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人教版高中物理选修3-1实验把电流表改装为电压表半偏法2.docx

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高中物理学习材料

唐玲收集整理

实验 把电流表改装为电压表

【实验目的】

1.知道用“半偏法”测电流表内阻的原理. 2.会根据实验原理选择实验所需器材.

【实验原理】

一个电流表有两个参量,即g g R I 和,其额定电压为g g g R I U =,由于g I 很小(几百微安~几十毫安),g R 通常为几百欧姆,故g U 比较小.为测量较大的电压值,可在电流表上串联一个大阻值的电阻1R ,把1R 作为电流表内阻的一部分,这样的电流表就可分担较大的电压,改装后作为电压表使用.如实验图8-1所示.

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说明:①电流表的满偏电流g I 可从表盘上直接读出.

②电流表的内阻g R 可用“半偏法”测出,电路如实验图8-2所示.

测量原理:电阻箱R ′未接入电路时,调节R 的大小,使电流表满偏,闭合2S 后,R 大小不变,改变电阻箱R ′的阻值,使电流表半偏.由于g I 很小,则R 的值很大,在开关2S 闭合前后,线路上的总阻值变化很小,我们就认为不变,因此干路上的电流g I 也不变,当电流表的指针半偏时,流过电阻箱R ′的电流与通过电流表的电流相等,则

g R 'R =.

注意:

①电位器的阻值很大,在闭合1S 前,其阻值应调至最大. ②电阻箱R ′不能用变阻器替代.

③测电流表内阻时,在2S 闭合后,不能再调节R ,以保持电路中总电流不变. ④测电流表内阻时,必须确保R>>R ′. 【实验器材】

电流表、电位器、电阻箱、电源、开关(两个)标准电压表及导线若干. 【实验步骤】

(1)按实验图8-2连接好电路.

(2)利用“半偏法”测出电流表的内阻g R .

(3)若要改装成量程为U 的电压表,据g

I U

R =

总知,电流表需串联的电阻g g

1R I U

R -=

. (4)利用实验图8-3所示电路,对改装的电压表进行校对.

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注意:①校对改装的电表时,若要从零开始连续校对,则变阻器必须接成分压式.

②弄清改装后电流表的表盘上刻度示数的大小.

③相对误差的计算式为

%100U |

U U |?-真

改真.

【误差分析】

利用“半偏法”测出电流表内阻'R R g =,事实上当2S 闭合后电路结构已发生变化,导致线路总电阻总R 减小,由闭合电路的欧姆定律r

R E

I +=

知,线路上的电流增大,当流过电流表的电流为2/I g 时,流过电阻箱的电流大于2/I g ,故知g R 'R <,即“半偏法”把电流表的内阻测小了.

内阻较小的电流表改装成电压表后,电压表内阻的真实值比计算值大,故改装量程偏大.

【经典例题】

例1、实验图8-4是“半偏法”测电流表内阻g R 的电路图,图中R 是__________,R ′是__________,正确连接后,实验步骤如下:

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A .合上开关1S ,调整R 的阻值,使电流表指针偏转满刻度

B .断开1S ,记下R ′的阻值

C .合上开关2S ,调整R 和R ′的阻值,使电流表指针偏转到正好是满刻度的一半

D .断开21S S 、,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'R R g =,因为并入R ′后

电路的总电流会变__________,故g R 的真实值比R ′要稍__________.

分析:图中的R 应为电位器,R ′是电阻箱,因为R 是为调整满偏,而R ′是为了调整电流表半偏时读出电阻值.

步骤C 中有错误,R 调整至G 满偏后不能再动,闭合2S 后,通过调整R ′来使G 达到半偏,这样'R R g =.

正确顺序应为DACB ;只有当R ′比R 小的多时,闭合2S 后R ′的接入对电路的影响才可忽略,从而近似认为'R R g =.因为并入R ′后电路总电阻变小故电流会变大,因此g R 的真实值比R ′要稍大.

答案:电位器 电阻箱 C 只调整R ′的阻值 DACB 小得多 大 大 例2 用半偏法测电流表G 内阻g R ,如实验图8-5所示,将下列说法中正确的选出来( ).

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A .开关1S 接通前,R 必须调节到高阻值处

B .开关2S 接通后,R 的阻值无需调节

C .当电流表示数从满偏电流g I 调到半偏电流2/I g 时,R ′中电流稍大于2/I g

D .R 阻值的大小,对实验误差没有影响

分析:半偏法的步骤是:①闭合1S ,调节R ,使达到满偏;②闭合2S ,调R ′,

使的示数变为

2

I g ,此时R ′的示数等于g R .半偏法的前提是g R R >>,因而在实验

前需将R 调到高阻值处,A 、B 正确.由于2S 闭合前电流为g I ,闭合2S 后,电路中总电阻要变小,因而总电流要比g I 略大,因而C 正确.

答案:A 、B 、C .

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评注:在1S 闭合前R 调到高阻值处,目的有两个:①是实验条件所需;②是闭合S 后,避免的示数超过满偏,烧坏电流表.由于g R 'R R +>>,闭合2S 后,的示数为2/I g ,R ′的电流比2/I g 略大,故可认为'R R g ≈.

例3、电压表由电流表G 与电阻R 串联而成.如实验图8-6所示,若在使用中发现此电压表的凑数总比准确值稍小一些,采用下列哪种措施可能加以改进( ).

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A .在R 上串联一比R 小得多的电阻

B .在R 上串联—比R 大得多的电阻

C .在R 上并联一比R 小得多的电阻

D .在R 上并联一比R 大得多的电阻

分析:本题主要考察并联电路分流作用在电表改装上的作用.根据题意,在R 上并联一个比R 大得多的电阻使电流表中的电流稍有增加,这样G 表示数稍有增大.

答案:D .

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评注:电流表和电压表指针能够偏转的原因是表中有电流通过,并且所通电流与指针偏转角度成正比.该题中电压表读数总是略小一些,说明通过的电流略小,应略微减小电压表内阻,因此选D .

例4、两个电压表甲、乙是由完全相同的电流表改装成的,它们的量程分别为5V ,15V ,为了测量15V ~20V 的电压,把甲、乙串联使用,则两表的( )

A .读数相同

B .指针偏转角度相同

C .读数正比于表的内阻

D .指针偏转角度正比于表的内阻

分析:电流表改装成电压表以后,表头的内阻g r 并没有变化,其量程也没有发生变化,两电压表中因电流相同,故两表指针偏转角度相同;而读数是整个电表内阻分压所决定,表盘是改装后的刻度值,故读数正比于表的内阻(表头内阻g R 与分压电阻

之和).

答案:BC .

例5、实验图8-7是改装成的电压表和标准表校对的电路图,实验图8-8是实物图.

(1)按照电路图在实物图上连线.

(2)在校准中,读得标准表的满刻度读数为6V ,而改装表的读数却为5.9V ,那么改装的电压表相对于满刻度的百分误差为多少?

分析:(1)略.

(2)改装表相对于满刻度的百分误差为:

%671%1006

|

956|%100U |U U |..=?-=

?-真

真.

例6、一量程为100μA 的电流表,内阻为100Ω,现串联一个9900Ω的电阻将它改装为电压表,该电压表的量程是__________V .用它来测量电压,表盘指针位置如实验图8-9所示,此时电压的大小为__________V .

分析:电流表与一较大阻值的电阻串联即可改装成为一电压表. 解:根据g

g

g I R I U R -=

,有:V 1V )9900100(10R I R I U 4g g g =+?=+=-.

此时指针所表示的电压为0.8V

评注:电表改装,要分清电压表需串联还是并联电阻,然后再用部分电路欧姆定

律知识来解决.

【同步练习】

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1.如实验图8-10所示是电阻箱的面板示意图,下列说法正确的是( ).

A .该电阻箱的最大电阻为99999.9Ω

B .除“0”以外,该电阻箱的最小阻值为0.1Ω

C .若面板上各旋钮的位置如图所示,这个电阻箱此时A 、B 间的阻值是20463.9Ω

D .若面板上各旋钮的位置如图所示,这个电阻箱此时A 、B 间的阻值是204639Ω

2.用“半偏法”测电流表的内阻实验中,如实验时要进行的步骤有:

A .合上1S

B .合上2S

C .将R 的阻值调到最大

D .调节R ,使电流表指针偏到满刻度

E .记下R ′的阻值

F .调节R ′,使电流表指针偏到满刻度一半

把以上步骤的字母代号按实验的合理顺序填在横线上:__________.

如果在步骤E 中所得R ′的阻值为600Ω,则电流表的内阻g r 的测量值为__________Ω.

3.用“半偏法”测电流表的内阻时,备用的器材有: A .电流表(量程0~

100μA) B .标准电压表(量程0~5V)

C .电阻箱(阻值范围0~9999Ω)

D .电阻箱(阻值范围0~99999Ω)

E .电源(电动势2V ,有内阻)

F .电源(电动势6V ,有内阻)

G .滑动变阻器(阻值范围0~50Ω,额定电流1.5A)

H .若干开关和导线

如果想得到较高的精确度,在以上备用的器材中,变阻器R 应选用__________;电阻箱R ′应选用__________;电源应选用__________.

4.现有一块59C2型的小量程电流表G (表头),满偏电流为A μ50,内阻约为

800~850Ω,把它改装成mA 1、mA 10的两量程电流表。 可供选择的器材有:

滑动变阻器R1,最大阻值20Ω; 电位器R 2,最大阻值Ωk 100 电阻箱R ',最大阻值Ω9999

定值电阻R 0,阻值Ωk 1;

电池E1,电动势1.5V ;电池E 2,电动势3.0V ;电池E 3,电动势4.5V ;(所有电池内阻均不计)

标准电流表A ,满偏电流mA 5.1;

单刀单掷开关S 1和S 2,单刀双掷开关S 3,电阻丝及导线若干。

(1)采用如图1所示电路测量表头的内阻,为提高测量精确度,选用的滑动变阻器为 __________;选用的电池为__________ 。

.

.

.

G

R'S 2

S 1

R E

图1

(2)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 。

.

G

R a

R b 10mA

S 3

.

.

1mA

G

..

.

S 310mA R c R d

1mA

图2 图3

(3)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。

参考答案 1.ABC

2.CADBFE 600

3.D 、C 、F

4.(1)① 2R (或最大阻值 k 100) ②

3

E (或电动势4.5V )

(2)① 2 ② 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,以致流过表头的电流超过其满偏电流而损坏

(3)

A'

A

R 1R 0

S 1

E 1

.