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1、用心 爱心 专心 1实验 12.测电流表内阻及电表的改装实验题，是物理高考的一个方面军，约占高考试卷总分的 17%；电学实验又是高考实验题的重点，占实验题分数的 50%以上，因为一般两个实验题或力学、电学各一个，或电学、光学各一个；而在电学实验题中，大家对“电阻的测量”和“电源电动势与内电阻的测量”关注较多，而对“电表的改装”实验较少注意，本文来说说“电表的改装”实验题的方方面面。“电表的改装”实验一般分三步：第一步：电流表（表头）内阻的测量，第二步：把电流表改装为安培表（扩大量程）或电压表，第三步：对改装好的电表进行校准。高考中对电学实验通常考查：（1） 原理的理解（包括原理图）（2） 步骤
2、的掌握（3） 器材的选择（4） 电路的连接（实物图）（5） 误差的分析（显性或隐性）等下面通过例题来说明。例 1现有一块 59C2 型的小量程电流表 G（表头） ，满偏电流为 A50，内阻约为800850 ，把它改装成 mA1、 0的两量程电流表。可供选择的器材有：滑动变阻器 R1，最大阻值 20； 滑动变阻器 2R，最大阻值 k1电阻箱 ，最大阻值 9定值电阻 0，阻值 ；电池 E1，电动势 1.5V；电池 2E，电动势 V.3；电池 3E，电动势 V5.4；（所有电池内阻均不计）标准电流表 A，满偏电流 mA5.1；单刀单掷开关 1S和 2，单刀双掷开关 3S，电阻丝及导线若干。（1） 采
3、用如图 1 所示电路用半偏法测电流表的内阻，写出主要实验步骤，及如何求得实验结果。（2） 为提高测量精确度，选用的滑动变阻器为 ；选用的电池为 。GRS21E图 1（3）将 G 改装成两量程电流表。现有两种备选电路，示于图 2 和图 3。图 为用心 爱心 专心 2合理电路，另一电路不合理的理由是 。.GRab10mAS3310Rcd图 2 图 3（4）将改装后的电流表与标准电流表逐格进行核对（仅核对 1mA 量程） ，画出所用电路图，图中待核对的电流表符号用 来表示。解析：（1）在这个实验中，第一步，断开 S2，闭合 S1，调节 R，使电流表满偏，第二步，闭合 S2，闭合 S1，不调节 R，仅
4、调节 R，使电流表半偏，则电流表的内阻约等于电阻箱 R的阻值（即读数） 。（2）答案是 2（或最大阻值 k10） 3E（或电动势 4.5V）有同学不理解，待测电流表 G（表头）的满偏电流仅为 A50，为什么要用大电动势的电池和大阻值的滑动变阻器呢？这要从半偏法测电流表的内阻的误差分析谈起。因为第二步中认为电阻箱 R1 分流一半，也就是认为第二步与第一步中干路电流相等。怎么会相等呢？明明是总电阻发生了变化（并联了电阻箱 R） ，这就要求并联了电阻箱R后对总电阻的影响可以忽略不计。怎样才能忽略不计？要求 A，在 RA 已确定的条件下，只能使滑动变阻器的阻值尽可能大，而要使滑动变阻器的阻值尽可能大，
5、因为RA 的满偏电流是确定的，所以就要使电池的电动势尽可能大。这个分析也可以用公式推导：在第一步中，电流表的电流为 REIA，在第二步中，根据并联分流公式，电流表的电流为 2REIAA；从这两式可解得： RA，只有当 RA，即 时，才有 A，也就是电阻箱的读数为电流表的内阻。如果还不十分清楚的话，我们不妨代入数据计算一下。如果使用 E3、R 2，设表头的内阻为 800，则在第一步中，根据 REIA，算得8920105.46AI；第二步中，根据 IA计算得：用心 爱心 专心 3AI 23.508940.，当表头半偏时， ,25AI 则 AIR23.5，因为 AR，所以 793.80RI ，这就是
6、 RA 的测量值，与真实值 RA=800 相比，相对误差为 %5；如果使用 E1、R 2（用 R1 不可以，下面的计算可知） ，表头的内阻为 800 ，则在第一步中，根据 IA，算得 290810.6AIE；第二步中，根据 RIA计算得： A75.29405.，当表头半偏时，,25I则 IR6.2，因为 80AR，所以7965.280RAI，这就是 RA 的测量值，与真实值 RA=800 相比，相对误差为 %79。很显然，后者比前者误差大得多。所以选 E3、R 2。（3）图 2 为合理电路； 图 3 电路在通电状态下，更换量程会造成两分流电阻都未并联在表头两端，以致流过表头的电流超过其满偏电流
7、而损坏。（4）电路图为图 4。与 A 和 A串联的是定值电阻 0，阻值 k1，是起保护作用，因为改装后的电流表内阻很小，所以如无 0R，则电流可能很大。1SE图 4为说明改装后的电流表内阻很小，不妨计算一下图 2 中 1mA 档的电流表的内阻。在图 2 中，总电流 mAI1，表头电流 AIG50，所以并联电阻 R 并 （图 2中的 R1+R2）为 并 = 4208GI ，所以电流表的内阻为用心 爱心 专心 440280RrG，如果没有 R0，当电压为 1.5V 时，电流可达mAA75.1.405.1（计算中设标准表 A的内阻也是 40） ，远远超过了电流表的量程。点评：本题考查了半偏法测电流表
8、内阻的实验原理（隐性地考，没明确要求写原理，但要懂原理才能做） 、实验步骤（显性地考，明确要求写出）以及器材的选择（显性地考，明确要求写出）和误差的分析（隐性地考） 。后者，看起来简单，其实很复杂。也考查了电表的改装及校准的电路，特别提出了两量程的电流表，是课本上没讲的，但是实验中常用的。例 2利用图 1 所示的电路测量电流表 mA 的内阻 RA。图中 R1、R 2 为电阻，K 1、K 2 为电键，B 是电源（内阻可忽略） 。 根据图 1 所给出的电路原理图，在图 2 的实物图上连线。已知 R1=140，R 2=60。当电键 K1 闭合、K 2 断开时，电流表读数为 6.4mA；当K1、K 2
9、 均闭合时，电流表读数为 8.5mA。由此可以求出 RA= 。 （保留 2 位有效数字）解析：(1)图略(2)根据电路欧姆定律和电路分析，有 )140(5.8)( 663121 AARRIE，解得 RA=43.点评：本题考查用安阻法（用电流表和两个电阻）测电流表的内阻。也具体考查了实物图的连线和实验数据的处理方法（考实际数字的计算） ，还考查了电路的分析。例 3. 利用图中给定的器材测量电压表 V 的内阻 Rv。图中 B 为电源（内阻可忽用心 爱心 专心 5略不计）, R 为电阻箱，K 为电键。 将图中实物连接为测量所用的电路。 写出实验中必须记录的数据（用符号表示）, 并指出各符号的意义：_
10、 用 中记录的数据表示 RV 的公式为 RV=_。 解析：. .连线如图所示。改变电阻箱的阻值（至少 2 次） ，测出相应的电压，R 1、R 2是电阻箱的两次读数；U 1、U 2,是相应的电压表的两次读数。根据全电路欧姆定律，有 2211RUEV，解得： R V= 。U2R2 U1R1U1 U2点评：本题考查用伏阻法（用电阻箱和电压表）测电压表的内阻。本题具体考查了实物图的连线和实验数据的处理方法（考公式的推导，不考实际数字的计算） 。例 4将满偏电流 Ig=300A、内阻未知的电流表 改装成电压表并进行核对 G(1)利用如图所示的电路测量电流表 的内阻( 图中 G电源的电动势 E=4V )：
11、先闭合 S1，调节 R，使电流表指针偏转到满刻度；再闭合 S2，保持 R 不变，调节R， ，使电流表指针偏转到满刻度的 3，读出此时用心 爱心 专心 6R的阻值为 200，则电流表内阻的测量值 Rg= (2)将该表改装成量程为 3V 的电压表，需 (填“串联”或“并联”)阻值为 R0= 的电阻(3)把改装好的电压表与标准电压表进行核对，试在答题卡上画出实验电路图和实物连接图解析：（1）设电流表的满偏电流为 I，则根据并联分流的原理，有1032IIRGg。（2）串联电阻为 9900 。计算方法如下：串联电路电流相等。有 0RIUG，所以 9010360GRIU。（3）如下图GVE r SR0R点
12、评：本题对半偏法有发展，用了 32偏法，只要懂得原理，就能灵活应变，这就考查了学生的应变能力和知识迁移能力。而不能死记硬背“电流表内阻等于电阻箱读数” 的结论。本题还考查了电流表改装为电压表以及改装后的电压表的校准。例 5 （2010 全国卷 1。3） （16 分）一电流表的量程标定不准确，某同学利用图 1 所示电路测量该电流表的实际量程 mI。所用器材有：量程不准的电流表 1A，内阻 1r=10.0，量程标称为 5.0mA；标准电流用心 爱心 专心 7表 2A，内阻 2r=45.0，量程 1.0mA；标准电阻 1R，阻值 10.0；滑动变阻器 R，总电阻为 300.0 ；电源 E，电动势 3
13、. 0V，内阻不计；保护电阻 2；开关 S；导线。回答下列问题：（1）在答题卡上（图 2 所示）的实物图上画出连线。（2）开关 S 闭合前，滑动变阻器的滑动端 c 应滑动至 端。（3）开关 S 闭合后，调节滑动变阻器的滑动端，使电流表 1A满偏；若此时电流表2A的读数为 2I，则 1A的量程 mI= 。（4）若测量时， 未调到满偏，两电流表的示数如图 3 所示，从图中读出 1的示数1I= ， 2的示数 2I = ；由读出的数据计算得 mI= 。 （保留 3 位有效数字）（5）写出一条提高测量准确度的建议： 。【答案】连线如图阻值最大用心 爱心 专心 8 12)(rRIm6.05mA【解析】连线
14、如图在滑动变阻器的限流接法中在接通开关前需要将滑动触头滑动到阻值最大端闭合开关调节滑动变阻器使待测表满偏，流过的电流为 Im。根据并联电路电压相等有 )(121RrIm得 12)(rIm待测表未满偏有 )(21RI，将 A2 的示数 0.66mA 和其他已知条件代入有63.0456.)(121 rIMa但图中 A1 的示数 3.0mA 量程为 5.0mA，根据电流表的刻度是均匀的，则准确量程为6.05mA略例 6 （2010 北京卷 21） （18 分） （）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的直流电压表。 G她按图所示电路、用半偏法测定电流计 的内电阻 rg，其中电阻 0 约为 k。 G为使 rg 的测量值尽量准确，在以下器材中，电源应选用 _，电阻器 1 应选用_，电阻器 2 应选用_（选填器材前的字母）电源（电动势 1.5）电源（电动势 6）电阻箱（0999.9 ）滑动变阻器（0500 ）电位器（一种可变电阻，与滑动变阻器相当） （05.1 k）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 的阻值调至最大。后续的
