.學(xué)會把電流表改裝為電壓表．基本實(shí)驗(yàn)要求1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)了解電流表構(gòu)造，明確滿偏電流Ig，表頭內(nèi)阻Rg，滿偏電壓Ug的意義．(2)進(jìn)一步理解串聯(lián)的分壓作用．(3)掌握把電流表改裝為電壓表的方法．(4)理解半偏法測電阻的原理．2．實(shí)驗(yàn)器材電流表、電阻箱、開關(guān)、電池組、滑動變阻器(大阻值)、標(biāo)準(zhǔn)電壓表、導(dǎo)線．3．實(shí)驗(yàn)步驟(1)半偏法測電流表內(nèi)阻①按照實(shí)驗(yàn)原理圖甲所示的電路圖連接成實(shí)驗(yàn)電路，開關(guān)S1、S2都處于斷開狀態(tài)，使滑動變阻器在電路中的阻值最大．②閉合開關(guān)S1，調(diào)節(jié)滑動變阻器使電流表的指針滿偏．③閉合開關(guān)S2，調(diào)節(jié)電阻箱R′使電流表示數(shù)從滿偏電流Ig減小到半偏電流eq\f(1,2)Ig，讀出此時(shí)電阻箱的阻值R′，就是電流表的內(nèi)阻rg.④斷開電鍵．(2)改裝電壓表①計(jì)算出電流表改裝成電壓表需要串聯(lián)的電阻值R1＝eq\f(U,Ig)－rg.②將電阻箱R′的阻值調(diào)到R1，與電流表串聯(lián)構(gòu)成量程為U的電壓表．規(guī)律方法總結(jié)1．“半偏法”測電流表的內(nèi)阻電路圖如實(shí)驗(yàn)原理圖甲所示，合上S1，調(diào)整滑動變阻器，使電流表恰好滿偏；再閉合S2，調(diào)整R′，使電流表恰好半偏．當(dāng)R?R′時(shí)，rg＝R′.2．電流表改裝為電壓表，根據(jù)串聯(lián)電阻分壓的原理可知，把電流表串聯(lián)一個(gè)電阻R組成電壓表，二者承受的最大電壓(改裝后量程)U＝Ig(rg＋R)，或U＝Ug＋I(xiàn)gR.其阻值為：R0＝eq\f(U－Ug,Ig).其原理如實(shí)驗(yàn)原理圖乙所示．3．校表(1)按如實(shí)驗(yàn)原理圖丙所示的電路圖連接電路，與標(biāo)準(zhǔn)電壓表進(jìn)行核對．改變滑動變阻器的滑片位置，使○V的示數(shù)分別為0、eq\f(U,4)、eq\f(U,2)、eq\f(3U,4)、U，并核對改裝的電壓表的示數(shù)是否正確．(2)R表＝nrg，其中n為eq\f(U,Ug)＝eq\f(U,Igrg)，所以nrg＝eq\f(U,Ig)＝R表．4．誤差分析(1)在用半偏法測表頭內(nèi)阻的過程中，當(dāng)閉合開關(guān)S2后，由于R′與電流表并聯(lián)．R并<Rg，所以電路中的總電流比S2閉合前要大一些，即此時(shí)總電流I>Ig，導(dǎo)致流過電阻箱的電流IR′＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(I′－\f(1,2)Ig))>eq\f(1,2)Ig.因?yàn)閑q\f(1,2)IgRg＝IR′R′，所以R′<Rg，即表頭內(nèi)阻的測量值小于真實(shí)值．(2)根據(jù)電流表改裝為電壓表的原理，與電流表串聯(lián)的分壓電阻阻值R＝eq\f(U,Ig)－Rg，由于內(nèi)阻Rg的測量值小于真實(shí)值，使R的計(jì)算值偏大，所以改裝后的電壓表的量程U也偏大一些．

考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)步驟與誤差分析例1圖1是半偏法測定電流表內(nèi)阻rg的電路圖，圖中的R實(shí)物用______，R′實(shí)物用____________．正確連接實(shí)物后，實(shí)驗(yàn)步驟如下：A．閉合開關(guān)S1，調(diào)整R的阻值，使電流表指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度 圖1B．?dāng)嚅_S1，記下R′的值C．閉合開關(guān)S2，調(diào)整R和R′的阻值，使電流表指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半D．?dāng)嚅_S1、S2，將R阻值調(diào)到最大上述__________項(xiàng)步驟有錯誤，應(yīng)________才正確，改正后正確操作步驟的順序編碼為________，只有當(dāng)R′比R________時(shí)才可認(rèn)為rg＝R′，因?yàn)椴⑷隦′后電路的總電流會變________，故rg的真實(shí)值比R′要稍________．解析題圖中的R應(yīng)用滑動變阻器，R′用電阻箱，因?yàn)镽是為了調(diào)整G，而R′是為了調(diào)整電流表半偏時(shí)讀出電阻值．步驟C項(xiàng)有錯誤，R調(diào)整至G滿偏后不能再動，閉合S2后，通過調(diào)整R′來使G達(dá)到半偏，這樣rg＝R′.正確的操作順序應(yīng)為DACB；只有當(dāng)R′比R小的多時(shí)，閉合S2后R′的接入對電路的影響才可忽略，從而近似認(rèn)為rg＝R′，因?yàn)椴⑷隦′后電路總電阻變小故電流會變大，因此rg的真實(shí)值比R′要稍大．答案滑動變阻器電阻箱C只調(diào)整R′的阻值DACB小得多大大考點(diǎn)二對實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)方案的選取例2用半偏法測量電流表內(nèi)阻的電路如圖2所示．已知電流表的滿偏電流Ig＝100μA.(1)有四位學(xué)生對圖中電源電動勢E及R1、R2的取值提出了下面四個(gè)不同的方案，最佳應(yīng)選擇______．A．E＝3V，R1為0～9999.9Ω的電阻箱，R2為0～999.9Ω的電阻箱圖2B．E＝3V，R1為0～9999.9Ω的電阻箱，R2為0～9999.9Ω的滑動變阻器C．E＝1.5V，R1為0～999.9Ω的電阻箱，R2為0～9999.9Ω的電阻箱D．E＝1.5V，R1為0～9999.9Ω的電阻箱，R2為0～999.9Ω的滑動變阻器(2)某同學(xué)在一次實(shí)際操作中閉合S1(S2不閉合)，調(diào)節(jié)R1使電流表滿偏，然后保持R1不變，閉合S2，調(diào)節(jié)R2＝50Ω時(shí)電流表讀數(shù)為25μA，則此電流表的內(nèi)阻為________．A．25Ω B．50Ω C．150Ω D．480Ω(3)圖3用該電流表改裝成一只兩用表(如圖3所示)，其中AB為改裝后的電流表接線端，已知R1′＝0.03Ω.則改裝后的電流表的量程為________A.解析(1)首先從原理上弄清兩個(gè)電阻的作用，R1是為了使電流表滿偏，而R2是為了測量電流表的內(nèi)阻值，故R2必須是電阻箱，而R1可為電阻箱也可以是滑動變阻器；其次要考慮實(shí)驗(yàn)原理帶來的誤差，要使誤差小，應(yīng)盡可能使R1接入電路的電阻大，則要求電源電動勢大，故選A.(2)R2與電流表并聯(lián)，電壓相同，則電流與電阻成反比，得出電流表內(nèi)阻為150Ω.(3)由并聯(lián)電路的規(guī)律可得：I＝I1＋I(xiàn)g＝10－4A＋eq\f(10－4×150,0.03)A≈0.5A.答案(1)A(2)C(3)0.5例3一直流電壓表○V，量程為1V，內(nèi)阻為1000Ω.現(xiàn)將一阻值在5000Ω～7000Ω之間的固定電阻R1與此電壓表串聯(lián)，以擴(kuò)大電壓表的量程．為求得擴(kuò)大后量程的準(zhǔn)確性，再給定一直流電源(電動勢E為6～7V，內(nèi)阻可忽略不計(jì))，一阻值R2＝2000Ω的固定電阻，兩個(gè)單刀開關(guān)S1、S2及若干導(dǎo)線．(1)為達(dá)到上述目的，將圖4連成一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)電路圖．圖4(2)連線完成以后，當(dāng)S1與S2均閉合時(shí)，電壓表的示數(shù)為0.90V；當(dāng)S1閉合，S2斷開時(shí)，電壓表的示數(shù)為0.70V．由此可以計(jì)算出改裝后電壓表的量程為________V，電源電動勢為________V.解析(1)實(shí)驗(yàn)電路如圖所示(2)當(dāng)S1與S2閉合時(shí)：eq\f(E,R1＋RV)·RV＝U1當(dāng)S1閉合、S2斷開時(shí)：eq\f(E,R1＋R2＋RV)·RV＝U2由以上兩式得R1＝6000Ω，E＝6.3V改裝后的電壓表量程為Ug′＝eq\f(Ug,RV)(R1＋RV)＝7V答案(1)見解析圖(2)76.31．一電壓表由電流表G與電阻R串聯(lián)而成，如圖5所示．若在使用中發(fā)現(xiàn)此電壓表的示數(shù)總是比準(zhǔn)確值稍小一些，采取下列哪種措施可以加以改進(jìn) ()A．在R上串聯(lián)一個(gè)比R小得多的電阻 圖5B．換用比R大點(diǎn)兒的電阻C．換用比R小點(diǎn)兒的電阻D．在R上并聯(lián)一比R大得多的電阻答案CD解析改裝后的表示數(shù)稍小，說明通過表頭的電流小，串聯(lián)的電阻太大，要改進(jìn)該表，只要能使串聯(lián)電阻減小的方法均可．2．將兩個(gè)相同的小量程電流表，分別改裝成了一只電流表和一只電壓表，某同學(xué)在做實(shí)驗(yàn)時(shí)將這兩只表串聯(lián)起來接入一正常發(fā)光的燈泡兩端，則 ()A.表和表的指針偏角相同B.表和表的指針都不偏轉(zhuǎn)C.表指針幾乎不偏轉(zhuǎn)，表指針有偏轉(zhuǎn)D.表指針有偏轉(zhuǎn)，表指針幾乎不偏轉(zhuǎn)答案C解析表針是否偏轉(zhuǎn)，要看通過表頭的電流，改裝的電流表因并聯(lián)了小電阻，而使通過表頭的電流小，所以幾乎不偏轉(zhuǎn)；改裝的電壓表，是串聯(lián)了電阻，所以可以偏轉(zhuǎn)．3．如圖6所示，用半偏法測電流表G內(nèi)阻Rg，下列說法中正確的是 ()圖6A．電鍵K1接通前，R1必須調(diào)節(jié)到高阻值處B．電鍵K2接通前，R2的阻值無需調(diào)節(jié)C．當(dāng)電流表示數(shù)從滿偏電流Ig調(diào)到半偏電流eq\f(Ig,2)時(shí)，R2中電流強(qiáng)度稍大于eq\f(Ig,2)D．R1阻值的大小，對實(shí)驗(yàn)誤差沒有影響答案ABC解析半偏法的步驟是①閉合K1，調(diào)節(jié)R1，使達(dá)到滿偏；②閉合K2，調(diào)R2，使的示數(shù)變?yōu)閑q\f(Ig,2)，此時(shí)R2的示數(shù)就是Rg.半偏法的前提是R1?Rg，因而在實(shí)驗(yàn)前需將R1調(diào)到高阻值處，A正確．由于K2閉合前電流為Ig，閉合K2后，電路中總電阻要小，因而總電流要比Ig略大，因而C正確．4．一毫安表頭滿偏電流為9.90mA，內(nèi)阻約為300Ω.要求將此毫安表頭改裝成量程為1A的電流表，其電路原理如圖7所示．圖中○A是量程為2A的標(biāo)準(zhǔn)電流表，R0為電阻箱，R為滑動變阻器，S為開關(guān)，E為電源．(1)完善下列實(shí)驗(yàn)步驟： 圖7①將圖8實(shí)物圖按電路原理圖連線；圖8②將滑動變阻器的滑動頭調(diào)至________端(填“a”或“b”)，電阻箱R0的阻值調(diào)至零；③閉合開關(guān)；④調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑動頭，增大回路中的電流，使標(biāo)準(zhǔn)電流表讀數(shù)為1A；⑤調(diào)節(jié)電阻箱R0的阻值，使毫安表指針接近滿偏，此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電流表的讀數(shù)會________(填“增大”、“減小”或“不變”)；⑥多次重復(fù)步驟④⑤，直至標(biāo)準(zhǔn)電流表的讀數(shù)為________，同時(shí)毫安表指針滿偏．(2)回答下列問題：①在完成全部實(shí)驗(yàn)步驟后，電阻箱的阻值讀數(shù)為3.1Ω，由此可知毫安表頭的內(nèi)阻為________．②用改裝成的電流表測量某一電路中的電流，電流表指針半偏，此時(shí)流過電阻箱的電流為________A.③對于按照以上步驟改裝后的電流表，寫出一個(gè)可能影響它的準(zhǔn)確程度的因素：________________________________________________________________________.答案(1)①實(shí)物圖連線如圖所示②b⑤減?、?A(2)①310Ω②0.495③例如：電阻箱和滑動變阻器的阻值不能連續(xù)變化；標(biāo)準(zhǔn)表和毫安表頭的讀數(shù)誤差；電表指針偏轉(zhuǎn)和實(shí)際電流的大小不成正比等解析由于電路采用限流式接法，所以開始時(shí)要使滑動變阻器阻值最大，即把觸頭調(diào)至b端，對于改裝好的電流表它是一個(gè)量程為1A的電流表，原毫安表與電阻箱并聯(lián)，則Ig·Rg＝(1－Ig)·R，所以Rg＝eq\f(1－0.0099,0.0099)×3.1Ω＝310Ω.改裝后的電流表指針半偏，說明此時(shí)的總電流為0.5A，所以通過電阻箱的電流為0.5－eq\f(1,2)Ig＝0.495A.5．將滿偏電流Ig＝300μA、內(nèi)阻未知的電流表G改裝成電壓表并進(jìn)行校對．(1)利用如圖9所示的電路測量電流表G的內(nèi)阻(圖中電源的電動勢E＝4V)．先閉合S1，調(diào)節(jié)R，使電流表指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度；再閉合S2，保持R不變，調(diào)節(jié)R′，使電流表指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的eq\f(2,3)，讀出此時(shí)R′的阻值為200Ω，則電流表內(nèi)阻的測量值Rg＝______Ω. 圖9(2)將該表改裝成量程為3V的電壓表，需________(填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”)阻值為R0＝________Ω的電阻．(3)把改裝好的電壓表與標(biāo)準(zhǔn)電壓表進(jìn)行校對，在圖10中試畫出實(shí)驗(yàn)電路圖和實(shí)物連接圖．圖10答案(1)100(2)串聯(lián)9900(3)見解析圖解析(1)閉合S2后，電流表G與R′并聯(lián)，流過電流表的電流為eq\f(2,3)Ig，則流過R′的電流為eq\f(1,3)Ig，由并聯(lián)電路的分流特點(diǎn)知：Rg＝eq\f(1,2)R′＝100Ω.(2)將該表改裝為量程為3V的電壓表，需串聯(lián)一個(gè)分壓電阻R0，則R0＝eq\f(U－IgRg,Ig)＝eq\f(3－300×10－6×100,300×10－6)Ω＝9900Ω(3)6．用如圖11所示儀器測量量程為800mV的電壓表，內(nèi)阻為RV，RV約為900Ω，某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)步驟是：圖11a．按電路圖正確連接好電路．將滑動變阻器滑片移至最右端，電阻箱阻值調(diào)至最大．b．合上開關(guān)S1，打開開關(guān)S2，調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值和滑動變阻器R1的滑片位置，使得電壓表指針指到滿刻度的一半．c．合上開關(guān)S1和S2，調(diào)節(jié)滑動變阻器R1的滑片位置，使電壓表的指針指到滿刻度．d．讀出電阻箱接入電路中的電阻值R，即為電壓表內(nèi)阻RV的大小．e．?dāng)嚅_開關(guān)S1和S2.可供選擇的器材有：A．待測電壓表：量程為800mV，內(nèi)阻約為900ΩB．滑動變阻器：最大阻值200Ω，額定電流1AC．滑動變阻器：最大阻值10Ω，額定電流2AD．電阻箱：最大阻值999.9Ω，阻值最小改變量為0.1ΩE．電阻箱：最大阻值99.9Ω，阻值最小改變量為0.1ΩF．電池組：電動勢約為12V，內(nèi)阻約為1ΩG．導(dǎo)線和開關(guān)等按照這位同學(xué)的設(shè)計(jì)方法，回答下列問題：(1)為了使測量比較準(zhǔn)確，除了電池組、導(dǎo)線、開關(guān)和待測電壓表外，從上述器材中還應(yīng)選用的器材是________(用器材前的序號字母表示)．(2)在這些器材的實(shí)物圖上，用筆畫線表示導(dǎo)線，連接成測量電路．(3)在上述實(shí)驗(yàn)步驟中，有遺漏或錯誤的步驟，請改于下面：________________________________________________________________________________________________________________________________________________，請將正確的實(shí)驗(yàn)步驟按合理的順序排列________．(4)對于用上述方法測出的電壓表內(nèi)阻的測量值R測和真實(shí)值RV及測量誤差，下列說法中正確的是 (