2011年高考物理一轮复习极品课件10-实验3把电流表改装成电压表

实验三把电流表改装成电压表一、实验目的1．掌握“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．二、实验原理1.将小量程电流表改装成为电压表有一电流表，内阻为Rg，满偏电流为Ig，要把它改装成量程为U(UUg)的电压表，则应串联的电阻的计算如下：如右图所示，电流表指针偏转到满刻度时它两端的电压为Ug＝IgRg，所串联的分压电阻应分担的电压为UR＝U－Ug，据串联电路的分压关系，有(U－Ug)/R＝Ug/Rg，整理化简后得R＝(－1)Rg令U/Ug＝n，(n叫电压扩大倍数，即改装后的电压表的量程U与电流表的满偏电压Ug之比)，则R＝(n－1)Rg由上式可知，只要知道了要扩大的电压倍数，就可以求出要串联的电阻与电流表内阻的关系．注意：改装后的电压表是指电流表和被串联的电阻所构成的整体，即上图中虚线框所示部分．2．“半偏法”的基本原理(1)按右图所示连接电路，图中R1为滑动变阻器，R2为电阻箱；(2)合上开关S1，调整R1的阻值，使电流表指针偏转到满刻度Ig，此时干路中的电流为Ig＝Er＋Rg＋R1；(3)保持开关S1接通，合上开关S2，R1保持不变，调整R2的阻值，使电流表指针偏转到满刻度的一半，此时干路中电流强度为：I＝Er＋RgR2Rg＋R2＋R1，读出电阻箱R2的阻值．此时电流表的电流Ig′＝12Ig，即Er＋RgR2Rg＋R2＋R1·R2Rg＋R2＝12·Er＋Rg＋R1整理化简上式，可解得Rg＝R1＋r(R1＋r)－R2·R2针对上式显然有，当(R1＋r)≫R2时，可认为Rg≈R2.三、实验器材待改装的电流表，一般范围的电阻箱一个，最大阻值1kΩ以上的滑动变阻器一个，标准电压表一个，直流电源一个(电动势稍微大点的)，连接导线若干，开关两个．四、实验步骤1.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R1、电阻箱R2、电流表和电源按照右图所示的电路连接好；(2)检查电路无误后，闭合S1，调节变阻器R1，使电流表满偏，干路电流为Ig；(3)保持R1不变，闭合S2后调节R2，使电流表达到半偏(满刻度的一半)；(4)记下此时电阻箱R2的阻值，即为电流表的测量内阻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.核对(1)按右图所示连接电路，并使变阻器R1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R1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．五、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．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．六、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R100rg.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．七、实验改进在用“半偏法”测电流表内阻时，由于存在系统误差，使得测得值偏小．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.按右图连接电路，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A的满偏电流Im，而待测电流表A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′.【例1】用半偏法测电流表内阻Rg，其测量值为R测，改装后电压表的测量值为U测，实际电压为U，如右图所示，以下关系中正确的有()A．R测RgB．R测RgC．U测UD．U测U【解析】(1)当合上开关S2，调节R1使G表示数为半偏时，干路中的电流实际上如何变化？答‘根据“半偏法”测电流表G的内阻的电路图和并联电路知识，当合上开关S2，调节R1使G表示数为半偏时，导致总电阻略有变小，干路中的电流实际上略有增大，而G表半偏，即流过其电流为，则流过R1的电流略大于，根据并联电路中电流的分配与电阻成反比，故此时R1略小于Rg，即电流表内阻测量值偏小．(2)在半偏法测电流表内阻实验中如何选择R、R1?答'R应该选择总阻值较大的滑动变阻器，便于调节使G表满偏，同时使R比R1大得越多，测量的误差就越小，R1应选择电阻箱，不仅便于调到半偏，又能直接读数，不能选滑动变阻器．(3)如何计算改装时串联电阻Rx?答‘根据串联电路知识计算得，Rx＝.由于电流表内阻测量值Rg偏小，所以由此算出的Rx偏大．(4)用改装的电压表测量的误差如何分析？答'因串联的分压电阻偏大，导致U测偏大．(5)根据以上分析，在改装电压表时有何规律？答'根据Rx＝U－IgRgIg，易得若要增大量程只需把串联的电阻阻值增大．即“阻值越大，分压越大，量程越大”．同时可以看出要使量程增大n倍，即n＝UIgRg，根据串联电路的特点有：Rx＝U－IgRgIg＝(UIgRg－1)Rg＝(n－1)Rg.即需要串联的电阻阻值为表头内阻的(n－1)倍．【答案】AD【例2】把电流表改装为电压表的实验中，分3个主要步骤，实验中给出的器材有：a.电流表(量程0～100μA)；b.标准电压表(量程0～5V)，c.电阻箱(0～9999Ω)；d.电阻箱(0～99999Ω)；e.电源(电动势2V，有内阻)；f.电源(电动势6V，有内阻)；g.滑动变阻器(0～50Ω，额定电流1.5A)；h.开关两只，导线若干．(1)首先要用半偏法测定电流表的内阻．如果采用右图所示的电路测定电流表A的内电阻并且要想得到较高的精确度，那么从以上给出的器材中，可变电阻R1应选用______，可变电阻R2应选用________，电源E应选用________．该实验操作的步骤有：A．合上S1B．合上S2C．观察R1的阻值是否最大，如果不是，将R1的阻值调至最大D．调节R1的阻值，使电流表指针偏转到满刻度E．调节R2的阻值，使电流表指针偏转到满刻度的一半F．记下R2的阻值把以上步骤的字母代号按实验的顺序填写在横线上：________.(2)下图所示器材中，一部分是将电流表改装为电压表所需的，其余是为了把改装成的电压表跟标准电压表进行校对所需的．在方框中画出改装和校对都包括在内的电路图(要求对0～5V的所有刻度都能在实验中进行校对)；然后在图上画出连线，将所示器材按以上要求连接成实验电路．【解析】(1)可变电阻R1、R2选择的依据是什么？答'可变电阻R1应选择总电阻较大的变阻器，因为利用其调节要能使电流表满偏，但电流表量程较小，需要接入的阻值要大，应选d.可变电阻R2，一方面只能选电阻箱，才能读出具体数值，另一方面只要能达到电流表的内阻就可以，应选c.(2)电源又如何选择呢？答'由于电源e的电动势太小，所以只能选择f.(3)如何安排实验步骤呢？答'结合所给电路原理图，利用实验原理及设计思想中“半偏法”测电流表G的内阻的步骤考虑．要注意R1由于是连在干路上起到限流作用的，因此开始应处于最大值处．因此步骤为：C、A、D、B、E、F.(4)测得电流表内阻为多少？答'利用半偏法原理，可以认为半偏时R2的读数即为电流表的内阻．(5)如何改装所需电压表？答'应将电流表与相应阻值的电阻箱串联．(6)改装的电压表应与标准电压表如何连接？答'由于是改装的电压表与标准电压表校对，二者应并联．(7)滑动变阻器应如何连接？答'由于要求对0～5V的所有刻度都能在实验中进行校对，只能采用分压．电路如下图所示．【答案】(1)d'c'f'CADBEF'(2)实验电路图如上图所示1．一电压表由“表头”G与电阻R串联而成，如右图所示．若在使用中发现电压表读数总比准确值稍小一些，采用下列哪些措施能加以改进()A．在R上串联一个比R小得多的电阻B．在R上串联一个比R大得多的电阻C．在R上并联一个比R小得多的电阻D．在R上并联一个比R大得多的电阻【解析】此电压表在使用中读数总比准确值稍小一些是因为串联的分压电阻稍大一些，使通过电流表的电流稍小了一些，所以在R中不能再串联电阻．把两个电阻并联时，R并＝R1R2R1＋R2＝R1R1＋R2R2＝R2R1＋R2R1中R1R1＋R2和R2R1＋R2都小于1，所以R并R1，R并R2，即两个电阻并联后，并联电阻一定小于其中任意一个电阻．则R上需并联一个电阻，但并联后的总电阻比R要稍小一些，不能并联比R小得很多的电阻．故在R上并联一个比R大得多的电阻，使并联电阻比R稍小一些．【答案】D2．两个电压表V1和V2是完全相同的两个电流表改装的，V1量程是5V，V2量程是15V，为了测15V～20V电压，我们把V1和V2串联起来用，以下叙述正确的是()A．V1、V2的读数相同B．V1、V2指针偏转角度相等C．V1、V2读数不同，指针偏转角也不同D．V1、V2读数之比等于两电压表内阻之比【解析】把V1和V2串联使用时，组成电压表的电流表和分压电阻都是串联关系，通过完全相同的两个电流表的电流相等，指针偏转角也相等．两个电压表是串联使用，根据串联电路的电压分配关系，分配在V1和V2两端的电压，即V1和V2读数之比等于两个电压表内阻之比，综合以上分析可知，B、D选项正确．【答案】B、D3．如右图所示，用半偏法测电流表G内阻Rg，则下列说法中正确的是()A．开关S1接通前，R1必须调节到高阻值处B．开关S2接通前，R2的阻值无需调节C．当电流表示数从满偏电流Ig调到半偏电流Ig2时，R2中电流强度稍大于Ig2D．R1阻值的大小，对实验误差没有影响【解析】为了保护电流表G安全，A说法正确；S2接通前，R2的阻值无需调节，B说法正确；S2闭合后，若电流表G读数小于Ig2时，可适当增加电阻R2，若电流表G读数大于Ig2时，可适当减小电阻R2，直到电流表G示数为Ig2时，读出R2值，则Rg测＝R2，由于S2接通，并联R2后，R总减小，I总增大，所以R2中电流强度稍大于Ig2，故C正确；若要使Rg测并联R2后电路中电阻几乎不变，即保证电路中电流几乎不变，要求R1远大于R2，实验误差小，故D错误．【答案】ABC4．(全国Ⅱ卷)有一电流表Ⓐ，量程为1mA，内阻rg约为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下图所示，实验步骤如下：①断开S1和S2，将R调到最大；②合上S1，调节R使Ⓐ满偏；③合上S2，调节R1，使Ⓐ半偏，此时可以认为Ⓐ的内阻rg＝R1.试问：(1)在上述可供选择的器材中，可变电阻R1应该选择________；为了使测量尽量精确，可变电阻R应该选择________，电源E应该选择________．(2)认为内阻rg＝R1，此结果与rg的真实值相比________．(填“偏大”、“偏小”或“相等”)【解