高三物理电表的改装

考点39 电表改装原理

考情分析

内容 要求 要点解读

电表改装原理 本部分内容是对多用电表工作原理的解读，是高考热点。

考点解读

一、表头

常用的电压表和电流表都是由表头改装而成的，表头是一个小量程的电流表G。

1．表头内阻Rg：指电流表G的内阻，一般为几百欧到几千欧。

2．满偏电流Ig：指电流表G指针偏转到最大刻度时的电流（即电流表G所能测量的最大电流值），一般为几毫安到几十毫安。

3．满偏电压Ug：指电流表G通过满偏电流时它两端的电压，一般为几毫伏到几十毫伏。

由欧姆定律可知：Ug=IgRg。

二、电表的改装

改装成电压表 改装成电流表

内部电路

改装原理 串联分压 并联分流

改装后的量程 gg()UIRR ggRRIIR

量程扩大的倍数

gUnU

gInI

接入电阻的阻值 ggg(1)URRnRI gggg1IRRRIIn

改装后的总内阻 VggRRRnR ggAgRRRRRRn

校对电路 改装成的电压表

改装成的电流表

三、欧姆表的原理

1．构造：如图所示，欧姆表由电流表G、电池、调零电阻R和红黑表笔组成。

欧姆表内部：电流表、电池、调零电阻串联。

外部：接被测电阻Rx。

全电路电阻R总=Rg+R+r+Rx。

2．工作原理：闭合电路的欧姆定律I=xgRrRRE。

3．刻度的标定：红黑表笔短接（被测电阻Rx=0）时，调节调零电阻R，使I=Ig，电流表的指针达到满偏，这一过程叫欧姆调零。

（1）当I=Ig时，Rx=0，在满偏电流Ig处标为“0”。（图甲）

（2）当I=0时，Rx→∞，在I=0处标为“∞”。（图乙）

（3）当I=2gI时，Rx=Rg+R+r，此电阻是欧姆表的内阻，也叫中值电阻。

重点考向

考向一 改装成电流表

典例引领

（2020·北京人大附中高一期末）如图所示，电流计的内阻Rg=98Ω，满偏电流Ig=1mA，R1=902Ω，R2=2Ω，

高中物理欧姆表的原理及电表改装知识点总结 一、欧姆表的测量原理： ①欧姆表是测量电阻的仪表。右图的欧姆表的测量原理图。虚线方框内是欧姆表的内部结构（简化），它包含表头G、直流电源（常用干电池）及电阻R（调零电阻及其它如保护电阻等的总电阻）；当被测电阻xR接入 电路后，通过表头的电流xGRRrRI+++= 其中ε为干电池两端的电压（测量时基本不 变）。由上式可知，对给定的欧姆表，I与xR 有一一对应的关系，所以由表头指针的位置可以知道xR的大小。为了读数方便，可以事先在刻度盘上直接标出欧姆值。 ②欧姆表的刻度特点。与电流表和电压表不同，欧姆表的刻度有下面三个显著特点：A、电流表及电压表的刻度越向右数值越大，欧姆表则相反，这是由于Rx越小I越大造成的。每个欧姆表刻度盘的最右端都可标以“0Ω”的数值，因为总可以选择RΩ的值以保证当Rx=0时流过表头的电流恰好等于它的满刻度电流（满偏电流）IGm。B、磁电式电流表及电压表的刻度是均匀的，欧姆表的刻度却是很不均匀，越向左边越密。这是因为刻度的疏密程度取决于上式中的电流I随Rx的变化规律。C、电流表及电压表的刻度都是从0到某一确定的值，因此每个表都有一个确定的量程。但欧姆表的刻度却总是从0到欧姆。 ③欧姆表的中值电阻。因为当Rx=0时表头电流等于它的满刻度电流IGm，所以把Rx=0及I=IGm代入上式就有：GGmRrRI++= ，再将此式除以上式得：

xGGGmRrRRrRRII+++++=)(，)(GRrR++是一定的，所以每个Rx值都对应一个确定的

GmII值。GmII这个数值是很有实际意义，正是它唯一地决定着表针的位置。例如，当GmII=1时，I=IGm，表针指最右端；当GmII=1/2时，表针指在刻度盘的中心处，等等。可以这样理解：每个Rx值决定一个GmII值，而每个GmII值又决定一个表针位置。如果两个欧姆表不同的)(GRrR++值，同一Rx就对应不同的GmII，即对应不同的表针位置，它们的刻度情况就不一样。反之，只要两个欧姆表的)(GRR+值相等，它们的刻度情况就完全相同（可以共用一个刻度盘）。欧姆表的)(GRrR++叫做它的中值电阻（简称中值），因为当GxRrRR++=时，由上面关系式可得：21=GmII ，表针恰指正中。换句话：中值电阻唯一地决定了欧姆表的刻度。中值电阻一经确定，刻度盘的刻度便将全盘定局。 xR 红笔 I G GR R 黑笔 欧姆表 r④欧姆表的测量范围。虽然作何欧姆表的刻度都从0到欧姆，但因为越向左刻度越密，所以当被测电阻Rx很大时就难以准确读数。以右图为例，当Rx=200欧姆以上时，读数已很困难，当Rx=1000欧姆以上时，甚 至无法读数。要想较准确地测出1000欧 姆左右的阻值，应该换用一个中值电阻 较大的欧姆表。把图中的欧姆表称为甲 表，设另一个为乙表，其中值电阻是甲 表的100倍（即1200欧）。只要把甲表 的每个刻度值乘以100，便可得到乙表的刻度值。于是，当Rx=1000欧时，乙表的指针将指在中间附近，读数便准确得多；反之，对于小的Rx值（例如几欧时），用乙表测量就不如甲表准确。所以测量大电阻时要用中值电阻大的欧姆表，反之要用中值小的欧姆表。实际使用的欧姆表通常有几个中值（几档），为了统一用一个刻度盘，相邻中值之比总是10或100。例如，最常用的欧姆表有×1、×10、×100、×1000等档，使用×1档时，中值就是刻度盘正中的欧姆值；使用×10档时，中值是刻度盘正中数值的10倍，因而其他刻度值也应乘以10。其余各档可以类推。 二、 电阻的测量、半偏法与测量误差： 电阻的测量方法有以下几种：⑴伏安法（包含图解法）、⑵欧姆表（直接测量）法、⑶半偏法、⑷电桥法。 ⑴伏安法：这种方法我们已经比较熟悉，就通过测测IURx=（部分电路的欧姆定律），用伏特表测出Rx两端的电压，用安培表测出通过Rx的电流，直接计算Rx的值，或通过作U~I曲线，算出曲线的斜率tgK=（为直线的倾斜角）得到Rx的值。 ⑵欧姆表测量法。上面已经介绍过。注意欧姆表的读数方法与及中值电阻的意义和应用。 ⑶半偏法。这种方法比较简单，通常只需用一只表，比如在测量某一个伏特表或安培表（或微安表、毫安表）的内阻时，都可以用此法。下面以测量某灵敏电流表的内阻RG为例介绍半偏法。电路如下图所示（其中R1为阻值50的滑动变阻器、R2为电阻箱、电源为6V电源，RG约1K左右）。 具体操作: ①按图连接好线路后，将滑动 变阻器的动片置于最左端；②令电阻箱 R2阻值置于零位置；③将滑动变阻器的 触片慢慢向右移动，使灵敏电流计通过 的电流达到满偏值IG；④再将电阻箱R2的阻值慢慢增大，令通过灵敏电流表的电流减小至GI21；⑤则读出的电阻箱的阻值就等于RG的值（为什么？请你讲述本实验的原理）。 这个实验操作比较简单，但存在着一定的误差，为了减小实验误差，通常采用阻值较小滑动变阻器R1。（本实验中测出的RG的值较真实值是偏大还是偏小呢？） 三、电压表的改装 Ω

【高中物理】高中物理知识点：表头的改装

表头：

表头是指量程小的电流表，一般用G表示。

(1)从电路角度看，表头就是一个电阻，同样遵从欧姆定律。表头和一般电阻的不同仅在于通过表头的电流是可以从表盘上读出来的。

（2） 三个参数

满偏电流

指针指的是满标度下的电流。

满偏电压

电流指满标度时施加在电流两端的电压。

表头内阻

指仪表中线圈的电阻值。三个参数之间的关系满足欧姆定律：

。

电表的修改：

知识拓展：

1.校准修改后的电压表。如果修改后的电压表的指示值总是小于标准电压表的指示值，则表明在相同总电压下流过仪表的电流太小，串联分压电阻太大；或者从分压的角度来看，在同一总电压下，分压电阻除以的电压太大，串联分压电阻的电阻值太大。必须用较小的电阻值替换电阻，或用与原始分压电阻并联的适当电阻值替换电阻。如果修改后的电压表的指示值始终大于标准电压表的指示值，则情况正好相反。如果修改后的安培计的指示值总是小于标准安培计的指示值，则表示在相同总电流下流过安培计的电流太小，电流除以分流电阻太大，分流电阻的电阻值太小。应与具有适当电阻值的分流电阻串联，或直接用具有较大电阻值的适当电阻替换。如果修改后的电流指示太大，则情况正好相反

2．电压表与静电计

（1） 电压表重新安装了灵敏的电流计G系列电阻器。指针的偏转是由于磁场中激励线圈上的安培力引起的。因此，为了显示电压表的数量，必须有电流通过灵敏电流计G。静电计类似于验电器。指针与固定指针的金属杆上的电荷之间的静电斥力使指针偏转，从而测量静电电压。当静电计稳定时，静电计所在的分支中没有电流 (2)电压表用来测量电路两端的电压，静电计一般用在静电场中。若用电压表测量孤立的电容器两端的电压，相当于用一个电阻很大的导体把电容器的两极板连接起来，就会使电容器放电，所以用电压表无法测量。从原理上说，可以用静电计测量直流电路的电压，但是一般直流电路的电压很小，静电计的指针几乎不偏转，所以一般的直流电压不用静电计测量。

第1页 (共4页) 第2页(共4页) 高三物理基本概念检测十二 实验 电表的改装 姓名

一、电表改装的相关运算：

1、如果实验测得一块量程为200  A的电流表G的内阻为200Ω，要把它改装为量程为0～3V的电压表，则改装的方法是给电流表 联（填“串”或“并”）一个阻值为 Ω的电阻。

2、现有一块量程为3mA的电流表，其内阻为100Ω，若要将其改装成0.6A的电流表，则改装的方法是给这块电流表 联（填“串”或“并”）一个阻值为 Ω的电阻。

二、电表内阻的测量、电表的改装和校准

3、在“把电流表改装为电压表”的实验中，提供的器材有：

①电流表（量程为0—200μA，内阻几百欧）；

②标准电压表（量程0—3V）；

③电阻箱（0～999.9Ω）；

④可变电阻器（0～50kΩ，额定电流1.0A）；

⑤可变电阻器（0～50Ω，额定电流1.5A）；

⑥电源（电动势6V，无内阻）；

⑦电源（电动势2V，无内阻）；

⑧电键两只；导线若干。

1）首先要用半偏法测定电流表的内阻。如果采用如图甲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，那么从以上给的器材中，可变电阻R1应选用 ，可变电阻R2应选用 ，电源应选用 。（以上三空填写器材前面的数字标号）

2）该实验操作的步骤有：

A.合上S1；

B.合上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，使电流表指针偏转到满刻度的一半；

F.记下R2的阻值。