物理第十章 恒定电流 第4讲 实验 把电流表改装成电压表

第4讲实验：把电流表改装成电压表知识梳理知识梳理实验原理实验原理(1)“半偏法”测电流表的内阻电路图如图所示,合上S1,调整R,使电流表恰好满偏满偏,然后闭合S2,调整R,使电流表恰好半偏半偏,当R R时,rg=R。(2)把电流表改装成电压表,根据串联电阻分压的原理可知,应把电流表与一电阻串联串联,其阻值为Rx= -rg。误差分析误差来源gUI(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,阻值的调节本身就不连续,也是误差来源之一。1.一个电流表的内阻RA为0.18 ,量程为010 A,刻度盘分为100个刻度。现将其最大测量值扩大为100 A,需并并联一个0.02的电阻,此时刻度盘每个刻度表示1A;新的电流表的内阻为0.018 。答案答案并0.0210.018解析解析电流表扩大量程需并联一个电阻分流,其阻值R= =0.02 。改装后的电流表内阻为= =0.018 。量程为0100 A时刻度盘每个刻度表示1 A。A1Rn0.18100110AAR RRR0.18 0.020.180.022.某同学用量程为1 mA、内阻为120 的表头按图(a)所示电路改装成量程分别为1 V和1 A的多用电表。图中R1和R2为定值电阻,S为开关。回答下列问题:(1)根据图(a)所示的电路,在图(b)所示的实物图上连线。(2)开关S闭合时,多用电表用于测量电流电流 (填“电流”、“电压”或“电阻”);开关S断开时,多用电表用于测量电压电压(填“电流”、“电压”或“电阻”)。(3)表笔A应为黑黑色(填“红”或“黑”)。(4)定值电阻的阻值R1=1.00 ,R2=880。(结果取3位有效数字) 答案答案(1)连线如图所示(2)电流电压(3)黑(4)1.00880解析解析(2)开关S闭合时,R1与表头和R2并联,为电流表,因此用于测量电流;当开关S断开时,R2与表头串联,为电压表,因此用于测电压。(3)电流应从红表笔流入电表,从黑表笔流出电表,因此表笔A应为黑色。(4)开关S断开时为电压表,U=Ig(Rg+R2),解得R2=880 ;开关S闭合时为电流表,R1=1.00 。gg2g()IRRII深化拓展深化拓展考点考点电表的改装方法电表的改装方法深化拓展深化拓展考点电表的改装方法考点电表的改装方法1.电流表电流表G(表头表头)(1)构成:主要由磁体和放入其中可转动的线圈组成。当线圈中有电流通过时,线圈在安培力作用下带动指针一起偏转,电流越大,指针偏转的角度越大,从表盘上可直接读出电流值。(2)三个参数:满偏电流Ig,表头内阻Rg,满偏电压Ug,它们的关系:Ug=IgRg。2.电压表、电流表的改装电压表、电流表的改装 改装为电压表改装为大量程电流表原理串联电阻分压并联电阻分流改装原理图分压电阻或分流电阻U=IgRg+IgR所以R=-RgIgRg=(I-Ig)R所以R=改装后电表内阻RV=Rg+RRgRA=RgUIgI RIIgggRRRRgg1-1 (2017北京朝阳期末,16)现有一块直流电流计G,满偏电流为200 A,内阻约为400 ,某同学想把它改装成量程为2 V的电压表,他首先根据图示电路,用半偏法测定电流计G的内阻。(1)为提高测量准确度,在以下器材中,电阻器R应选用F;电池应选用B(选填器材前的字母)。A.电池(电动势1.5 V,内阻不计)B.电池(电动势4.5 V,内阻不计)C.电阻箱(0999.9 )D.滑动变阻器(0500 )E.电位器(一种可变电阻,与滑动变阻器相当)(05.1 k)F.电位器(051 k)(2)该同学在开关断开的情况下,检查电路连接无误后,将R的阻值调至最大。后续的实验操作步骤依次是ACBE,最后记录R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R的阻值,使电流计指针偏转到满刻度D.调节R的阻值,使电流计指针偏转到满刻度的一半E.调节R的阻值,使电流计指针偏转到满刻度的一半F.调节R的阻值,使电流计指针偏转到满刻度(3)如果测得R的阻值为400.0 ,即为电流计G内阻的测量值。则给电流计G串串联(选填“串”或“并”)一个阻值为9.6 k的电阻,就可以将该电流计G改装成量程为2 V的电压表。(4)请你推断在本实验中电流计G内阻的测量值R比其内阻的实际值Rg是偏大还是偏小;由于测得电流计G内阻的准确度将直接影响改装电压表的准确度,请你分析说明利用半偏法测量电流计内阻时,使R尽可能接近Rg的方法。答案答案(1)FB(2)ACBE(3)串9.6(4)见解析解析解析(1)参见(4)问解析。(2)根据半偏法的操作步骤,可得出合理的步骤为ACBE(3)将电流表改装成电压表,应串联一个较大阻值的电阻。根据R+rg=,可计算出R=9 600 =9.6 k。(4)设电源的电动势为E,电流计的满偏电流为Ig,当S1闭合,S2断开时,电流计满偏,由闭合电路欧姆定律可得:E=Ig(R+Rg)当S1、S2均闭合,电流计半偏,设流经R的电流为I,有:Rg=IRE=(+I)R+RggUIg2Ig2Ig2I联立式可得:=+可见,RRg,即电流计G内阻的测量值R比其内阻的实际值Rg偏小。由式可知,为了使电流计G内阻测量值R尽可能接近实际值Rg,即RRg,则需要在电流计达到满偏时,电阻器接入电路的阻值越大准确度越高,所以要选用阻值较大的电阻器;同时,为了确保电流计指针能够满偏,还应当选用电动势适当大的电源。1R1Rg1R甲1-2 (2010北京理综,21)(1)甲同学要把一个量程为200 A的直流电流计 ,改装成量度范围是04 V的直流电压表。她按图甲所示电路,用半偏法测定电流计 的内电阻rg,其中电阻R0约为1 k。为使rg的测量值尽量准确,在以下器材中,电源E应选用B,电阻器R1应选用C,电阻器R2应选用F(选填器材前的字母)。A.电源(电动势1.5 V)B.电源(电动势6 V)C.电阻箱(0999.9 )D.滑动变阻器(0500 )E.电位器(一种可变电阻,与滑动变阻器相当)(05.1 k)F.电位器(051 k)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:B,C,A,E ,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如果所得的R1的阻值为300.0 ,则图甲中被测电流计 的内阻rg的测量值为300,该测量值略小于略小于实际值(选填“略大于”“略小于”或“等于”)。给电流计 串串联(选填“串”或“并”)一个阻值为19.7k的电阻,就可以将该电流计 改装为量程 4 V 的电压表。(2)乙同学要将另一个电流计 改装成直流电压表,但他仅借到一块标准电压表V0、一个电池组E、一个滑动变阻器R 和几个待用的阻值准确的定值电阻。 乙该同学从上述具体条件出发,先将待改装的表 直接与一个定值电阻R相连接,组成一个电压表;然后用标准电压表V0校准。请你画完图乙方框中的校准电路图。实验中,当定值电阻R选用17.0 k时,调整滑动变阻器R 的阻值,电压表V0的示数是4.0 V时,表的指针恰好指到满量程的五分之二;当R选用7.0 k时,调整R 的阻值,电压表V0的示数是2.0 V时,表的指针又指到满量程的五分之二。由此可以判定,表 的内阻rg是3.0k,满偏电流Ig是0.50mA。若要将表 改装为量程是15 V的电压表,应配备一个27.0k的电阻。答案答案(1)BCFBCAE300略小于串19.7(2)如图所示3.00.5027.0解析解析(1)考虑到减小误差,电源应选电动势较大的B。因为电动势越大,R2接入电路阻值越大,测得数据越准确。R1要选能读出接入电路的电阻值的电阻箱C。R2在电路中是限流接法,应选用总阻值大于 30 k 的电位器F。半偏法的具体操作顺序是:a.S1断开,S2闭合;b.调节R2,使电流计指针满偏;c.闭合S1;d.保持R2不变,调节R1,使电流计指针半偏;e.读 出R1,即为电流计内阻值。根据半偏法原理,rg=R1=300 。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。把电流计改装成电压表,应串联一个大电阻R,R=-rg= -300 =19.7 k。(2)电路图见答案。设电流计量程为Ig。由题意知:当R为17.0 k时gUI64200 10有Ig(17.0+rg)=4 V;当R为7.0 k时有 Ig(7.0+rg)=2 V。两式联立得rg=3.0 k,Ig=0.50 mA。若要改装成量程为15 V的电压表,串联电阻阻值R=-rg= =27.0 k。2525gUI3153 0000.50 10