高考物理电表内阻的几种测量方法

电表内阻的几种测量方法一、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gI、满偏时电流表两端的电压gU和内阻gr。一般灵敏电流表的gI为几十微安到几毫安，gr为几十到几百欧姆，gggrIU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。本节课拟谈几种测定电流表内阻的方法。1、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1A的内阻1r，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1r，则所用的表达式1r，式中各符号的意义是：。器材（代号）与规格如下：电流表1A，量程mA10，内阻待测（约40）；电流表2A，量程A500，内阻7502r；电压表V，量程10V，内阻kr102电阻1R，阻值约为100；滑动变阻器2R，总阻值约50；电池E，电动势V5.1，内阻很小；电键K，导线若干。分析与解：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V4.0，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。答案：将电流表2A并联在电流表1A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2R采用分压接法；实验电路如图所示，其表达式1221IrIr，式中1I、2I、1r、2r分别表示通过电流表1A、2A的电流和它们的内阻。2、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2.01.0之间，现要测量其内阻，可选用的器材如下：A.待测的电流表1A（量程A6.0）；B.电压表1V（量程3V，内阻约k2）；C.滑动变阻器1R（最大电阻10）；D.定值电阻2R（阻值5）；E.电源E（电动势4V）F.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，则电流表1A内阻的表达式为：AR。分析与解：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在2.01.0之间，量程为A6.0，电流表上的最大电压为V12.0，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5的定值电阻2R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1A内阻的表达式为：2RIURA。3、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A2000，内阻约为500，实验电路如图所示。操作要点：按图1连好电路，2S断开，1S闭合，调节变阻器R，使待测电流表G的指针满偏。再将2S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Rrg。实验原理与误差分析：认为2S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2GI。所以电流表内阻与电阻箱的示值近似相等。实际上2S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2GI，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RR100，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k60左右。4、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V5.1干电池，R用阻值为k10的滑动变阻器，如图所示。实验中，先将2S断开，1S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GI。再接通2S，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gr。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1S、2S均接通，读出被测电流表G的示值GI、监控表G的示值GI、电阻箱的示值R，则可根据GGGgIRIIr)(计算出电流表G的内阻。5、代替法按图所示连接电路，G为待测电流表，G为监测表，1S为单刀单掷开关，2S为单刀双掷开关。先将2S拨至与触点1接通，闭合1S，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2S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。6、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IUrg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V1.0，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IRIUrg得出电流表的内阻。电源要用2节干电池，电压表用3V量程，用最大阻值为k1左右的变阻器。7、用内阻、量程已知的电流表代替电压表按图连接电路，G为待测内阻的电流表，G为内阻、量程已知的标准电流表，E为V5.1的干电池一节，R为阻值为几十欧姆的滑动变阻器。调节变阻器R，使两电流表的指针均有较大的偏转。读出电流表G的示值GI，设其内阻gr；读出被测电流表G的示值GI，则据GgGgIrIr可得出电流表G的内阻值。二、电压表内阻测量的几种方法电压表内阻的测量是近年来高考的热点和亮点，其实电压表内阻的测量和一般电阻的测量一样，所不同的就是电压表可提供自身两端的电压值作为已知条件。因此，在测量电压表内阻的实验中，要灵活运用所学过的实验方法，依据实验原理和实验仪器，按照题设要求和条件进行合理的测量。1.利用伏安法测量电压表是测定电路两端电压的仪器，理想电压表的内阻可视为无限大，但实际使用的电压表内阻并不是无限大。为了测量某一电压表的内阻，给出的器材有：A.待测电压表（V30，内阻在k5.45.3之间）；B.电流表（mA10）；C.滑动变阻器)500(；D.电源（V5.1的干电池两节）；E.开关和若干导线。利用伏安法IUR，测量电压表示数U和电流表示数I即可，由于滑动变阻器最大阻值远小于被测内阻值，为了满足多测几组数据，利用作图法求电压表的内阻，应选用滑动变阻器分压式电路，电路如图所示。2、利用“伏伏”法测电压表的内阻“伏伏”法是利用两块电压表测电阻的一种方法，这一方法的创新思维是运用电压表测电流（或算电流），此方法适用于电流表不能用或没有电流表等情形。设计电路时不仅要考虑电压表的量程，还要考虑滑动变阻器分压与限流的连接方式。【例3】为了测量量程为3V的电压表V的内阻（内阻约2000），实验室可以提供的器材有：电流表1A，量程为A6.0，内阻约1.0；电压表2V，量程为V5，内阻约3500；变阻箱1R阻值范围为99990；变阻箱2R阻值范围为9.990；滑动变阻器3R，最大阻值约为100，额定电流A5.1；电源E，电动势6V，内阻约5.0；单刀单掷开关K，导线若干。（1）请从上述器材中选择必要的器材，设计一个测量电压表V的内阻的实验电路，画出电路原理图（图中的元件要用题中相应的英文字母标注），要求测量尽量准确。（2）写出计算电压表V的内阻VR的计算公式为VR。分析与解：多数考生解答此题，毫不犹豫地套用伏安法，由于没有考虑电表的量程，当然做不正确。少数考生想到待测电压表的量程为3V，内阻约2000，电压表中的最大电流为AmAAI0015.05.120003，认为电流表不能准确测量，但由于创新能力差，也做不正确。只有极少数有“伏伏”法新理念的考生才能做正确。答案：（1）测量电压表V的内阻的实验电路如图所示。（2）电压表V的示数U，电压表2V的示数2U，电阻箱1R的读数1r。根据欧姆定律，利用通过电压表的电流与通过电阻1R的电流相等，算出电压表的电阻为UUUrRV21。3、利用欧姆表测量欧姆表是根据闭合电路欧姆定律制成的，已知欧姆表刻度盘上中央刻度值为“20”，现用欧姆表测量一个内阻约为几千欧的电压表，实验中应把欧姆表选择开关调至×100挡，若欧姆表的读数如图所示，则该电压表内阻阻值为2500。4、利用半偏法测量方法一：用如图所示电路测量量程为1V的电压表的内阻VR（VR在900800之间）。提供的器材还有：A.滑动变阻器，最大阻值10；B.电阻箱，最大阻值9.999，阻值最小改变量为1.0；C.电池组：电动势约6V，内阻可忽略不计；D.导线和开关。实验方法和步骤是：①断开开关S，按图3连接好电路；②把滑动变阻器的触头P滑到b端；③将电阻箱的阻值调到零；④闭合开关S；⑤调节滑动变阻器R的阻值，使电压表指针达到满偏；⑥调节电阻箱0R的阻值，使电压表指针达到半偏，读出此时电阻箱0R的阻值，即为电压表的内电阻VR的测量值。方法二：量程为3V的电压表V的内阻约为k3，要求测出该电压表内阻的精确值，实验中提供的器材有：A.阻值范围为1.0到9.9999的电阻箱；B.开路电压约为5V，内阻可忽略不计的电源E；C.导线若干和开关。实验电路如图所示，由于电源的电动势没有准确给出，先调节电阻箱阻值，使电压表指针指在中间刻度线，记下电阻箱的阻值1R，有ERRRUVV121①再调节电阻箱阻值，使指针指在满偏刻度，记下电阻箱的阻值2R由串联分压规律：ERRRUVV2②，解①②式得212RRRV5、利用已知电动势的电源和电阻箱测量量程为3V的电压表，其内阻约为k3，现要求测出该电压表内阻，实验器材有：电源，电动势VE6，内阻不计；变阻器R，阻值范围9.99991.0，额定电流A2.0；开关和导线若干，实验电路如图所示，由于电源的电动势准确给出，只需调节R记下阻值，读出对应的电压值U，由串联分配规律可得：RUEURV。6、利用电流表和定值电阻测量实验电路如图所示，图中E为电源（电动势为4V），R为滑动变阻器（最大阻值为200），0R为已知定值电阻（阻值为k50.3），A为电流表（量程为mA2），V为一个有刻度但无刻度值的电压表（量程约3V，内阻约k3），现要测电压表V的内阻VR。实验步骤如下：闭合开关1S