把电流表改装成电压表
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I g和R g，其额定电压为
U g＝I g R g，由于I g很小(几百微
安～几十毫安)，U g通常为几百欧姆，故U g比较小．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部分，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R g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R'未接人电
路时，调节R的大小，使电流表
G满偏，闭合S2后，R大小不变，改变电阻箱R'的阻值，使电流表半偏．由于R g很小，则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I g也不变，当电流表G的指针半偏时，流过电阻箱R'的电流与通过电流表的电流相等，则R'＝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R'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>>R'。
3、实验器材
电流表(表头)、电位器(4.7kΩ)、变阻器(0～50Ω)、电阻箱(0～9999.99Ω)、电源、开关(两个)、标准电压表(量程与改装后的电压表量程相同)及导线若干．
4、实验步骤
(1)测量电流表的内电阻R g
先按如图2所示电路图连接电路，断开S2，接通S l，把电位器R由最大阻值逐渐向阻值变小进行调节，使电流表的指针达到满偏为止，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R g 。
(2)将电流表改装为电压表
①改装量程为2V 的电压表，按公式R x =g I U -R g ，
计算分压电阻R x 的值．
②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R x 的值．
③改装后的电压表表盘的刻度值，按公式U =m
I I ·U m 来计算．其中U m 是改装后电压表的
量程．
(3)改装后的电压表跟标准电压表核对
①按图3连接电路．
②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．
③改装的电压表的读数是满刻度U m 时，看标准电压表的读数U 0，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I g ，根据测出的内阻R g 计算电流表的满 偏电压U g ＝I g R g ，
(2)根据公式R x =g
I U -R g 计算分压电阻R x 的值
(3)根据改装后校对时的U m 和U 0计算满刻
度时的百分误差，即δ=m
m U U -U
×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δ=1
3133.. =3.2%。
6、注意事项
(1)本实验比较复杂，因此必须先把实验步骤确定好。第一步：测R g ；第二步：计算分压电阻R x ，并将R x 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S 1前，电位器R 应调至电阻最大值，以免闭合S 1后通过电流表电流过大损坏电流表．
(3)S 2闭合后，在调节电阻箱R ′的阻值时，不能再改变R 的阻值，否则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R g =R '，事
实上当S 2闭合后电路结构已发生变化，导致线路总电阻R 总减小，由闭合电路的欧姆定律I =r R E +知，线路上的电流增大，当流过电流表的电流为2g I 时，流过电阻箱的电流大于2g
I ，故知R '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15～20V 的电压，甲、乙串联起来使用，则两表的 ( )
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R g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R g在内的总电阻)，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R g与分压电阻之和)，故选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40Ω) 电流表(A2) 量程500μA，内阻r2=750Ω
电压表(V) 量程10V，内阻r3=10kΩ
电阻(R1) 阻值约100Ω，作保护电阻用
总电阻约50 kΩ
滑动变阻器
(R2)
电池(E) 电动势1.5伏，内阻很小
开关(S)
导线若干
