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实验十三把电流表改装为电压表实验十三把电流表改装为电压表知识要点归纳过程分析导引实验典例精析知能优化演练知识要点归纳实验目的1．会用“半偏法”测电流表的内阻．2．学会把电流表改装为电压表．3．会用标准电表进行校准．实验原理1．“半偏法”测内阻“半偏法”测电流表的内阻电路图如图10－5－1所示，合上S1调整R，使电流表恰好满偏，再闭合S2，调整R′，使电流表恰好半偏，当R≫R′时，rg＝R′.图10－5－1实验器材电流表、电阻箱、开关、电池组、滑动变阻器(大阻值)、标准电压表、导线．2．电表的改装根据串联分压原理，把电流表串联一个电阻R组成电压表，二者承受的最大电压(改装后量程)U＝Ig(rg＋R)，或U＝Ug＋IgR.即R＝UIg－rg或R＝U－UgIg.过程分析导引一、实验步骤1．用半偏法测电流表内阻(1)把两个电键(已经断开)、大阻值变阻器R、电阻箱R′、电流表和电源按照图10－5－1所示的电路连接好；(2)检查电路无误后，闭合S1，调节变阻器R，使电流表满偏，干路电流为Ig；(3)保持R不变，闭合S2后调节R′，使电流表达到半偏(满刻度的一半)；(4)记下此时电阻箱R′的阻值，即为电流表的内阻rg.2．改装(1)算出电流表的满偏电压Ug；(2)如果把电流表改装成量程为U的电压表，计算应串联的电阻阻值R3；(3)将电阻箱阻值调为R3，把电流表与电阻箱串联起来．3．(1)按如图10－5－2所示连接电路，并使变阻器R的滑片在分压值最小的位置，使输出电压起始为零．(2)改变变阻器R的滑片位置，使标准电压表V的示数分别为0.5V、1.0V、1.5V、2.0V……，直至使电流表达到满偏(注意电压表的量程)，并核对改装的电压表的示数是否正确．图10－5－2二、误差分析1．“半偏法”测电流表内阻时，存在系统误差．当S2闭合后，整个电路的总电阻变小，总电流变大，通过电流表的电流为原来的一半，则通过电阻箱的电流就大于通过电流表的电流．即R测＜rg.当电路中R≫rg时，误差较小，因此要使R≫rg，同时电源电动势也应适当大一些．(3)算出改装的电压表满刻度时的百分误差(|U－U0|U×100%，其中U为标准电压表的满偏电压，U0为改装后的电压表的满偏电压)．2．改装后的电压表也存在系统误差：因R测＜rg.串联的分压电阻R1计算值偏大．因此改装后电表的量程偏大．3．电阻箱R′的调节是不连续的，因此要选用精度高的．4．电阻箱内有多处电刷，电刷上有接触电阻，使阻值偏大．导致改装表的示数偏小，因此要选用接触良好的电阻箱．5．实验过程中，电压表、电流表的读数会有偶然误差，要用心细致去观测．三、注意事项1．在调节滑动变阻器R的阻值使电流表满偏时，滑动变阻器的阻值要比电流表的内阻rg大得多，一般要求R＞100rg.2．实验时，在R较大情况下为了使电流表满偏，电源电动势宜大些．3．闭合开关S1时，必须先将滑动变阻器R的阻值调至最大．4．闭合开关S2、调节电阻箱R′时，应保持滑动变阻器R的阻值不变．5．“半偏法”测电流表内阻的实验中R′只能用电阻箱，R可用阻值很大的滑动变阻器或电阻箱．若实验给出两个电阻箱，一个阻值较大(10kΩ以上)，另一个阻值较小，一定要把阻值大的连到干路上，阻值小的与电流表并联．6．改装后电压表校准，校对电路要用分压式，使改装电压表的电压可以从零开始一一校对，且不可超量程．四、实验创新在用“半偏法”测电流表内阻时，由于存在系统误差，使得测量值偏小．我们可以在原电路的基础上在干路中串接一标准电流表A0.按图10－5－3连接电路，实验时反复调节滑动变阻器R和电阻箱R′，使标准电流表A0的读数始终为待测电流表的满偏电流Im，待测电流表的示数为，此法系统误差便得到消除，即电流表的内阻为rg＝R′.图10－5－3实验典例精析对本实验的综合考查(2010年高考北京理综卷)某同学要把一个量程为200μA的直流电流计电流表G，改装成量度范围是0～4V的直流电压表．(1)她按图10－5－4所示电路、用半偏法测定电流计G的内电阻rg，其中电阻R0约为1kΩ.为使rg的测量值尽量准确，在以下器材中，电源E应选用________，电阻器R1应选用________，电阻器R2应选用________(选填器材前的字母)．例1图10－5－4A．电源(电动势1.5V)B．电源(电动势6V)C．电阻箱(0～999.9Ω)D．滑动变阻器(0～500Ω)E．电位器(一种可变电阻，与滑动变阻器相当)(0～5.1kΩ)F．电位器(0～51kΩ)(2)该同学在开关断开情况下，检查电路连接无误后，将R2的阻值调至最大．后续的实验操作步骤依次是：______，______，______，______，最后记录R1的阻值并整理好器材．(请按合理的实验顺序，选填下列步骤前的字母)A．闭合S1B．闭合S2C．调节R2的阻值，使电流计指针偏转到满刻度D．调节R2的阻值，使电流计指针偏转到满刻度的一半E．调节R1的阻值，使电流计指针偏转到满刻度的一半F．调节R1的阻值，使电流计指针偏转到满刻度(3)如果所得的R1的阻值为300.0Ω，则图10－5－4中被测电流计G的内阻rg的测量值为________Ω，该测量值________实际值(选填“略大于”、“略小于”或“等于”)．(4)给电流计G________联(选填“串”或“并”)一个阻值为________kΩ的电阻，就可以将该电流计G改装为量程4V的电压表．【解析】(1)考虑到减小误差，电源应选电动势较大的B.R1要选能读出接入电路的电阻值的电阻箱．R2在电路中是限流连接，应选用总阻值大于30kΩ的电位器F.(2)电流半偏法的具体操作顺序是：①S1断开，S2闭合；②调节R2，使电流计指针满偏；③闭合S1；④保持R2不变，调节R1，使电流计指针半偏；⑤读出R1，即为电流计内阻值．【答案】(1)BCF(2)BCAE(3)300略小于(4)串19.7(3)根据半偏法原理，rg＝R1＝300Ω.由于闭合S1后，干路电流会略为变大，故半偏时流过R1的电流略大于电流计的电流，故R1的阻值略小于电流计的内阻．(4)把电流计改装成电压表，应串一个大电阻R，R＝UIg－rg＝4200×10－6Ω－300Ω＝19.7kΩ.如图10－5－5甲所示的电路中，S2为单刀双掷开关，R1、R2为电阻箱，电流表G1、G2的量程相同，现用该电路测量电流表G1的内阻．实验原理的改进例2图10－5－5(1)请根据电路图甲在图乙中连接实物电路；(2)将电路正确连接后，某同学按下列操作步骤进行实验：A．闭合开关S1，将单刀双掷开关S2拨到位置1，调节R1使电流表G2指针指到某一位置，并记录此读数I；B．将单刀双掷开关S2拨到位置2，调节R2和R1使电流表G2指针仍指到原来的读数I.此时R2的读数即等于电流表G1的内阻；C．断开电源，整理好器材．请指出上述操作步骤中存在的遗漏或错误：①_____________________________________；②_____________________________________.【解析】用“等效替代法”测G1的内阻时，要保证在R1的阻值不再调节的前提下进行，标志为G2的示数与原来相等．这样，就可认为R2的阻值恰好等于G1的内阻，从而消除了系统误差．【答案】(1)如图10－5－6所示图10－5－6(2)①闭合开关S1前应将R1的阻值调到最大②将单刀双掷开关S2拨到位置2后，应保持R1的阻值不变，调节R2知能优化演练本部分内容讲解结束点此进入课件目录按ESC键退出全屏播放谢谢使用