高中物理教學論文 實驗12.測電流表內阻及電表的改裝（通用）

1、實驗12.測電流表內阻及電表的改裝 實驗題，是物理高考的一個方面軍，約占高考試卷總分的17%；電學實驗又是高考實驗題的重點，占實驗題分數(shù)的50%以上，因為一般兩個實驗題或力學、電學各一個，或電學、光學各一個；而在電學實驗題中，大家對“電阻的測量”和“電源電動勢與內電阻的測量”關注較多，而對“電表的改裝”實驗較少注意，本文來說說“電表的改裝”實驗題的方方面面?！半姳淼母难b”實驗一般分三步：第一步：電流表（表頭）內阻的測量，第二步：把電流表改裝為安培表（擴大量程）或電壓表，第三步：對改裝好的電表進行校準。高考中對電學實驗通常考查：（1） 原理的理解（包括原理圖）（2） 步驟的掌握（3） 器材的選擇

2、（4） 電路的連接（實物圖）（5） 誤差的分析（顯性或隱性）等下面通過例題來說明。例1現(xiàn)有一塊59C2型的小量程電流表G（表頭），滿偏電流為，內阻約為800850，把它改裝成、的兩量程電流表?？晒┻x擇的器材有：滑動變阻器R1，最大阻值20；滑動變阻器，最大阻值電阻箱，最大阻值定值電阻，阻值；電池E1，電動勢1.5V；電池，電動勢；電池，電動勢；（所有電池內阻均不計）標準電流表A，滿偏電流；單刀單擲開關和，單刀雙擲開關，電阻絲及導線若干。（1） 采用如圖1所示電路用半偏法測電流表的內阻，寫出主要實驗步驟，及如何求得實驗結果。（2） 為提高測量精確度，選用的滑動變阻器為 ；選用的電池為 。圖1（3

3、）將G改裝成兩量程電流表。現(xiàn)有兩種備選電路，示于圖2和圖3。圖 為合理電路，另一電路不合理的理由是 。 圖2 圖3（4）將改裝后的電流表與標準電流表逐格進行核對（僅核對1mA量程），畫出所用電路圖，圖中待核對的電流表符號用來表示。解析：（1）在這個實驗中，第一步，斷開S2，閉合S1，調節(jié)R，使電流表滿偏，第二步，閉合S2，閉合S1，不調節(jié)R，僅調節(jié)R，使電流表半偏，則電流表的內阻約等于電阻箱R的阻值（即讀數(shù)）。（2）答案是 （或最大阻值） （或電動勢4.5V）有同學不理解，待測電流表G（表頭）的滿偏電流僅為，為什么要用大電動勢的電池和大阻值的滑動變阻器呢？這要從半偏法測電流表的內阻的誤差分析談

4、起。因為第二步中認為電阻箱R1分流一半，也就是認為第二步與第一步中干路電流相等。怎么會相等呢？明明是總電阻發(fā)生了變化（并聯(lián)了電阻箱R），這就要求并聯(lián)了電阻箱R后對總電阻的影響可以忽略不計。怎樣才能忽略不計？要求，在RA已確定的條件下，只能使滑動變阻器的阻值盡可能大，而要使滑動變阻器的阻值盡可能大，因為RA的滿偏電流是確定的，所以就要使電池的電動勢盡可能大。這個分析也可以用公式推導：在第一步中，電流表的電流為，在第二步中，根據(jù)并聯(lián)分流公式，電流表的電流為；從這兩式可解得：，只有當，即時，才有，也就是電阻箱的讀數(shù)為電流表的內阻。如果還不十分清楚的話，我們不妨代入數(shù)據(jù)計算一下。如果使用E3、R2，設

5、表頭的內阻為800，則在第一步中，根據(jù)，算得；第二步中，根據(jù)計算得：，當表頭半偏時， 則，因為，所以，這就是RA的測量值，與真實值RA=800相比，相對誤差為；如果使用E1、R2（用R1不可以，下面的計算可知），表頭的內阻為800，則在第一步中，根據(jù)，算得；第二步中，根據(jù)計算得：，當表頭半偏時， 則，因為，所以，這就是RA的測量值，與真實值RA=800相比，相對誤差為。很顯然，后者比前者誤差大得多。所以選E3、R2。（3）圖2為合理電路； 圖3電路在通電狀態(tài)下，更換量程會造成兩分流電阻都未并聯(lián)在表頭兩端，以致流過表頭的電流超過其滿偏電流而損壞。（4）電路圖為圖4。與A和A串聯(lián)的是定值電阻，阻值

6、，是起保護作用，因為改裝后的電流表內阻很小，所以如無，則電流可能很大。圖4為說明改裝后的電流表內阻很小，不妨計算一下圖2中1mA檔的電流表的內阻。在圖2中，總電流，表頭電流，所以并聯(lián)電阻R并（圖2中的R1+R2）為并=，所以電流表的內阻為，如果沒有R0，當電壓為1.5V時，電流可達（計算中設標準表A的內阻也是40），遠遠超過了電流表的量程。點評：本題考查了半偏法測電流表內阻的實驗原理（隱性地考，沒明確要求寫原理，但要懂原理才能做）、實驗步驟（顯性地考，明確要求寫出）以及器材的選擇（顯性地考，明確要求寫出）和誤差的分析（隱性地考）。后者，看起來簡單，其實很復雜。也考查了電表的改裝及校準的電路，特

7、別提出了兩量程的電流表，是課本上沒講的，但是實驗中常用的。例2利用圖1所示的電路測量電流表mA的內阻RA。圖中R1、R2為電阻，K1、K2為電鍵，B是電源（內阻可忽略）。 根據(jù)圖1所給出的電路原理圖，在圖2的實物圖上連線。 已知R1=140，R2=60。當電鍵K1閉合、K2斷開時，電流表讀數(shù)為6.4mA；當K1、K2均閉合時，電流表讀數(shù)為8.5mA。由此可以求出RA= 。（保留2位有效數(shù)字）解析：(1)圖略(2)根據(jù)電路歐姆定律和電路分析，有，解得RA=43.點評：本題考查用安阻法（用電流表和兩個電阻）測電流表的內阻。也具體考查了實物圖的連線和實驗數(shù)據(jù)的處理方法（考實際數(shù)字的計算），還考查了電

8、路的分析。例3. 利用圖中給定的器材測量電壓表V的內阻Rv。圖中B 為電源（內阻可忽略不計）, R 為電阻箱，K 為電鍵。 將圖中實物連接為測量所用的電路。 寫出實驗中必須記錄的數(shù)據(jù)（用符號表示）, 并指出各符號的意義：_ 用 中記錄的數(shù)據(jù)表示RV的公式為RV=_。 解析：.連線如圖所示。改變電阻箱的阻值（至少2次），測出相應的電壓，R1、R2是電阻箱的兩次讀數(shù)；U1、U2,是相應的電壓表的兩次讀數(shù)。根據(jù)全電路歐姆定律，有，解得： RV=。點評：本題考查用伏阻法（用電阻箱和電壓表）測電壓表的內阻。本題具體考查了實物圖的連線和實驗數(shù)據(jù)的處理方法（考公式的推導，不考實際數(shù)字的計算）。例4將滿偏電流

9、Ig=300A、內阻未知的電流表改裝成電壓表并進行核對(1)利用如圖所示的電路測量電流表的內阻(圖中電源的電動勢E=4V )：先閉合S1，調節(jié)R，使電流表指針偏轉到滿刻度；再閉合S2，保持R不變，調節(jié)R，使電流表指針偏轉到滿刻度的，讀出此時R的阻值為200，則電流表內阻的測量值Rg= (2)將該表改裝成量程為3V的電壓表，需 (填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”)阻值為R0= 的電阻 (3)把改裝好的電壓表與標準電壓表進行核對，試在答題卡上畫出實驗電路圖和實物連接圖解析：（1）設電流表的滿偏電流為，則根據(jù)并聯(lián)分流的原理，有。（2）串聯(lián)電阻為9900。計算方法如下：串聯(lián)電路電流相等。有，所以。（3）如下圖GV

10、E r SR0R點評：本題對半偏法有發(fā)展，用了偏法，只要懂得原理，就能靈活應變，這就考查了學生的應變能力和知識遷移能力。而不能死記硬背“電流表內阻等于電阻箱讀數(shù)” 的結論。本題還考查了電流表改裝為電壓表以及改裝后的電壓表的校準。例5（2020全國卷1。3）（16分）一電流表的量程標定不準確，某同學利用圖1所示電路測量該電流表的實際量程。所用器材有：量程不準的電流表，內阻=10.0，量程標稱為5.0mA；標準電流表，內阻=45.0，量程1.0mA；標準電阻，阻值10.0；滑動變阻器R，總電阻為300.0；電源E，電動勢3. 0V，內阻不計；保護電阻；開關S；導線?；卮鹣铝袉栴}：（1）在答題卡上（

11、圖2所示）的實物圖上畫出連線。（2）開關S閉合前，滑動變阻器的滑動端c應滑動至 端。（3）開關S閉合后，調節(jié)滑動變阻器的滑動端，使電流表滿偏；若此時電流表的讀數(shù)為，則的量程= 。（4）若測量時，未調到滿偏，兩電流表的示數(shù)如圖3所示，從圖中讀出的示數(shù) = ，的示數(shù) = ；由讀出的數(shù)據(jù)計算得= 。（保留3位有效數(shù)字）（5）寫出一條提高測量準確度的建議： ?！敬鸢浮窟B線如圖阻值最大6.05mA【解析】連線如圖在滑動變阻器的限流接法中在接通開關前需要將滑動觸頭滑動到阻值最大端閉合開關調節(jié)滑動變阻器使待測表滿偏，流過的電流為Im。根據(jù)并聯(lián)電路電壓相等有得待測表未滿偏有，將A2的示數(shù)0.66mA和其他已知

12、條件代入有Ma但圖中A1的示數(shù)3.0mA量程為5.0mA，根據(jù)電流表的刻度是均勻的，則準確量程為6.05mA略例6（2020北京卷21）（18分）（）甲同學要把一個量程為200的直流電流計，改裝成量度范圍是04的直流電壓表。她按圖所示電路、用半偏法測定電流計的內電阻rg，其中電阻0約為。為使rg的測量值盡量準確，在以下器材中，電源應選用_，電阻器1應選用_，電阻器2應選用_（選填器材前的字母）電源（電動勢1.5）電源（電動勢6）電阻箱（0999.9）滑動變阻器（0500）電位器（一種可變電阻，與滑動變阻器相當）（05.1）電位器（051）該同學在開關斷開情況下，檢查電路連接無誤后，將的阻值調至

13、最大。后續(xù)的實驗操作步驟依次是_，_，_，_，最后記錄1的阻值并整理好器材。（請按合理的實驗順序，選填下列步驟前的字母） 閉合閉合調節(jié)的阻值，使電流計指針偏轉到滿刻度調節(jié)的阻值，使電流計指針偏轉到滿刻度的一半調節(jié)的阻值，使電流計指針偏轉到滿刻度的一半調節(jié)的阻值，使電流計指針偏轉到滿刻度如果所得的的阻值為300.0，則圖中被測電流計的內阻的測量值為_，該測量值_實際值（選填“略大于”、“略小于”或“等于”）。給電流計_聯(lián)（選填“串”或“并”）一個阻值為_的電阻，就可以將該電流計改裝為量程的電壓表。（2）乙同學要將另一個電流計改裝成直流電壓表，但他不僅借到一塊標準電壓表、一個電池組、一個滑動變阻器

14、和幾個待用的阻值準確的定值電阻。該同學從上述具體條件出發(fā)，先將帶改裝的表直接與電壓表校準。請你畫完圖方框中的校準電路圖。實驗中，當定值電阻選用17.0時，調整滑動變阻器的阻值，電壓表的示數(shù)是4.0時，表的指針恰好指到滿量程的五分之二；當選用7.0時，調整的阻值，電壓表的示數(shù)是2.0時，表的指針又指到滿量程的五分之二。由此可以判定，表的內阻是_，滿偏電流是_。若要將表改裝為量程是15的電壓表，應配備一個_的電阻。答案：（1）B C FB C A E300 略小于串 19.7（2）如圖所示；3.0 0.50 27.0【解析】半偏法測量表頭內阻時，首先選擇滑動變阻器（必須大于電路所需的最小電阻，根據(jù)

15、電路的電壓為電動勢，電路的最大電流為表頭的滿偏電流，則最小電阻為K或K，考慮到保護R0=1 K，則可知調節(jié)滑動變阻器使表頭滿偏時滑動變阻器的阻值分別接近29 K或6.5K，電路圖中R2是滑動變阻器，不能選擇D和E只能選擇F。表頭滿偏時滑動變阻器的阻值越大，實驗的誤差越小，所以電源選擇電動勢為6V的B，而且滑動變阻器F的阻值也滿足調節(jié)所需。而R1是用來測量表頭內阻的電阻箱只能選C。實驗步驟為：第一步閉合S2(（B），第二步調節(jié)R2的阻值，使電流計滿偏（C），第三步閉合S1(（A），第四步調節(jié)R1的阻值，使電流計半偏（E），第五步讀出R1的示數(shù)為待測表頭的內阻。R1的示數(shù)為待測表頭的內阻是300.

16、0K。閉合S1后，電路的總電阻減小，當表頭半偏時，趕路電流就大于表頭的滿偏電流，流過電阻箱的電流就大于流過表頭的電流，所以電阻箱的阻值略小于表頭內阻。給表頭串聯(lián)一個電阻可以改裝成電壓表，改裝電壓表的內阻為=20K，則串聯(lián)電阻大小為20K-300=19.7K。（2）本實驗時對改裝電壓表進行校準的，將改裝電壓表和標準電壓表并聯(lián)后要求電壓從0到滿偏變化，所以滑動變阻器采用分壓接法。表頭的刻度均勻。當表針恰好指到滿量程的五分之二時，流過改裝電壓表的電流是0.4Ig，根據(jù)歐姆定律分別有4=0.4 Ig（rg +17103）和2=0.4 Ig（rg +7103）解得表頭內阻為3.0 K，滿偏電流為：0.5

17、0mA量程是15V的改裝電壓表的內阻為=30K，所以改裝時串聯(lián)的定值電阻是30K-3.0 K=27.0 K。例7（2020天津卷9.（3）要測量電壓表V1的內阻RV，其量程為2V，內阻約2K。實驗室提供的器材有：電流表A，量程0.6A，內阻約0.1；電壓表V2，量程5V，內阻為5K；定值電阻R1，阻值30；定值電阻R2，阻值為3K；滑動變阻器R3，最大阻值100，額定電流1.5A；電源E，電動勢6V，內阻約0.5；開關S一個，導線若干。有人擬將待測電壓表V1 和電流表A串聯(lián)接入電壓合適的測量電路中，測出V1 的電壓和電流，再計算出RV。該方案實際上不可行，其最主要的原因是 請從上述器材中選擇必要的器材，設計一個測量電壓表V1內阻RV的實驗電路。要求測量盡量準確，實驗必須在同一電路中，且在不增減元件的條件下完成。試畫出符合要求的實驗電路圖（圖中電源與開關已連接好），并標出所選元件的相應字母代號： 由上問寫出V1內阻RV的表達方式，說明式中各