把电流表改装成电压表

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1、把电流表改装成电压表【实验播放】1、实验目的： (1)知道用“半偏法测电流表内阻的原理；(2)会根据实验原理选择实验所需器材； (3)把小量程的电流表改装为电压表，并把改装后的电压表与标准电压表进行校对。2、实验原理： 一个电流表有二个重要参量，即Ig和Rg，其额定电压为UgIgRg，由于Ig很小(几百微安几十毫安)，Ug通常为几百欧姆，故Ug比拟小为测量较大的电压值，可在电流表上串联一个大阻值的电阻R，把R作为电流表内阻的一局部，这样的电流表就可分担较大的电压，改装后作为电压表使用如图1所示 电流表的内阻Rg可用半偏法测出，其测量电路如图2所示，其测量原理是当电阻箱未接人电路时，调节R的大小

2、，使电流表G满偏，闭合S2后，R大小不变，改变电阻箱的阻值，使电流表半偏由于Rg很小，那么R的值很大，在开关S2闭合前后，线路上的总阻值变化很小，我们就认为不变，因此干路上的电流Ig也不变，当电流表G的指针半偏时，流过电阻箱的电流与通过电流表的电流相等，那么R注意：滑动变阻器的阻值很大，而且在闭合电键S1应将其阻值调到最大；实验中电阻箱不能用变阻器替代，因为变阻器不能直接读数；测量电流表内阻时，在闭合电键S2后，不能再调节R，以保持电路中的电流不变；另外，对器材的选择必须保证R。3、实验器材 电流表(表头)、电位器(4.7k)、变阻器(050)、电阻箱(09999.99)、电源、开关(两个)、

3、标准电压表(量程与改装后的电压表量程相同)及导线假设干4、实验步骤 (1)测量电流表的内电阻Rg先按如图2所示电路图连接电路，断开S2，接通Sl，把电位器R由最大阻值逐渐向阻值变小进行调节，使电流表的指针到达满偏为止，这时电位器的阻值不得再调整，接通S2，调整电阻箱R的阻值，使电流表的指针恰好偏转到满偏的一半，读出电阻箱R的阻值，就是电流表的内电阻Rg。 (2)将电流表改装为电压表改装量程为2V的电压表，按公式Rx=-Rg，计算分压电阻Rx的值按图4把电流表和电阻箱串联起来，选用电阻箱的阻值等于分压电阻Rx的值改装后的电压表表盘的刻度值，按公式U=Um来计算其中Um是改装后电压表的量程 (3)

4、改装后的电压表跟标准电压表核对按图3连接电路闭合开关S，调整滑动变阻器滑片，使改装的电压表的读数分别是0.5V、1.0V、1.5V、2.0V等，看标准电压表的读数是否与它一致改装的电压表的读数是满刻度Um时，看标准电压表的读数U0，计算满刻度时的百分误差。5、数据处理(1)从电流表的刻度盘上读出其满偏电流Ig，根据测出的内阻Rg计算电流表的满 偏电压UgIgRg，(2)根据公式Rx=-Rg计算分压电阻Rx的值(3)根据改装后校对时的Um和U0计算满刻度时的百分误差，即=100%，例如改装的电压表在满刻度3V时，标准电压表的读数为3.1V，满刻度时的百分误差就是=3.2%。6、考前须知 (1)本

5、实验比拟复杂，因此必须先把实验步骤确定好。第一步：测Rg；第二步：计算分压电阻Rx，并将Rx与电流表串联起来，改装成电压表；第三步：校对改装后的伏特表 (2)测电流表的内阻时，闭合S1前，电位器R应调至电阻最大值，以免闭合S1后通过电流表电流过大损坏电流表 (3)S2闭合后，在调节电阻箱R的阻值时，不能再改变R的阻值，否那么将改变电路的总电流，从而影响实验的准确度 (4)测电流表内阻时，必须确保电位器阻值R远大于电阻箱的有效值R (5)将改装后的电压表与标准电压表校对时，滑动变阻器应采用分压式接法7、误差分析利用“半偏法测出电流表内阻Rg=，事实上当S2闭合后电路结构已发生变化，导致线路总电阻

6、R总减小，由闭合电路的欧姆定律I =知，线路上的电流增大，当流过电流表的电流为时，流过电阻箱的电流大于，故知Rg，即“半偏法把电流表的内阻测小了 内阻测小的电流表改装成电压表后，电压表内阻的真实值比计算值大，故改装量程偏大【试题解析】 例1 两个电压表甲、乙是由完全相同的电流表改装而成它们的量程分别为5V、15V为了测量1520V的电压，甲、乙串联起来使用，那么两表的 ( ) A读数相同 B指针偏转角度相同 C读数正比于表的内阻 D指针偏转角度正比于表的内阻 解析 电流表改装成电压表以后，表头的内阻Rg 并没有变化其量程也没有发生变化，变化的只是等效表的内阻(包括串联电阻与Rg在内的总电阻)，

7、两电压表中因电流相同，故两表指针偏转角度相同而读数是由整个电表内阻分压所决定，表盘是改装后的刻度值，故读数正比于表的内阻(表头内阻Rg与分压电阻之和)，应选B、C。例2 从下表中选 出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A1的内阻r1，要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测量多组数据。器材(代号)规 格电流表(A1)量程10mA，内阻r1待测(约40)电流表(A2)量程500A，内阻r2=750电压表(V)量程10V，内阻r3=10k电阻(R1)阻值约100，作保护电阻用滑动变阻器(R2)总电阻约50 k电池(E)电动势1.5伏，内阻很小开关(S)导线假设干(1)画出电路图，标明所用器材

8、的代号；(2)假设选用测量数据中的一组来计算r1，那么所用的表达式为，式中各符号的物理意义是。 解析 此题的实质仍然是伏安法测电阻。待测电流表A1的量程I1=10mA，内阻r1约为40，那么电流表A1两端的最大耐压为U1m= I1mr1=1010-340V=0.4V。 假设用量程为10V的电压表与电流表A1并联测电压，电压表的读数误差太大，此电压表不能选用 因为电流表A2的内阻r2=750，量程I2=500A，A2两端的最大电压U2m= I2mr2=50010-6750V=0.375V，用电流表A2与电流表A1并联，可设法做到并联后电压不大于0.375V，那么电流表A1与电流表A2两端电压相等

9、，有I1r1=I2r2，那么r1=r2，式中I1为流过电流表A1的电流，I2为流过A2的电流，r1为电流表A1的内阻，r2为电流表A2的内阻 假设要测量精度高，电压、电流调节范围应大些，滑动变阻器采用分压式接法效果更佳，电路图如图4所示例3 图5甲中E为电源，其电动势为E1，R1为滑动变阻器，R2为电阻箱，A为电流表，用此电路经以下步骤可近似测量A的内阻RA。闭合S1，断开S2，调节R1，使电流表数等于其量程I0；保持R1不变，闭合S2，调节R2，使电流表的读数等于，然后读出R2的值，取RAR2。(1)按图5甲中所示电路图在图5乙所给出的实物图中画出连接导线。(2)真实值与测量值之差除以真实值

10、作为测量结果的相对误差，即；试导出它与电源电动势E、电流表量程I0及电流内阻RA的关系式(3)假设I0=10mA，真实值RA约为30，要想使测量结果的相对误差不大于5，电源电动势最小应为多少? 解析 此题是2001年全国高考题，它是用半偏法测量电流表内阻的实验再现 (1)依据图 所示的电路图，连线如图6所示 (2)由步骤得 =I0由步骤得 = 联立可解得 =RA(3)由相对误差的定义可知，真实值RA与测量值R2之差与真实值RA的比值不大于5%，即应有5，由(2)知，即为RA5，将I0=1010-3A、RA=30代入即可求得E6V，即电源的电动势最小为6V。【实验拓展】1替代法测电流表的内阻：例

11、4 为了测定电流表A1的内阻，采用如图7所示的电路其中：A1是待测电流表，量程为300A，内阻约为100；A2是标准电流表，量程是200A；R1是电阻箱，阻值范围0999.9；R2是滑动变阻器；R3是保护电阻；E是电池组，电动势为4V，内阻不计；S1是单刀单掷开关，S2是单刀双掷开关(1)根据电路图7，请在图8中画出连线，将器材连接成实验电路(2)连接好电路，将开关S1扳到接点a处，接通开关S2，调整滑动变阻器R2，使电流表A2的读数是150A；然后将开关S2扳到接点b处，保持R2不变，调节电阻箱R1，使A2的读数仍为150A；假设此时电阻箱各旋钮的位置如图9所示，电阻箱R1的阻值是，那么待测

12、电流表A1的内阻Rg=。 (3)上述实验中，无论怎样调整滑动变阻器R2的滑动端位置，都要保证两块电流表的平安在下面提供的四个电阻中，保护电阻R3应选用：(填写阻值相应的字母) A200k B20k C15k D20 (4)下面提供最大阻值不同的四个滑动变阻器供选用，既要满足上述实验要求，又要调整方便，滑动变阻器(填写阻值相应的字母)是最正确选择 A1k B5k C10k D25k 解析 由图7可知，这是用替代法测电阻的电学实验，其电路连线如图10所示，由图9中电阻箱各旋钮的位置可以读出电阻箱的阻值为86.3，那么电流表A1的内阻也应是86.3，保护电阻R3的作用是保证电路中的总电流不能超过20

13、0A，电源电压为4V，当滑动变阻器R2的阻值最小(为零)时，经计算，保护电阻R3的阻值应在20k左右滑动变阻器R2的作用是调节电路中的总电流在150A左右变化，并不需要总电流有较大范围的变化，因此滑动变阻器R2的阻值只要比保护电阻R3的阻值20k适当小些即可，所以滑动变阻器R2的阻值应选10k综上所述：(1)连线如图10所示； (2)86.3，86.3； (3)B； (4)C2多量程电表 例5 试分析说明双量程电压表的原理及量程扩大情况。 解析 此题考查电表改装的原理如图11所示，实际双量程电压表的内部电路是由电流表的表头(内阻Rg)和两只串联电阻所构成 量程为U1时(接A、B)，其扩大倍数n

14、1=，由串联电路特点U1=Ug+UR1=IgRg+IgR1故R1=-Rg=(n1-1)Rg，此时电压表的内阻RV1=Rg +R1=n1Rg。 量程为U2时(接A、C)，其扩大倍数n2=，由串联电路特点U2=Ug+UR1+UR2=IgRg+Ig(R1+R2)故R1+R2=-Rg=(n2-1)Rg，此时电压表的内阻RV2=Rg +R1+R2=n2Rg。3测电压表的内阻例6 如果实验室中有电源、电阻箱、电键(两个)、滑动变阻器，如何用这些器材测量一个电压表的电阻 解析 通常电压表内阻大于滑动变阻器的总阻值，因此电路中应选择滑动变阻器的分压式接法，如图12所示电路实验步骤如下：a按图12所示连接好实物，注意S1闭合前，滑动变阻器R1的滑片应滑至图中的a端b先后闭合S1、S2，调节R1，使电压表指针偏转到满刻度c断开S2，保持R1不变，调节电阻箱R的阻值，使电压表的指针偏转到满刻度的一半，在R1R1，误差很小4测电流表的满偏电流例7 实验室内有一只指针在中间的灵敏电流表G，其刻度盘左右两侧的格数相等，每侧均