电 压 表

十二、电压表电压表是一种测量电路两端电压(电势差)的比较精密的仪器，高中物理实验中常用的电压表为直流电压表，掌握它的使用方法和读数规则是高考的考点，高考题中经常将电压表与电流表联系在一起进行考查．【重要知识提示】1．电压表的构造构造：电压表的外形如图2—101(甲)、(乙)、(丙)、(丁)所示．图(甲)叫学生电压表，通常为一个量程(量程较大)，只有“+”、“一”两个接线柱．图(乙)叫教学电压表，多半为教师在课堂上做演示实验用，做成这种外形，指针偏转明显，便于学生观察．与教学电流表一样，刻度盘往往是不固定的，实验时可根据需要选用不同形式、不同量程的刻度盘．单量程的电压表对测量的准确程度有所限制，在实验室里还有双量程的电压表，如图(丙)、(丁)所示．这两种外形的电压表的两个量程均为“0～3V”和“0～15V”，各有3个接线柱．图(丙)所示的电压表，两个量程共用一个“+”接线柱，读数窗中的“0”刻度线在刻度盘的最左端；图(丁)所示的电压表，两个量程共一个“～”接线柱，“0”刻度线在表盘的左侧，但不在左端．两表的刻度盘下各有一个可调旋钮——调零旋钮．若电压表在接入电路前，指针不指向“0”刻度，则需要用一字启旋转调零旋钮，使指针与“0”刻线重合．电压表的刻度如图2—102(甲)、(乙)所示．图(甲)所示为3V量程的刻度盘，盘上每大格表示1V，每个小格表示0．1V，指针所指示数值应记为1．80V．此处电压表最小刻度值为1个单位，在没有估读值的情况下，应在精度位后一位补“0”．图(乙)所示为15V量程的刻度盘，盘上每大格表示5V，每小格表示0．5V，指针所指示的数值应记为13．OV．该表的最小分度值为“5”，其估读方法与最小分度值是“2”的相同，此处有效数字的末位与精度在同一位上，若指针再向右偏移1小格，则读数为13．5V．2．使用方法①使用电压表前必须记住调零这一步．②将电压表与被测部分电路并联，接线时，使电流从“+”接线柱流人，从“一”接线柱流出．或者“+”接线柱接电压高端，“一”接线柱接电压低端．③估测被测电压的数值，选择适当量程，选择量程的原则：a．不超量程使用；b．使指针转过满偏的2/3为宜．如果待测电压不易估算，应先选用较大量程，试测后，如电压值较某一量程小，则选用较小量程，以提高测量精度．④读数时视线要通过指针并跟刻度盘垂直．3．注意事项①不要超量程使用．②不要将接线柱接反，否则会损坏、损伤表头．③不要将电压表串接在电路中，虽不至烧坏表头，但测出的电压值不是用电器两端的电压．【典型范例导析】【例1】举例说明电压表的原理及量程扩大情况的分析．解析电压表的原理是利用通电线圈在磁场中所受的磁力矩跟电流强度成正比(当线圈电阻一定时，则跟线圈两端的电压成正比)，以及串联电路的分压原理制成的．电压表内部的测量电路可看成由表头内阻．厂g和外加电阻R组成的串联电路(亦称作分压电路)，如图2—103(甲)、(乙)所示．由图2—103(乙)电路所示，U=Ug+UR…①，Ug=Igrg…②(Ig为表头满偏电流)∴U=Igrg+IgR…③，R=UR/Ig-rg…④g根据串联电路电流强度处处相等的特点，有：Ug/rg=(U-Ug)/R…⑤，gggggrUUrUUUR)1(…⑥．设U/Ug=n，那么R=(n一1)rg…⑦(n为电压表量程扩大倍数)⑦式表明，串联分压电阻R的大小是表头内阻rg的(n一1)倍，则电压表的量程扩大，n倍．【例2】简述电压表内阻对测量的影响．解析如任测量图2—104(甲)所示电路中电阻R!两端的电压U1，必须把电压表与R1并联在电路中，组成(乙)图所示的电路．电压表有内阻Rv，连入电路后，改变了电压分配，电压表测出的是改变后的电压U1’(U1’比Ul大还是小?)因而产生误差，Rv比R1大得越多，误差越小．电压表的内阻都很大，如果Rv比R1大得多，且不要求测量十分精确，可不考虑这一误差，而认为Rv=∞，U1=U1’．若无特别提示，在一般测量中均可认为RA=O，Rv=∞，即认为电流表、电压表均为理想电表【例3】如图2—105所示为一电压表测量一段电路两端电压时，指针所指示的状态，若测量时所选量程为3V，这段电路两端电压为________V；若测量时所选量程为15V，这段电路两端电压为__________V．解析当量程为3V时，测量数值应从刻度盘的下一行标值上读取，由图知，指针正指第8小格，因为在O～3V量程范围的刻度盘的最小刻度为O．1V，所以按有效数字记法的要求，有效数字的末位应在精度位的下一位，故应在0．8的后面补“0”，其电压值为0．80V．当量程为15V时，测量数值应从刻度盘的上一行标值读取，由图可知，指针正指第8小格，在0～15V范围内，刻度盘最小分度为0．5V，即每一小格表示0．5V，应读为4．OV，依有效数字的末位与精度位在同一位上的原则，因为此处无估读值，故应在精度位上补“0”．若指针正指第9小格，则其读数应为4．5V，此时无需在“5”后补“0”．【例4】如图2—106所示的元件中，电池组的电动势为6．OV，内阻不能忽略，Ll、L2是两个完全相同的灯泡．(1)将图中的各元件串联起来组成电路，并用电压表测L1两端的电压，电压表的量程应选哪一个?按要求画出电路图，并用笔画线表示连接用的导线画出实验图．(2)若将Ll、L2并联起来接入电路，再用此电压表测并联灯泡两端电压，电压表的量程应如何选定?解析(1)按题目要求，先将电池组、Ll、L2、开关S接成串联电路，再将电压表连接在L1两端，电路图如图2—107所示．在接入电压表之前应选好量程，因电池组内阻的存在，整个串联电路的总电阻R=R1+R2+r．因为R1=R2，所以加在每个灯泡上的电压Uε/2=3V，由此可知电压表的量程应选0～3V．实验连接电路如图2—108．(2)若将Ll与L2并联接入电路，电路图如图2—109所示，此时电压表所测电压既是L1与L2并联后两端的电压，也是测电池组两端的电压，待测电压大于3V，小于15V．所以电压表的量程应选0～15V．【例5】图2—110为用伏安法测量一个定值电阻的实验所需器材实物图，器材规格如下：A．待测电阻R一(阻值约为100Ω)；B．直流电流表(量程为0～10mA，内阻为50Ω)；C．直流电压表(量程为0～3V，内阻为5kΩ)；D．直流电源(输出电压4V，内阻不计)；E．滑动变阻器R(阻值范围O～15Ω，允许最大电流为1A)；F．开关一只，导线若干条．根据器材的规格和实验要求，在本题的实物图上连线．解析这是一道常见的用伏安法测电阻的连线问题，但它又不像前面所讲问题那样直观，因为它涉及到选择怎样的电路来测量电阻．选择的方案有两个方面的四种形式，其一是滑动变阻器接成限流电路和分压电路的问题，其二是伏安法中电流表外接和内接的问题．(1)由题给条件，若采用限流电路，电路中最小干路电流为)1005015(4minVI24mA显然，超过了直流电流表量程10mA，且由变阻器阻值R=15ΩRx/2等知，滑动变阻器应选用分压电路．(2)电流表是外接还是内接?可由式xVARRRR5000知，应选择电流表外接法．其电路图为2—111所示，实物连线如图2—112所示．【能力跟踪训练】1．如图2—113所示为电压表某次测量时指针所指示的数值，若所接量程为15V，则下列读数正确的是()A．6．50VB．1．30VC．6．5VD．5．30V2．用伏安法测电阻的实验中，按要求选用的电压表的最小分度为0．1V，电流表的最小分度为0．02A，某学生实验时记录的下列数据中不符合有效数字要求的是()A．0．81V，O．16AB．1．2lV，0．24AC。1．7V．O．338AD．2．51V，O.50A3．一电压表由电流表G与电阻R串联而成，如图2—114所示。若在使用中发现此电压表的读数总比准确值稍小一些，采用下列哪种措施可能加以改进?()A．在R上串联一比尺小得多的电阻B．在R上串联一比尺大得多的电阻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4．用伏安法测量某电阻Rx的阻值，现有实验器材如下：A．待测电阻R：范围在5Ω～8Ω，额定功率lW；B．电流表A1：量程0～0．6A(内阻0．2gZ)；C．电流表A2：量程0～3A(内阻0．05Ω)；D．电压表Vl：量程0～3V(内阻3kΩ)；E．电压表V2：量程0～15V(内阻15kΩ)；F．滑动变阻器R：0～100Ω；G．蓄电池：电动势ε=12V；H．导线，开关．为了较准确地测量，并保证器材安全，电流表应选______，电压表应选_____，画出相应的电路图．5．有一待测的电阻器Rx，其阻值约在40Ω～50Ω之间．图2—115中所示是一些准备用来测量待测电阻阻值的实验器材，其中电压表V(量程0～10V，内电阻20kΩ)；电流表A1(量程O～50mA，内电阻20Ω)；电流表A2(量程0～300mA，内电阻约4Ω)；滑动变阻器R1(最大阻值为100Ω，额定电流为1A)；滑动变阻器R2(最大阻值为3000Ω，额定电流为0．1A)；直流电源E(电动势为9V，内电阻约为0．5Ω)；开关．此外还有若干根供连线用的导线．实验要求从零开始，多测出几组电流、电压值，以便画出电流一电压关系图线．为了实验能正常进行并减小测量误差，还要求滑动变阻器便于调节．请在所给的实验器材图中选择若干器材连成合乎要求的实验电路．6．现有两盏电灯L1、L2组成并联电路，请设计一个电路，当开关闭合时，可以同时测出灯L1的电流和电压以及电路的总电流和总电压．请在虚线框内画出电路图，并把图2—116所示的电路元件连接成实物图．7．一个量程为3V的电压表，串联一个18kΩ的电阻后，量程扩大到30V，这个电压表原来的内阻有多大?8．电流一电压两用电表的电路如图2—117(甲)所示．已知图中S是双刀双掷开关(图2—117(乙)所示)，a、b、c、d、e、厂为接线柱双刀双掷开关的触刀掷向a、b，e与a接通，f与b接通；掷向c、d，e与c接通，f与d接通，灵敏电流表G的量程是O．001A，内阻是100Ω；电阻R1的阻值为9900Ω，R2的阻值是1．01Ω．那么，(1)触刀掷向a、b时，此两用表是什么表?量程是多大?(2)触刀掷向c、d时，此两用表是什么表?量程是多大?9．一个电阻为300Ω的灵敏电流表，满偏电流为2mA．如果按图2—118所示把它改装成量程为1A和10A两个量程的电流表，求R1和R2的阻值．【答案与提示】1．C(因为电压表的使用量程为15V，因此读数应从表盘的上一行示值读取，指针正指“5”后第3小格，而在15V量程的刻度盘中每小格为O．5V，依有效数字的规则，当最小分度为“2”、“5”时，估读位与精度位在同一位上，所以不必在“5”后补“0”．)2．C(其原因有二，其一，电压表的最小分度为0．1V，读数时还应有一位估读值，即估读位在精度位的后一位，如果“7”读得是准确值，记数时应在“7”后补“0”，电流表的最小分度为O．02A，按读数规则，其估读位与精度在同一位上，超过半格的算1格，电流表读数应记为0．34A．)3．D(此题为1990年高考题)4．A1，V1，电路图如2—119(题目提供的条件中有两个电流表，两个电压表，用哪个电流表和电压表来测量?则要根据“安全”、“准确”，“方便”的原则进行选择．其线路接法也有选择问题．此题要从三个方面进行选择．①先进行电表量程选择，由器材A可知，待测电阻的额定电压为VVPRUxm22812.8V，由此可确定应选用电压表V1．通过Rz的额定电流ARPIxm510.45A，电流表应选A1．以上计算中Rx的值分别用上限值和下限值代入，是为先确定被测量部分电路的最大电压和电流范围而后选择不同量程的电表；②再进行电路接法选择．由VARR=24．5Ω知RxAVRR，所以应选电流表外接法；③最后进行滑动变阻器对电路控制方式的选择．由R=100Ω10Rx知，应将滑动变阻器接成限流式电路，电路如图．)5．实验电路如图2-120所示．依题意电源只有选E，因要求从零开始，