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第六课时 实验13：把电流表改装为电压表• 1．了解电流表构造，明确满偏电流I g ，表头内阻R g ，满偏电压U g的意义． • 2．进一步理解串联的分压作用．• 3．掌握把电流表改装为电压表的方法．• 4．理解半偏法测电阻的原理．• 1．“半偏法”测电流表的内阻• 电路图如下图所示，合上S 1，调整R ，使电流表恰好满偏；再闭合S 2，调整R ′，使电流表恰好半偏．当R ≫R ′时，r g＝R ′.• 1．试定性分析：为什么R ≫R ′时，r g＝R ′？ • 2．电流表改装为电压表，根据串联电阻分压的原理可知，把电流表串联一个电阻R 组成电压表，二者承受的最大电压(改装后量程)U ＝I g (r g＋R )，或U ＝U g ＋I gR .•电流表、电阻箱、开关、电池组、滑动变阻器(大阻值)、标准电压表、导线．• 1．半偏法测电流表内阻• (1)按照上图所示的电路图连接成实验电路，开关S 1、S 2都处于断开状态，使滑动变阻器R 在电路中的阻值最大． • (2)闭合开关S 1，调节滑动变阻器R 使电流表的指针满偏．• (3)闭合开关S 2，调节电阻箱R ′使电流表示数从满偏电流I g 减小到半偏电流 I g ，读出此时电阻箱的阻值R ′，就是电流表的内阻r g.(4)断开电键．• 2．改装电压表•(1)计算出电流表改装成电压表需要串联的电阻值，与电流表串联构成量程为U的电压表．•(2)将电阻箱R′的阻值调到R1•3．校表•(1)按如图所示的电路图连成电路，与标准电压表进行核对．2．对改装的电压表进行校对时，滑动变阻器为什么采用分压式接法？改变滑动变阻器R的滑片位置，使的示数分别为0、U4、U2、3U4、U，并核对改装的电压表的示数是否正确．(2)R表＝nr g，其中n为UU g＝UI g r g，所以nr g＝UI g＝R表．•1．实验时，为了使R≫R′的条件得到满足，电源电动势宜大些．•2．半偏法测电流表内阻的实验中R′只能用电阻箱，R可用阻值很大的变阻器或电阻箱．若实验给出两个电阻箱一个阻值较大(10 kΩ以上)，另一个阻值较小，一定要把阻值大的连到干路上，阻值小的与电流表并联．• “半偏法”测电流表内阻时，存在系统误差．当S 2闭合后，整个电路的总电阻变小，总电流变大，通过电流表的电流为原来的一半，则通过电阻箱的电流就大于通过电流表的电流．即R 测＜r g.当电路中R ≫r g 时，误差较小，因此要使R ≫r g ，同时电源电动势也应适当大一些．• 【轻轻告诉你】• 思考1.R 的阻值很大，在开关S 2闭合前后，线路的总电阻变化很小，因此干路电流I g 可近似认为不变，当电流表• 半偏时，流过R ′的电流为I g /2；即流过电阻箱R ′的电流与通过电流表的电流相等，故r g ＝R ′.• 思考2.滑动变阻器采用分压式，改装后的电压表的电压可以从零开始，电压的变化范围大．• 用半偏法测量电流表内阻的电路如图所示．已知电流表的满偏电流I g ＝100 μA.• (1)有四位学生对图中电源电动势E 及R 1、R 2的取值提出了下面四个不同的方案，最佳应选择________． • A ．E ＝3 V ，R 1为0～9 999.9 Ω的电阻箱，R 2为0～999.9 Ω的电阻箱 • B ．E ＝3 V ，R 1为0～9 999.9 Ω的电阻箱，R 2为0～9 999.9 Ω的滑动变阻器 • C ．E ＝1.5 V ，R 1为0～999.9 Ω的电阻箱，R 2为0～9 999.9 Ω的电阻箱 • D ．E ＝1.5 V ，R 1为0～9 999.9 Ω的电阻箱，R 2为0～9 999.9 Ω滑动变阻器• (2)某同学在一次实际操作中闭合S 1(S 2不闭合)，调节R 1使电流表满偏，然后保持R 1不变，闭合S 2，调节R 2＝50 Ω时电流表读数为25 μA ，则此电流表的内阻为________．• A ．25 Ω B ．50 Ω• C ．150 Ω D ．480 Ω• (3)用该电流表改装成一只两用表(如下图所示)，其中AB 为改装后的电流表接线端，已知R 1′＝0.03 Ω.则改装后的电流表的量程为________ A.•【解析】(1)首先从原理上弄清两个电阻的作用，R1是为了使电流表满偏，而R2是为了测量电流表的内阻值，故R2必须是电阻箱，而R1可为电阻箱也可以是滑动变阻器；其次要考虑实验原理带来的误差，要使误差小，应尽可能使R1接入电路的电阻大，则要求电源电动势大，故选A.•(2)R2与电流表并联，电压相同，则电流之比与电阻成反比，得出电流表内阻为150 Ω.•(3)由并联电路的规律可得：I＝I1＋Ig＝10－4A＋•＝0.5 A•一毫安表头mA满偏电流为9.90 mA，内阻约为300 Ω.要求将此毫安表头改装成量程为1 A的电流表，其电路原理如下图所示．图中A是量程为电阻箱，R为滑动变阻器，S为开关，E为电源．为2 A的标准电流表，R•①将下图实物图按电路原理图连线；•②将滑动变阻器的滑动头调至________端(填“a”或“b”)，电阻箱R的阻值调至零；•③合上开关；•④调节滑动变阻器的滑动头，增大回路中的电流，使标准电流表读数为1 A；的阻值，使毫安表指针接近满偏，此时标准电流表的读数会________(填“增大”、“减小”或“不变”)；•⑤调节电阻箱R•⑥多次重复步骤④⑤，直至标准电流表的读数为______，同时毫安表指针满偏．•(2)回答下列问题：•①在完成全部实验步骤后，电阻箱使用的阻值读数为3.1 Ω，由此可知毫安表头的内阻为________．•②用改装成的电流表测量某一电路中的电流，电流表指针半偏，此时流过电阻箱的电流为________A.•③对于按照以上步骤改装后的电流表，写出一个可能影响它的准确程度的因素：________.【解析】由于电路采用限流接法，所以开始时要使变阻器阻值最大，即把触头调至b端，对于改装好的电流表它是一个量程为1 A的电流表，原毫安表与电阻箱并联，则I g·R g＝(1－I g)·R，所以R g＝1－0.009 90.009 9×3.1 Ω.＝310 Ω.改装后的电流表指针半偏，说明此时的总电流为0.5 A，所以通过电阻箱的电流为0.5－12I g＝0.495 A.•【答案】(1)①实物图连线如下图所示•②b⑤减小⑥1 A•(2)①310 Ω②0.495(0.494～0.496都对)•③例如：电阻箱和滑动变阻器的阻值不能连续变化，标准表和毫安表头的读数误差；电表指针偏转和实际电流的大小不成正比等．•1．要测量内阻较大的电压表的内阻，可采用“电压半值法”，其实验电路如下图所示．其中电源两端的电压值大于电压表的量程，电阻箱R2的最大阻值大于电压表的内阻值．先将滑动变阻器R1的滑动头c调至最左端，将R2的阻值调至最大，依次闭合S2和S1，调节R1使电压表满偏，然后断开S2，保持滑动变阻器R1的滑动头c的位置不变，调节R2使电压表半偏，此时R2的示数即可视为电压表的内阻值．•(1)实验时，在断开S2调节R2的过程中，a点与滑动变阻器的滑动头c之间的电压值________________．(填变化情况)•(2)实验室备有如下四个滑动变阻器，它们的最大阻值分别为•A．10 ΩB．1 kΩ•C．10 kΩD．100 kΩ应选择____．(填序号) •为减小测量误差，本实验中的滑动变阻器R1•【答案】(1)基本保持不变(或保持不变)(2)A•2．在“把电流表改装成电压表”的实验中：•(1)改装前需要测量电流表的内阻Rg ，测量电路如右图所示，图中R1是电位器(功能同滑动变阻器)，R2是电阻箱．实验时只闭合开关S1，调整R1的阻值，使电流表指针偏转到满刻度(Ig)；再闭合开关S2，只调整R2的阻值，使电流表指针偏转到满刻度的一半(Ig/2)读出电阻箱R2的值．即为电流表的内阻Rg.用这种实验方法测量出的电流表•内阻的阻值R测________(填“大于”“小于”或“等于”)其真实值Rg.•(2)由电流表的刻度盘可知此电流表的满偏电流I g＝300 μA.用上述实验方法测得电流表内阻R g的数值如右图所示，将其改装成量程为3 V的电压表，需要串联一个________ kΩ的电阻(结果保留两位有效数字)．【解析】 (1)利用半偏法测电流表内阻，当闭合S 2后，回路总电阻减小，回路总电流增大，当 表半偏时，流过R 2的电流将大于12I g ，则R 2的阻值必小于R g ，故R 测偏小．(2)由题图知R g ＝608 Ω.则所串联的电阻R 串＝⎝ ⎛⎭⎪⎪⎫3300×10－6×608－1×608 Ω＝9.4 kΩ.【答案】 (1)小于 (2)9.4• 3．某物理兴趣小组为了将一电流表改装成量程为3 V 的电压表，要先尽可能精确地测量出它的内阻R g，可供选用的器材如下：•A．标准电压表(量程0～3 V，RV＝10 kΩ)•B．待测电流表(Ig ＝500 μA，Rg≈100 Ω)•C．滑动变阻器(阻值0～20 Ω，额定电流0.6 A)•D．滑动变阻器(阻值0～200 Ω，额定电流1.0 A)•E．电阻箱(阻值0～9 999.9 Ω，1.0 A)•F．电阻箱(阻值0～999.9 Ω，1.0 A)•G．电池(电动势为6.0 V，内阻约为0.5 Ω)•H．电池(电动势为1.5 V，内阻约为0.5 Ω)•I．开关、导线若干•(1)器材中最佳选择是：________.(填代号)•(2)在上面虚线框中画出改装同时又能进行校准的实验电路图．•(3)若测得Rg ＝101.0 Ω，经计算可知将电阻箱阻值调节到R1________时，移动滑动变阻器R2的触头可以使电流表和电压表的指针同时达到最大刻度处．• (4)该实验小组在进行校对时发现改装后的电压表的读数总比标准电压表的读数小，应调节电阻箱使其接入的电阻值________(填“增大”或“减小”)．• 【答案】 (1)ABCEGI (2)如图所示• (3)5 899 Ω (4)减小• 4．实验室新进一批毫安表，量程为10 mA ，内阻为50 Ω.• 实验室备有下列器材：• 标准毫安表两只，记作mA 1和mA 2，量程分别为50 mA 和15 mA(内阻均约30 Ω左右)；标准变阻箱三只R 1、R 2、R 3，最大阻值分别为9 999.9 Ω、999.9 Ω和99.9 Ω；滑动变阻器两只R 4和R 5，全电阻分别为100 Ω和1 000 Ω；1.5 V 干电池4节；电键1只；导线若干．•请用上述器材对新进毫安表进行校对，以检测表的质量，请设计合理的校对电路，并且使调节尽可能方便，将设计的电路图画在下面方框图中，注明所用器材的标号，并用细线代替导线将实物连接成实验电路．•【解析】由于是对毫安表进行校对，所以标准表和待校表应串联连接；校准电表时，电流应从零刻度开始到满偏，所以滑动变阻器应采用分压接法；在分压接法中，负载电阻是滑动变阻器的几倍时，滑动变阻器才能起到均匀调节的作用，并易于操作，所以在两表上还应串联一只变阻箱以增大负载电阻．•待校电表的量程为10 mA，即电路中最大电流为10 mA，因此选择15 mA的标准表．若选用全电阻为1 000 Ω的滑动变阻器，则根据分压电路中负载电阻与滑动变阻器全电阻的关系，应选最大电阻为9 999.9 Ω的变阻箱，且变阻箱的电阻至少应调到1 000 Ω以上，此时无论怎样调节滑动变阻器均不能使待校电表满偏．所以应选用全电阻为100 Ω的滑动变阻器，这样再选用最大电阻为999.9 Ω的变阻箱，且调到电阻在400～500 Ω之间为宜．•【答案】。
