1、第 4 讲 实验：把电流表改装成电压表基础巩固1.(2017 北京海淀期末,11 )利用如图所示的电路测量一个满偏电流为 300 A,内阻 rg约为 100 的电流表的内阻值,有如下的主要实验器材可供选择: A.滑动变阻器(阻值范围 020 ) B.滑动变阻器(阻值范围 01 750 )C.滑动变阻器(阻值范围 030 k)D.电源(电动势 1.5 V,内阻 0.5 )E.电源(电动势 8 V,内阻 2 )F.电源(电动势 12 V,内阻 3 )(1)为了使测量尽量精确,在上述可供选择的器材中,滑动变阻器 R 应选用 ,电源 E 应选用 。(选填器材前面的字母序号) (2)实验时要进行的主要步
2、骤有:A.断开 S2,闭合 S1B.调节 R 的阻值,使电流表指针偏转到满刻度C.闭合 S2D.调节 R的阻值,使电流表指针偏转到满刻度的三分之二E.记下此时 R的阻值为 190 则待测电流表的内阻 rg的测量值为 ,该测量值 (选填“大于”、“小于”或“等于”)电流表内阻的真实值。 2.(2016 北京西城二模,21)(1)用螺旋测微器测一金属丝的直径,示数如图 1 所示。由图可读出金属丝的直径为 mm。 (2)某同学要将一个电流表改装为电压表,他先需要精确测量待改装电流表的内电阻。实验中备用的器材有:A.待改装电流表(量程 0300 A,内阻约为 100 )B.标准电压表(量程 03 V)
3、C.电阻箱(阻值范围 0999.9 )D.电阻箱(阻值范围 099 999.9 )E.电源(电动势 4 V,有内阻)F.电源(电动势 12 V,有内阻)G.滑动变阻器(阻值范围 050 ,额定电流 1.5 A)H.开关两个、导线若干如果采用如图 2 所示的电路测定电流表 G 的内电阻,并且要想得到较高的精确度。那么从以上备用的器材中,可变电阻 R1应选用 ,电源 E 应选用 。(填选项前的字母符号) 如果实验时要进行的步骤有A.闭合 S1;B.闭合 S2;C.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
4、表指针偏转到满刻度的一半;F.记下 R2的阻值。进行实验的合理步骤顺序是 (填字母代号)。 如果在步骤 F 中所得 R2的阻值为 95.0 ,要将该电流表 G 改装成量程为 03 V 的电压表,则需要与电流表 联一个阻值为 的电阻。 在测量电流表内阻的过程中,如果该同学将电阻 R2的阻值从 300 逐渐调小到 0,则电阻 R2上消耗的电功率 P2随电阻 R2的变化规律可能是图 3 四个图中的 。 图 3图 13.(1)甲同学根据图 1 所示电路采用“半偏法”测量一个量程为 3 V 的电压表内阻(约 3 k)。为使测量值尽量准确,在以下器材中,电阻箱 R 应选用 ,滑动变阻器 R0应选用 ,电源
5、 E 应选用 (选填器材前的字母)。 A.电阻箱(0999.9 )B.电阻箱 (09 999 ) C.滑动变阻器(050 )D.滑动变阻器(02 k)E.电源(电动势 1.5 V)F.电源(电动势 4.5 V)该同学检查电路连接无误后,在开关 S1、S 2均断开的情况下,先将 R0的滑片 P 调至 a 端,然后闭合S1、S 2,调节 R0,使电压表指针偏转到满刻度,再断开开关 S2,调节 R 的阻值,使电压表指针偏转到满刻度的一半。如果此时电阻箱 R 接入电路中的阻值为 3 150 ,则被测电压表的内阻测量值为 ,该测量值 实际值(选填“略大于”、“略小于”或“等于”)。 图 2(2)乙同学将
6、一个电流计 G 改装成量程为 3 V 的电压表。该电流计 G 内部由表头和定值电阻 r 串联组成,其中表头电阻 rg=100 ,r 约为几千欧。为确定该电流计 G 的满偏电流 Ig和 r 的阻值,他采用如图 2 所示电路进行测量。实验中使用的电源电动势 E=3.0 V,电阻箱 R 的最大阻值为 9 999 。具体操作步骤如下:a.将滑动变阻器 R0的滑片 P 调到 a 端,电阻箱接入电路的阻值 R 调到 5 000 ;b.闭合 S,仅调节 R0使电流计 G 满偏,记录此时电阻箱接入电路的阻值 R 和电压表的示数 U;c.断开 S,将滑动变阻器 R0的滑片 P 再次调到 a 端,将电阻箱接入电路
7、的阻值 R 减小 1 000 ;d.重复步骤 b、c,直到将电阻箱接入电路的阻值 R 调为 0 ,断开 S,结束实验。根据实验测量出的多组数据绘制电压表示数 U 随电阻箱接入电路中的阻值 R 变化的图像,如图 3 所示。图 3现有如下三种量程的电压表,在该实验中为使电压的测量值尽可能准确,应选用量程为 的电压表(选填选项前的字母)。 A.015 V B.03 V C.00.5 V根据上述实验数据绘制出的图像,并考虑实验中存在的误差,可以推测出该表头的满偏电流 Ig以及定值电阻 r 的值应为 。(选填选项前的字母) A.30 A,2.4 k B.300 A,5.0 kC.300 A,2.4 k
8、D.30 A,5.0 k乙同学参考中判断的结果,他若将电流计 G 联(选填“串”或“并”)一个阻值为 k 的电阻,就可以将该电流计 G 改装成量程为 3 V 的电压表。 综合提能1.某同学在进行扩大电流表量程的实验时,需要知道电流表的满偏电流和内阻。他设计了一个用标准电流表 G1来校对待测电流表 G2的满偏电流和测定 G2内阻的电路,如图所示。已知 G1的量程略大于 G2的量程,图中 R1为滑动变阻器,R 2为电阻箱。该同学顺利完成了这个实验。实验过程包含以下步骤,其合理的顺序依次为 (填步骤的字母代号); A.合上开关 S2B.分别将 R1和 R2的阻值调至最大C.记下 R2的最终读数D.反
9、复调节 R1和 R2的阻值,使 G1的示数仍为 I1,使 G2的指针偏转到满刻度的一半,此时 R2的最终读数为 rE.合上开关 S1F.调节 R1使 G2的指针偏转到满刻度,此时 G1的示数为 I1,记下此时 G1的示数仅从实验设计原理上看,用上述方法得到的 G2内阻的测量值与真实值相比 (填“偏大”、“偏小”或“相等”); 若要将 G2的量程扩大为 I,并结合前述实验过程中测量的结果,写出须在 G2上并联的分流电阻 RS的表达式,R S= 。 2.某学习小组的同学拟探究小灯泡 L 的伏安特性曲线,可供选用的器材如下:小灯泡 L,规格“4.0 V.0.7 A”;电流表 A1,量程 3 A,内阻
10、约为 0.1 ;电流表 A2,量程 0.6 A,内阻 r2=0.2 ;电压表 V,量程 3 V,内阻 rV=9 k;标准电阻 R1,阻值 1 ;标准电阻 R2,阻值 3 k;滑动变阻器 R,阻值范围 010 ;学生电源 E,电动势 6 V,内阻不计;开关 S 及导线若干。甲同学设计了如图 1 所示的电路来进行测量,当通过 L 的电流为 0.46 A 时,电压表的示数如图 2所示,此时 L 的电阻为 。 图 1图 2乙同学又设计了如图 3 所示的电路来进行测量,电压表指针指在最大刻度时,加在 L 上的电压值是 V。 图 3图 4学习小组认为要想更准确地描绘出 L 完整的伏安特性曲线,需要重新设计
11、电路。请你在乙同学的基础上利用所供器材,在图 4 所示的虚线框内补画出实验电路图,并在图上标明所选器材代号。答案精解精析基础巩固1.答案 (1)C E (2)95 小于解析 (1)半偏法测电流表内阻的实验中为减小实验误差,需要选择最大阻值尽可能大的滑动变阻器和合适的电源,同时还要保证不损坏电路元件,所以滑动变阻器选用 C,电源选用 E。(2)电流表指针偏转到满刻度的三分之二,则流过电流表的电流为流过电阻箱电流的 2 倍,R的阻值是电流表内阻的 2 倍,故 rg的测量值为 95 ,测量值小于真实值。2. 答案 (1)1.515(0.002) (2)D FCADBEF 串 9905 或 9905.
12、0 D解析 (1)螺旋测微器的读数为 1.5 mm+1.50.01 mm=1.515 mm。(2)为减小系统误差,当 G 满偏时,R 1连入电路的有效值越大越好,则 EI gR。由此可知电源电动势为 4 V 时 R1.310 4 ,电源电动势为 12 V 时 R410 4 ,所以选用 D、F。U=I g(R 串 +Rg),所以 R 串 = -Rg=9 905.0 I 总 =Ig,I2= I 总2+所以 P2= R2= R2=22 ()2(2+)2()22+22+2当 R2=Rg时,P 2最大,选 D。3. 答案 (1)B C F 3 150 略大于 (2)B C 串 7.5解析 (1)该实验采
13、用“半偏法”测量量程为 3 V 的电压表的内阻,为实现其满偏,电源 E 应选 F;利用电阻箱读数反映电压表内阻,故电阻箱应选 B;滑动变阻器为分压接法,故选 C。根据“半偏法”原理可知被测电压表内阻的测量值为电阻箱 R 接入电路中的阻值,即 3 150 ,但实际上,当 R 接入电路时,电路总电阻变大,总电流变小,故电源内阻及变阻器 Pb 部分分得的电压减小,故电压表与 R 串联后两端的总电压增大,故当电压表半偏时,加在 R 两端的电压比电压表两端电压略大,用R 的读数代替电压表内阻测量值,则该测量值略大于实际值。(2)根据题意因电源电动势为 3 V,故电压表应选用 B。由题意可知 U=Ig(r
14、g+r+R),即 U=IgR+Ig(rg+r),则 U-R 图像中斜率 k=Ig,所以 Ig=312 A纵轴截距 b=Ig(rg+r),解得 r=2.3 k在误差允许范围内,选项 C 符合题意。将电流计改装成电压表,应串联一个大电阻,n= = =4,所以 R 串 =(n-1)(rg+r)=7.5 k。 30.75综合提能1. 答案 BEFADC 相等 1-1解析 实验首先要保证 G1、G 2不被烧坏,应先将 R1、R 2的阻值调至最大。实验中应保持合上 S2与断开 S2两种情况下 G1的示数 I1为 G2的满偏电流 Ig2,当合上 S2时,G 2示数为 = ,此时流过 R2的电流也为1222,
15、得 R2=RG2。综上所述可知步骤为 BEFADC。这种方法测量的 G2的内阻与真实值相等。扩大 G2量程12时原理如图所示,有(I-I 1)RS=I1r,解得 RS= 。1-12.答案 5 4 如图所示答图 1答图 2解析 题图 2 电压表量程为 3 V,则示数为 2.3 V,解得电阻值 R= = =5 。 2.30.46电压表满偏为 3 V,设此支路电压为 U,则有 = ,解得 U=4 V,即小灯泡 L 上的电压 UL=U=4 39+39V。因为 L 的额定电流 0.7 A 大于电流表的量程 0.6 A,故需要在 旁并联适当的分流电阻 R1,据=I1R1,I1+ =IL,这样能充分测量 L 的电压及电流。22 2
