物理第十章 恒定電流 第4講 實(shí)驗(yàn) 把電流表改裝成電壓表

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1、第4講實(shí)驗(yàn)：把電流表改裝成電壓表知識梳理知識梳理實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理(1)“半偏法”測電流表的內(nèi)阻電路圖如圖所示,合上S1,調(diào)整R,使電流表恰好滿偏滿偏,然后閉合S2,調(diào)整R,使電流表恰好半偏半偏,當(dāng)R R時(shí),rg=R。(2)把電流表改裝成電壓表,根據(jù)串聯(lián)電阻分壓的原理可知,應(yīng)把電流表與一電阻串聯(lián)串聯(lián),其阻值為Rx= -rg。誤差分析誤差來源gUI(1)本實(shí)驗(yàn)存在系統(tǒng)誤差,只有當(dāng)RR時(shí),才有rg=R;(2)由于電流表允許通過的電流太小,也影響了實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果的準(zhǔn)確性;(3)R使用電阻箱,阻值的調(diào)節(jié)本身就不連續(xù),也是誤差來源之一。1.一個(gè)電流表的內(nèi)阻RA為0.18 ,量程為010 A,刻度盤分為100

2、個(gè)刻度?，F(xiàn)將其最大測量值擴(kuò)大為100 A,需并并聯(lián)一個(gè)0.02的電阻,此時(shí)刻度盤每個(gè)刻度表示1A;新的電流表的內(nèi)阻為0.018 。答案答案并0.0210.018解析解析電流表擴(kuò)大量程需并聯(lián)一個(gè)電阻分流,其阻值R= =0.02 。改裝后的電流表內(nèi)阻為= =0.018 。量程為0100 A時(shí)刻度盤每個(gè)刻度表示1 A。A1Rn0.18100110AAR RRR0.18 0.020.180.022.某同學(xué)用量程為1 mA、內(nèi)阻為120 的表頭按圖(a)所示電路改裝成量程分別為1 V和1 A的多用電表。圖中R1和R2為定值電阻,S為開關(guān)。回答下列問題:(1)根據(jù)圖(a)所示的電路,在圖(b)所示的實(shí)物圖

3、上連線。(2)開關(guān)S閉合時(shí),多用電表用于測量電流電流 (填“電流”、“電壓”或“電阻”);開關(guān)S斷開時(shí),多用電表用于測量電壓電壓(填“電流”、“電壓”或“電阻”)。(3)表筆A應(yīng)為黑黑色(填“紅”或“黑”)。(4)定值電阻的阻值R1=1.00 ,R2=880。(結(jié)果取3位有效數(shù)字) 答案答案(1)連線如圖所示(2)電流電壓(3)黑(4)1.00880解析解析(2)開關(guān)S閉合時(shí),R1與表頭和R2并聯(lián),為電流表,因此用于測量電流;當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí),R2與表頭串聯(lián),為電壓表,因此用于測電壓。(3)電流應(yīng)從紅表筆流入電表,從黑表筆流出電表,因此表筆A應(yīng)為黑色。(4)開關(guān)S斷開時(shí)為電壓表,U=Ig(Rg+

4、R2),解得R2=880 ;開關(guān)S閉合時(shí)為電流表,R1=1.00 。gg2g()IRRII深化拓展深化拓展考點(diǎn)考點(diǎn)電表的改裝方法電表的改裝方法深化拓展深化拓展考點(diǎn)電表的改裝方法考點(diǎn)電表的改裝方法1.電流表電流表G(表頭表頭)(1)構(gòu)成:主要由磁體和放入其中可轉(zhuǎn)動的線圈組成。當(dāng)線圈中有電流通過時(shí),線圈在安培力作用下帶動指針一起偏轉(zhuǎn),電流越大,指針偏轉(zhuǎn)的角度越大,從表盤上可直接讀出電流值。(2)三個(gè)參數(shù):滿偏電流Ig,表頭內(nèi)阻Rg,滿偏電壓Ug,它們的關(guān)系:Ug=IgRg。2.電壓表、電流表的改裝電壓表、電流表的改裝 改裝為電壓表改裝為大量程電流表原理串聯(lián)電阻分壓并聯(lián)電阻分流改裝原理圖分壓電阻或分

5、流電阻U=IgRg+IgR所以R=-RgIgRg=(I-Ig)R所以R=改裝后電表內(nèi)阻RV=Rg+RRgRA=RgUIgI RIIgggRRRRgg1-1 (2017北京朝陽期末,16)現(xiàn)有一塊直流電流計(jì)G,滿偏電流為200 A,內(nèi)阻約為400 ,某同學(xué)想把它改裝成量程為2 V的電壓表,他首先根據(jù)圖示電路,用半偏法測定電流計(jì)G的內(nèi)阻。(1)為提高測量準(zhǔn)確度,在以下器材中,電阻器R應(yīng)選用F;電池應(yīng)選用B(選填器材前的字母)。A.電池(電動勢1.5 V,內(nèi)阻不計(jì))B.電池(電動勢4.5 V,內(nèi)阻不計(jì))C.電阻箱(0999.9 )D.滑動變阻器(0500 )E.電位器(一種可變電阻,與滑動變阻器相當(dāng)

6、)(05.1 k)F.電位器(051 k)(2)該同學(xué)在開關(guān)斷開的情況下,檢查電路連接無誤后,將R的阻值調(diào)至最大。后續(xù)的實(shí)驗(yàn)操作步驟依次是ACBE,最后記錄R的阻值并整理好器材。(請按合理的實(shí)驗(yàn)順序,選填下列步驟前的字母)A.閉合S1B.閉合S2C.調(diào)節(jié)R的阻值,使電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度D.調(diào)節(jié)R的阻值,使電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半E.調(diào)節(jié)R的阻值,使電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半F.調(diào)節(jié)R的阻值,使電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度(3)如果測得R的阻值為400.0 ,即為電流計(jì)G內(nèi)阻的測量值。則給電流計(jì)G串串聯(lián)(選填“串”或“并”)一個(gè)阻值為9.6 k的電阻,就可以將該電流計(jì)G改裝成量程為2 V的電壓

7、表。(4)請你推斷在本實(shí)驗(yàn)中電流計(jì)G內(nèi)阻的測量值R比其內(nèi)阻的實(shí)際值Rg是偏大還是偏小;由于測得電流計(jì)G內(nèi)阻的準(zhǔn)確度將直接影響改裝電壓表的準(zhǔn)確度,請你分析說明利用半偏法測量電流計(jì)內(nèi)阻時(shí),使R盡可能接近Rg的方法。答案答案(1)FB(2)ACBE(3)串9.6(4)見解析解析解析(1)參見(4)問解析。(2)根據(jù)半偏法的操作步驟,可得出合理的步驟為ACBE(3)將電流表改裝成電壓表,應(yīng)串聯(lián)一個(gè)較大阻值的電阻。根據(jù)R+rg=,可計(jì)算出R=9 600 =9.6 k。(4)設(shè)電源的電動勢為E,電流計(jì)的滿偏電流為Ig,當(dāng)S1閉合,S2斷開時(shí),電流計(jì)滿偏,由閉合電路歐姆定律可得:E=Ig(R+Rg)當(dāng)S1、

8、S2均閉合,電流計(jì)半偏,設(shè)流經(jīng)R的電流為I,有:Rg=IRE=(+I)R+RggUIg2Ig2Ig2I聯(lián)立式可得:=+可見,RRg,即電流計(jì)G內(nèi)阻的測量值R比其內(nèi)阻的實(shí)際值Rg偏小。由式可知,為了使電流計(jì)G內(nèi)阻測量值R盡可能接近實(shí)際值Rg,即RRg,則需要在電流計(jì)達(dá)到滿偏時(shí),電阻器接入電路的阻值越大準(zhǔn)確度越高,所以要選用阻值較大的電阻器;同時(shí),為了確保電流計(jì)指針能夠滿偏,還應(yīng)當(dāng)選用電動勢適當(dāng)大的電源。1R1Rg1R甲1-2 (2010北京理綜,21)(1)甲同學(xué)要把一個(gè)量程為200 A的直流電流計(jì) ,改裝成量度范圍是04 V的直流電壓表。她按圖甲所示電路,用半偏法測定電流計(jì) 的內(nèi)電阻rg,其中

9、電阻R0約為1 k。為使rg的測量值盡量準(zhǔn)確,在以下器材中,電源E應(yīng)選用B,電阻器R1應(yīng)選用C,電阻器R2應(yīng)選用F(選填器材前的字母)。A.電源(電動勢1.5 V)B.電源(電動勢6 V)C.電阻箱(0999.9 )D.滑動變阻器(0500 )E.電位器(一種可變電阻,與滑動變阻器相當(dāng))(05.1 k)F.電位器(051 k)該同學(xué)在開關(guān)斷開情況下,檢查電路連接無誤后,將R2的阻值調(diào)至最大。后續(xù)的實(shí)驗(yàn)操作步驟依次是:B,C,A,E ,最后記錄R1的阻值并整理好器材。(請按合理的實(shí)驗(yàn)順序,選填下列步驟前的字母)A.閉合S1B.閉合S2C.調(diào)節(jié)R2的阻值,使電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度D.調(diào)節(jié)R2的阻值

10、,使電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半E.調(diào)節(jié)R1的阻值,使電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半F.調(diào)節(jié)R1的阻值,使電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度如果所得的R1的阻值為300.0 ,則圖甲中被測電流計(jì) 的內(nèi)阻rg的測量值為300,該測量值略小于略小于實(shí)際值(選填“略大于”“略小于”或“等于”)。給電流計(jì) 串串聯(lián)(選填“串”或“并”)一個(gè)阻值為19.7k的電阻,就可以將該電流計(jì) 改裝為量程 4 V 的電壓表。(2)乙同學(xué)要將另一個(gè)電流計(jì) 改裝成直流電壓表,但他僅借到一塊標(biāo)準(zhǔn)電壓表V0、一個(gè)電池組E、一個(gè)滑動變阻器R 和幾個(gè)待用的阻值準(zhǔn)確的定值電阻。 乙該同學(xué)從上述具體條件出發(fā),先將待改裝的表 直接與一個(gè)定值電阻R相

11、連接,組成一個(gè)電壓表;然后用標(biāo)準(zhǔn)電壓表V0校準(zhǔn)。請你畫完圖乙方框中的校準(zhǔn)電路圖。實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)定值電阻R選用17.0 k時(shí),調(diào)整滑動變阻器R 的阻值,電壓表V0的示數(shù)是4.0 V時(shí),表的指針恰好指到滿量程的五分之二;當(dāng)R選用7.0 k時(shí),調(diào)整R 的阻值,電壓表V0的示數(shù)是2.0 V時(shí),表的指針又指到滿量程的五分之二。由此可以判定,表 的內(nèi)阻rg是3.0k,滿偏電流Ig是0.50mA。若要將表 改裝為量程是15 V的電壓表,應(yīng)配備一個(gè)27.0k的電阻。答案答案(1)BCFBCAE300略小于串19.7(2)如圖所示3.00.5027.0解析解析(1)考慮到減小誤差,電源應(yīng)選電動勢較大的B。因?yàn)殡妱觿?/p>

12、越大,R2接入電路阻值越大,測得數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確。R1要選能讀出接入電路的電阻值的電阻箱C。R2在電路中是限流接法,應(yīng)選用總阻值大于 30 k 的電位器F。半偏法的具體操作順序是:a.S1斷開,S2閉合;b.調(diào)節(jié)R2,使電流計(jì)指針滿偏;c.閉合S1;d.保持R2不變,調(diào)節(jié)R1,使電流計(jì)指針半偏;e.讀 出R1,即為電流計(jì)內(nèi)阻值。根據(jù)半偏法原理,rg=R1=300 。由于閉合S1后,干路電流會略為變大,故半偏時(shí),流過R1的電流略大于電流計(jì)的電流,故R1的阻值略小于電流計(jì)的內(nèi)阻。把電流計(jì)改裝成電壓表,應(yīng)串聯(lián)一個(gè)大電阻R,R=-rg= -300 =19.7 k。(2)電路圖見答案。設(shè)電流計(jì)量程為Ig。由題意知:當(dāng)R為17.0 k時(shí)gUI64200 10有Ig(17.0+rg)=4 V;當(dāng)R為7.0 k時(shí)有 Ig(7.0+rg)=2 V。兩式聯(lián)立得rg=3.0 k,Ig=0.50 mA。若要改裝成量程為15 V的電壓表,串聯(lián)電阻阻值R=-rg= =27.0 k。2525gUI3153 0000.50 10