高考物理实验复习实验13把电流表改装成电压表

实验十三把电流表改装成电压表第一关：基础关展望高考基础知识(一)实验目的1.学会测量电表内阻的方法——半偏法;2.把小量程的电流表改装为电压表并把改装的电压表跟标准电压表进行校准;3.学会使用电阻箱.(二）实验原理1.没经改装的小量程电流表G，其最大量程Ig一般从几十微安到几毫安，电流表的内阻Rg一般也在100Ω左右，因此电流表允许加上的最大电压Ug=Ig\5Rg是一个比较小的电压.2.要想测量大的电压,就需要把电流表G改装,根据串联电阻的分压作用,给电流表串联一个阻值较大的电阻,从而限制流过电流表的电流不超过其满偏电流,这样把电流表及与其串联的电阻一起作为电压表,则该电压表可以测量较高电压.(三)实验仪器小量程电流表\,电阻箱\,开关(两个)\,标准电压表\,滑动变阻器\,学生电源.(四)实验步骤1.半偏法测量电流表的内电阻Rg,先按如图所示电路图连接电路,断开S2,接通S1,调节滑动变阻器的阻值R,使电流表的指针达到满偏为止;再接通S2,调整电阻箱R′的阻值,使电流表的指针恰好偏转到满偏的一半,读出电阻箱R′的阻值,就是电流表的内电阻Rg.2.将电流表改装为电压表,改装量程为UV的电压表,按公式Rx=UV/Ig-Rg计算分压电阻Rx的值.按下图把电流表和电阻箱串联起来,选用电阻箱的阻值R′等于分压电阻Rx的值.改装后的电压表表盘的刻度值,按公式U=IUm/Ig来计算.其中Um是改装后电压表的量程.3.改装后的电压表跟标准电压表校准.(1)按下图连接电路.(2)闭合开关S,调节滑动变阻器滑片,使改装的电压表的读数分别是0.5V\,1.0V\,1.5V\,2.0V等,看标准电压表的读数是否与它一致.(3)改装的电压表的读数是满刻度Um时,看标准电压表的读数U0,计算满刻度时的百分误差为δ=m00UUU×100%.例如改装的电压表在满刻度3V时,标准电压表的读数为3.1V,则该电压表满刻度时的百分误差δ=33.13.1×100%=3.2%.(五）注意事项1.滑动变阻器的阻值很大，在闭合S1前，其阻值应调至最大.2.电阻箱R′不能用滑动变阻器替代.3.在S2闭合后,不能再调节R,以保持电路中总电流不变.4.测电表内阻时,必须确保RR′.5.校对改装的电表时,要从零开始连续校对,则滑动变阻器必须接成分压式.6.弄清改装后电流表的表盘上刻度示数的大小.(六)实验误差的来源与分析1.本实验存在系统误差,只有当RR′时,才有rg=R′.2.由于电流表允许通过的电流太小,也影响了实验测量结果的准确性.3.R′使用电阻箱,阻值调节本身就不连续,也是误差来源之一.第二关：技法关解读高考解题技法一、电流表改装成电压表技法讲解如图所示，电流表的基本参量为Ug、Rg、Ig，与R串联后，最大电压为：U=Ig（Rg+R），（U=nUg，设n为扩大倍数）即R=（n-1）Rg.典例剖析例1有一电流表,内阻Rg=100Ω,满偏电流Ig=3mA,现将它改装为6V的电压表,如何改装?解析：Ug=IgRg=0.3V，n=gUU=6.00.3=20R=(n-1)Rg=1900Ω，即串联R=1900Ω的电阻.二、把电流表扩大量程技法讲解如图所示,由并联电阻分流的原理可知,(I0-Ig)/Ig=Rg/RxRx=IgRg/（I0-Ig）（设I0=nIg）Rx=gRn1即量程扩大n倍，需并联Rx=gRn1的电阻.典例剖析例2已知电流表的内阻Rg=120Ω,满偏电流Ig=3mA,要把它的量程改为0.6A,应并联多大的电阻?解析：n=0IIg=30.6310=200Rx=gRn1=120199Ω=0.6Ω.三、用半偏法测电流表的内阻技法讲解用恒流半偏法测电流表的内阻（1）按如图所示连接电路（闭合开关前，先将滑动变阻器R触头位置移至最左端，使其连入电路的有效电阻最大，以免损坏电表）.闭合开关S1,缓慢移动触头,使电流表指针指在满偏刻度.再闭合S2,改变电阻箱R′的阻值,使电流表指针指在Ig/2刻度处,记下此时电阻箱的阻值R′,则Rg=R′(注意事项:必须确保R远大于R′,以减小闭合S2时对总电流的影响.在S2闭合后,一定不能再移动变阻器R,以保持电路中的总电流不变).(2）误差分析根据闭合电路欧姆定律和串\,并联电路的特点,当闭合开关S2,调整R′使电流表半偏时,回路中的总电阻减小,总电流I′Ig,故流过R′的实际电流比流过电流表的电流大(大于zIg2).因此RgR′,即R测R真.(3)减小误差的措施I′=ErRR并,Ig=gErRR,因R并Rg,欲使I′≈Ig,则要求Rr+Rg,而R是一个大电阻,无法使用一般的滑动变阻器,应采用阻值较大的变阻器.因为Rg=R′,故R′应选用最大阻值大于Rg的电阻箱.典例剖析例3利用如图所示的电路,采用半偏法可测定电流表的内阻rg.设R为电流表满偏时电阻箱R的阻值(S2不闭合);R′为半偏时电阻箱R′的阻值,I′为电流表半偏时的干路电流(S2闭合).当R＞100R′时,试证明:rg=R′.解析：由闭合电路欧姆定律得I=E/（R+rg）①I′=E/\[R+rgR′/(rg+R′)\]②又(I′-I/2)R′=Irg/2③由①②③得:rg=RR′/(R-R′)=R′/(1-R′/R)当R＞100R′时,R′/R＜1100故rg≈R′.第三关：训练关笑对高考随堂训练1.测定电流表内电阻的实验中备用的器材有A.待测电流表（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.可变电阻（阻值范围0～100kΩ)E.干电池（1.5V，内阻0.5Ω)F.干电池组（6V，内阻1.6Ω)如果采用如图所示的电路测定电流表Ｇ的内电阻，并且要求测量有较高的精度，那么从以上备用器材中，电阻Ｒ应选用___________，电阻Ｒ′应选用_________________，电源应选用_________________．解析：R须用阻值较大的可以调节的电阻即选用D；R必须用电阻箱，即选C；因为要从上面读出数据，为了提高精确度，应选用电动势较高的电源，即选F.答案：DCF2.现有一块59C2型的小量程电流表G（表头），满偏电流为50μA，内阻约为800～850Ω，把它改装成1mA\,10mA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；滑动变阻器R2，最大阻值100kΩ；电阻箱R′最大阻值9999Ω；定值电阻R0，阻值1kΩ;电池E1，电动势1.5V；电池E2，电动势3.0V；电池E3，电动势4.5V；（所有电池内阻均不计）标准电流表A，满偏电流1.5mA;单刀单掷开关S1和S2，单刀双掷开关S3，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________________．（２）将Ｇ改装成两量程电流表．现有两种备选电路，如图（２）和图（３），__________为合理电路，另一电路不合理的理由是___________________．（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来表示解析：（1）采用图1测表头内阻，是利用半偏法来测量，滑动变阻器阻值应远大于表头内阻，故应选R2，当表头满偏时，回路总电阻R总=gEI，E=gIR总=50×10-6×100×103V=5V,E3=4.5V与5V较接近，故应选电池E3.（2）见答案（3）○A与○A应串联，才能逐一核对两表读数，要逐格进行核对，则电流表的电流应从0逐渐变化到最大，只有用分压电路才能达到上述要求，为保护电流表的安全，应在两电流表的电路上串联一个定值电阻R0，因电流表满偏电流为1mA,100Ω，要在调节R1时尽量在一个较大范围滑动，则电流表所在支路两端电压最大值接近电源电动势E，故E=Im·（R0+R′A+RA)=1×10-3×(1000+100+100)V=1.2V，故应选电池E1.答案：（1）R2（或最大阻值100kΩ）；E3（或电动势4.5V)（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，以至流过表头的电流超过其满偏电流而损坏（3）如下图所示3.现有一电流表G，满偏电流Ig=3mA.（1）把它改装成量程为3V的电压表，需测量出电流表的内阻Rg.①在虚线框中画出利用半偏法测量Rg的电路图.②叙述操作步骤：____________________________.③对改装后的电压表，下列说法正确的是________________.A.允许通过的最大电流增大了B.刻度盘刻度不均匀了C.原电流表G自身的电阻增大了D.使用时，加在原电流表G两端电压的最大值不能增大（2）把改装的电压表跟标准电压表进行核对，在实线方框中画出核对电路图.（3）通过以上问题的研究，请你谈谈理想化电表和非理想化电表的区别.解析：本题以小量程电流表的改装原理为核心，把理论和实验合并，且融入含理想电表的电路与含非理想电表的电路的分析和测量问题.这样设计打破了原有的复习模式，符合新课标对学生的要求，有助于培养学生利用已学知识解决实际问题的能力.答案：（1）①如图甲所示.②合上开关S1，调整R的阻值，使电流表指针偏转到满刻度；合上开关S2，调整R′的阻值，使电流表指针偏转到满刻度的一半;读取R′的值即为电流表内阻Rg.③D（2）如图乙所示.（3）在大多数情况下，电压表和电流表都被看作理想的，即电压表内阻无穷大，电流表内阻为零，此时电表对电路是没有影响的.但是在某些题目中的电表并不是理想的（特别是实验性问题），这时的电表既是一个测量仪表，又是连接在电路中的一个电阻，电流表读数给出了通过核表内阻RA的电流强度，电压表读数给出了内阻RV两端的电压.计算电路中的电阻时，应将非理想电表的内阻也计算在内.4.为了测量一量程为3V的电压表的内阻RV（约几千欧），某同学采用了如图甲所示的电路，利用“半偏法”进行测量，电路中电阻箱R0的最大值为9999Ω，滑动变阻器R的最大阻值为50Ω.（1）按图甲所示将图乙所给的实物连成测量电路.（2）该同学测量电压表的内阻时，其实验步骤为：A.将电阻箱R0的阻值调到零；B.闭合开关S；C.连接好电路，注意断开开关S；D.把滑动变阻器R的滑片P滑到b端；E.调节电阻箱R0的阻值，使电压表的示数为1.5V;F.调节滑动变阻器R，使电压表的示数为3V；G.记下此时电阻箱R0的阻值.上述实验步骤合理的顺序为_______________________.（3）若所记电阻箱R0的阻值为6kΩ，则用此法测得的电压表内阻是___________kΩ，其测量结果与其真实值相比___________________（填“偏大”、“偏小”或“相等”）.（4）若将此电压表改装成量程为15V的电压表，需____________联一个阻值为kΩ的电阻_______________________.解析：本题实质上是半偏法测电阻的拓展，将R0调为零，调节P的位置，使电压表满偏；之后，必须保持P的位置不变而调节R0使电压表半偏，则可认为RV=R0.另改装成电压表时，可从R串=（n-1)Rg入手进行计算,其中n为电压量程的扩大倍数.答案：（1）见下图（2）CDABFEG（3）6偏大（4）串24点评：本实验的一个关键点是，在调节R0时，应保持P的位置不再变化；以确保加在P\,b之间的电压不再变化，事实上，即使不改变P的位置，当调节R0时，伏特表与R0支路的总电阻已经增大，总电流减小，加在P、b间的电压增大，当伏特表半偏时，R0上的电压实际上已大于伏特表上的电压，故测量值偏大.5.有一电流表○A,量程为1mA，内阻rg约有100Ω.要求测量其内阻.可选用的器材有：电阻箱R0，最大阻值为99999.9Ω；滑动变阻器甲，最大阻值为10kΩ；滑动变阻器乙，最大阻值为2kΩ；电源E1，电动势约为2V,内阻不计；电源E2，电动势约为6V，内阻不计；开关2个，导线若干.采用的测量电路图如图所示，实验