高级中学物理电表问答.doc

/*高中物理电表问题总汇一、 电表、电表的改装1.灵敏电流表G（1）三个主要参数内阻Rg:电流表线圈的电阻，大约几十欧到几百欧。GRgIgUg满偏电流Ig:指针批转到最大刻度时的电流，大约几十微安到几毫安。满偏电压Ug:电流表通过Ig时两端的电压，大约零点几伏。（2）三个参数间的关系：由欧姆定律可知Ug=IgRg注意：电表就是电阻。2.电压表（1）电压表的改装电流表G 的电压量程Ug=IgRg，当改装成量程为U的电压表时，应串联一个电阻R分去多余的电压U-Ug，电阻R叫分压电阻。UgGRgIgU-UgRI-IgUgGRgIgR（2）电压表的内阻：Rv=Rg+R3.电流表的改装电流表G 的电压量程Ug=IgRg，当改装成量程为I的电流表时，应并联一个电阻R分去多余的电流I-Ig，电阻R叫分流电阻。G+RE r红表笔黑表笔图1（2）电流表的内阻：RA=RgR/(R+Rg)4.电流表改装成欧姆表原理：闭合电路的欧姆定律如图1所示，当红、黑表笔短接时，调节R，使电流表的指针达到满偏电流，此时指针所指表盘上满刻度处对应两表笔间电阻为零。这时有：当两表笔间接入电阻Rx时，电流表的电流为：G+RE r红表笔黑表笔Rx当Rx改变时，Ix随着改变，将电流表表盘上Ix处表上对应的Rx值，就构成了欧姆表。RxPa R bSE r 图2中值电阻：欧姆表的内阻即为中值电阻R中R内R+Rg+r因Ix与Rx 不是线性关系，欧姆表表盘刻度不均匀。二、滑动变阻器的两种接法1.限流接法如图2所示。用电器Rx的电压调节范围：电路消耗的总功率为：EI限流接法的选用原则：测量时电路中的电流或电压没有要求从零开始连续调节，只在小范围内变化，且待测电阻Rx与R接近时。Sa R bE rRxP图3电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压接法的要求时。两种方法都满足时优先选用限流接法。2.分压接法如图3所示Rx电压调节范围0UxE。开关闭合前，P应在a端。分压接法的选用原则：测量时要求电流或电压从零开始连续调节时。待测电阻Rx远大于R，且要求电压变化范围较大时。采用限流接法时，电路中实际电压或电流的最小值仍超过Rx的额定值或电表量程时。三、电阻的测量1.伏安法测电阻 （1）原理：部分电路的欧姆定律。（2）电流表外接法，如图4所示。误差分析：VAR待图4产生误差的原因：电压表V分流。适用于测小阻值电阻，即Rx远小于Rv时。R待AV图5（3）电流表内接法，如图5所示。误差分析：产生误差的原因：电流表A分压。aVAR待b图6适用于测大阻值电阻，即Rx远大于RA时。（4）内、外接法的选用原则计算临界电阻：若RxR0，待测电阻为大电阻，用内接法若RxR0，待测电阻为小电阻，用外接法ARxVS1S2abR即大电阻，内接法；小电阻，外接法。大内小外。试触法确定内外接法：在不知道RV、RA、RX的大致值时，可用试触法，如图6所示触头分别接触a、b两点：若V变化大，说明A分压大，应用外接法；若A变化大说明V分流大，应用内接法。例1：某同学欲测一电阻Rx的阻值（约为300）A1A2图7可供选择的仪器有：电流表A1，量程10mA;电流表A2，量程0.6A;电压表V1，量程3V;电压表V2，量程15V；电源电动势为4.5V。请同学们按图接好电路，闭合S1后，把开关S2拨至a时，发现两电表的指针偏转的角度都在满偏的4/5处；再把开关S2拨至b时，发现其中一个电表的指针偏转几乎不变，另一个电表的指针偏转的角度在满偏的3/4处；该同学在实验中所选电压表的量程为（ ）所选电流表的量程为（ ）Rx的测量值为（ ）。2.安安法测电阻若电流表内阻已知，则可当作电流表、电压表及定值电阻来使用.A2A1R0图8（1）如图7所示，当两电表所能测得的最大电压接近时，如果已知A1的内阻R1，则可测得A2的内阻R2=I1R1/I2.（2）如图8所示，当两电表的满偏UA2UA1时，A1串联一电阻R1，同样则可测得R2的内阻R2=I1（R1+R0)/I2.3.伏伏法测电阻若电压表内阻已知，则可当作电流表、电压表及定值电阻来使用。V2V1图9（1）如图9所示，当两电表的满偏电流接近时，如果已知V1的内阻R1，则可测得V2的内阻R2=U2R1/U1.V1V2R00图10（2）如图10所示，当两电表的满偏电流IV2IV1时，V1并联一电阻R0，同样则可测得R2的内阻为 4.电阻箱或定值电阻当电表用（1）电阻箱作电压表用，如图11所示：可测得电流表A2的内阻R2（I1-I2)R/I2图中电阻箱R可测得电压为（I1-I2)R（2）电阻箱作电流表用IRRVV图12如图12所示，若已知R及RV,则测得干路电流为：RxA2A1UR1图135.比较法测电阻如图13所示，测得电阻箱R1的阻值及A1表、A2表的示数I1、I2，可得Rx=I2R1/I1.若考虑电表内阻的影响，则：I1(Rx+RA1)=I2(R1+RA2)R2R1SRx12图146.替代法测电阻如图14所示，S接1，调节R2，读出电流表示数为I；S接2，保持R2不变，调节电阻箱R1，使电流表示数也为I。由上可得：RX=R1该方法的优点是消除了电表内阻对测量结果的影响，缺点是电阻箱内阻不可以连续调节。7.半偏法测电阻图15SGRR0（1）半偏法测电流表内阻方法一：如图15所示，测电流表G的内阻：将电阻箱R的电阻调到0；闭合S调节R0，使电流表G达到满偏电流I0；保持R0不变，调节R使电流表G示数为I0/2；由上可得RG=R注意：当RGR0时，测量误差小，此方法适合测大阻值电流表内阻，且测量值偏大。RAS1S2R0图16方法二：如图16所示测量电流表A的内阻断开S2，闭合S1，调节R0，使A表满偏为I0;保持R0不变，闭合S2，调节R，使电流表读数为I0由上得RA=R注意：当R0RA时，测量误差小，此方法适合测小阻值电流表内阻，且测量值偏小。电源电动势宜大一些。（2）半偏法测电压表内阻VRE r=0S图17方法一：如图17所示，测电压表V的内阻：闭合S,将电阻箱R的电阻调到R1时，测得电压表示数为U1；调节电阻箱阻值为R2，使电压表V的示数为U1/2；由上可得RV=R2-2R1方法二：如图18所示，测电压表V的内阻：将滑动变阻器的画片P滑到最右端，电阻箱R的阻值调到最大；闭合S1、S2，调节R0，使电压表示数指到满刻度；S1R0RS2V图18打开S2，保持R0不变，调节R，使电压表示数指到满刻度的一半；由上可得RV=R8.欧姆表测电阻，如图19所示：机械调零 选档 欧姆调零 测电阻Rx. 改换档位 重新欧姆调零 G+RE r红表笔黑表笔欧姆调零G+RE r红表笔黑表笔Rx测电阻图19测电阻注意：待测电阻的读数应为表盘读数乘以倍数，指针应指在表盘刻度的1/32/3的部分，否则需换挡，换挡后需重新欧姆调零。R1Rx2AVS2R0S19.消除电表内阻对测量结果的影响例4.伏安法测电阻电路由于电表内阻的影响，不论电表内接还是外接都存在系统误差，为消除系统误差而设计的补偿电路如图所示，完成下列实验步骤并写出待测电阻Rx的表达式。先将S1闭合。 将S2与1闭合，调节R，读出电压表读数U1，安培表读数I1根据上述测量结果，算出Rx 四、实物图连线要求：导线不能有交叉、分支，导线必须接在接线柱上；电表的正负极与电源的正负极不能接错。例5.为了测量一个“12V、5W”的小灯泡的不同电压下的功率，给定了以下器材： 电源：12V，内阻不计；电流表：00.6A，03A，内阻可忽略； 电压表：03V，015V，内阻很大； 滑动变阻器；阻值范围020，允许最大电流1A； 开关一个，导线若干。 实验时要求加在灯泡两端的电压可从0V调到12V. 请在右框中画出实验电路图.按画出的电路图，在下面图3的实物图上连接.某位同学测得小灯泡的伏安特性曲线如图4所示。某次测量时，电流表指针位置如图5所示，电流表读数为 A，此时小灯泡的实际功率为 W。练习1图练习：1.现有器材：电压表（量程3V，内阻约几千欧），电压表（量程15V，内阻约几十千欧），定值电阻（3.0kW），滑动变阻器R（01750W），直流电源（约6V，内阻不计），开关、导线若干，要求利用这些器材测量电压表的电阻值（1）在方框中画出实验电路图（2）用已知量和直接测得量表示的电压表内阻的表达式为r _式中各直接测得量的意义是： 2.用伏安法测定一个阻值约1k的电阻，要求测量结果尽量准确（1）下列器材中应选用的是（用字母代号表示）A电池组（6V，内阻很小）B电流表（010mA，内阻10） C电流表（01mA，内阻100）D电压表（03V，内阻5k）E电压表（06V，内阻10k）F滑动变阻器（020，1A）G滑动变阻器（0200，0.3A）H开关、导线（2）在方框中画出实验电路图。（3）将实物连接成实验电路。3.在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，采用的仪器有：电源E（电动势6V，内阻不计）；额定电压4.0V的小灯泡L；电流表A（量程0.6A，内阻约2）；电压表表V（量程5V，内阻约15k）；滑动变阻器R（最大阻值15）；开关S，导线若干。实验中要求加在小灯泡上的电压从零到小灯泡的额定电压连续可调。I在做实验时，连成的实物电路图如下：请你指出上述实验电路图中的错误之处： 请你在虚线方框中画出实验所用的正确电路原理图。 如图所示为某同学根据正确的实验电路图所测的几组数据画出的IU图象。图象是一条曲线而不是直线的原因是 ；从图象中可求得小灯泡正常发光时的电阻是 。4使用万用电表欧姆挡测电阻时：测量前应检查指针是否停在“W”刻度线的“”处；每一次换档位，都要重新进行一次“欧姆调零”；在外电路，电流是从黑表笔流经被测电阻到红表笔的。测量时，若指针偏转很小(靠近附近)，应换倍率较大的档位再测。以上做法正确的是（ ）ABCD5.测量电流表内阻的电路图如图所示，实验的操作步骤如下： 将电阻箱R的电阻调到零；闭合开关，调节滑动变阻器R1的滑片，使得电流表达到满偏电流I0； 保持滑动变阻器的滑片位置不变，调节电阻箱的电阻，使得电流表的示数为I0/2； 读出电阻箱的电阻值Rx，可以认为电流表的内阻rRx。+-ARSR1关于此实验的操作方面：（1）请用铅笔线代表导线，将示意图中的实物连成测量电路。（2）已知电流表的量程是2mA，内阻约是40。电池的电动势约为6V。可供选择的滑动变阻器有（A）阻值010，额定电流2A（B）阻值050，额定电流1.5A；可供选择的电阻箱有（C）阻值099.9 （D）阻值0999。为了比较准确地测量出电流表的内阻，应选用的滑动变阻器R1是；电阻箱R是。（填仪器前的字母代号）（3）本实验中电流表的测量值r测与电流表内阻的真实值r真相比，有( )(A) r测r真(B) r测r真(C) r测r真(D) r测可能大于，也可能小于r真（4）如果提高电池的电动势，用此电路测出的电流表的内阻的误差将 。（填“增大”、“减小”或“不变”）习题答案例1、3V、10mA、320例2、答案：（1）原理图如图所示。（2）设两电流表A1和A2的读数为I1、I2，待测电阻R1阻值的计算公式为：例3、答案：（1）原理图如图所示：（2）待测电阻RX阻值的计算公式为：例4、答案：将S2与2闭合，调节R，读出电压表读数U2，电流表读数I2例5、答案：电路图如右图所示 电流表选0.6A量程，电压表选15V量程 。实物图连接如下图所示：0.40 2.4练习1、（1）如右图（2）（3）U1为电压表V1的示数，U2为电压表V2的示数练习2、【答案】（1）ABEFH （2）图像注意：分压式和外接法 （3）略练习3、【答案】I电流表没有接成外接电路 滑动变阻器没有接成分压电路。见右图 灯丝电阻随温度而改变（灯丝电阻随I或随U改变亦可）10（9.5到10.5之间都给分）【答案】（1）图略 （2）A；C （3）A （4）减小 【例5】 用伏安法测量一个定值电阻的阻值，备用器材如下 ：待测电阻Rx （阻值约为25k）电流表A1：（量程100A，内阻2k）电流表A2：（量程500A，内阻300）电压表V1：（量程10V，内阻100k）电流表V2：（量程50V，内阻500k）电源E：（电动势15V，允许最大电流1A）滑动变阻器R：（最大阻值1k）电键S，导线若干为了尽量减小实验误差，要求测多组数据（1）电流表应选_，电压表应选_（2）画出实验电路图【变式】 用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值（9001000）：电源E，具有一定内阻，电动势约为9.0V；电压表V1，量程为1.5V，内阻r1=750；电压表V2，量程为5V，内阻r2=2500；滑线变阻器R，最大阻值约为100；单刀单掷开关S，导线若干图511（1）测量中要求电压表的读数不小于其量程的，试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图(原理图中的元件要用题图中的相应的英文字母标注）（2）根据你所画的电路原理图在题给的实物图511上画出连线（3）若电压表V1的读数用U1表示，电压表v2的读数用U2表示，则由已知量和测得量表示Rx的公式为Rx=_【例6】 为了测定电流表A1的内阻，采用如图514所示的电路其中：A1是待测电流表，量程为300A，内阻约为100；A2是标准电流表，量程为200A；R1是电阻箱，阻值范围是0999.9；R2是滑动变阻器；R3是保护电阻；E是电池组，电动势为4V，内阻不计；S1是单刀掷开关S2是单刀双掷开关图514 图515（1）根据电路图，请在图515中画出连线，将器材连接成实验电路图516（2）连接好电路，将开关S2扳到接点a处，接通开关S1，调整滑动变阻器R2使电表A2的读数是150A；然后将开关S2扳到接点b处，保护R2不变，调节电阻R1，使A2的读数仍为150A若此时电阻箱各旋钮的位置如图516所示，电阻箱的阻值是_，则待测电流表A1的内阻R1=_（3）上述实验中，无论怎样调整滑动变阻器R2的滑动端位置，都要保证两块电流表的安全在下面提供的四个电阻中，保护电阻R3应选用：_（填写阻值相应的字母）A200k B20k C15k D20（4）下面提供最大阻值不同的四个滑动变阻器供选用既要满足上述实验要求，又要调整方便，滑动变阻器_（填写阻值相应的字母）是最佳选择A1k B5k C10k D25k【例7】 现有一块59C2型的小量程电流表G（表头），满偏电流为50，内阻约为800850，把它改装成1mA、10mA的两量程电流表，可供选择的器材有：滑动变阻器R1，最大阻值20；滑动变阻器R2，最大阻值100k；电阻箱R，最大阻值9999；定值电阻R0，阻值1k；电池E1，电动势1.5V；电池E2，电动势3V；电池E3，电动势4.5V；（所有电池内阻不计），标准电流表A，满偏电流1.5mA；单刀单掷开关S1和S2；单刀双掷开关S3；电阻丝及导线若干（1）采用如图518（甲）所示电路测量表头的内阻，为提高测量精确度，选用的滑动变阻器为_，选用的电池为_甲 乙 丙图518（2）将G改装成两量程电流表，现有两种备选电路，如图518（乙）、（丙）所示图_为合理电路，另一电路不合理的理由是_（3）将改装后的电流表与标准电流表逐格进行核对（仅核对1mA量程），画出所用电路图，图中待核对的电流表符号用 来表示图520【例8】 （1）一个电压表VA的内阻RA=1000，量程为1.0V，现要利用电阻箱扩大它的量程，改装成量程为3.0V的电压表改装后，再用一量程为3.0V的精确的电压表VB对改装后的电压表的所有刻度进行校准除了这两个电压表VA、VB外，还有下列一些器材： 电源E（电动势约为6V，内阻较小）变阻器R（总电阻约10）电阻箱R0（09999）开关S导线若干如图520所示是以上器材和两个电压表VA、VB的实物示意图，试在图中画出连线，连成进行校准时的实验电路 图中电阻箱的取值等于_（2）用上述电压表VB和改装后并已校准过的电压表（以下称之为VC）以及一个开关和一些导线，去测量一个电动势大约为2V的电源的内阻r 简要写出测量步骤用测得的量表达r的公式应为r=_18有以下可供选用的器材及导线若干条,要求使用个数最少的仪器尽可能精确地测量一个电流表的满偏电流 A被测电流表A1：满偏电流约700800，内阻约100，刻度均匀、总格数为N B电流表A2：量程0.6A，内阻0.1 C电压表V：量程3V，内阻3kD滑动变阻器R1：最大阻值200E滑动变阻器R2：最大阻值1kF电源E：电动势3V、内阻1.5G开关一个（1）在虚线框内画出实验电路图,并在每个选用的仪器旁标上题目所给的字母序号（2）测量过程中测出多组数据,其中一组数据中待测电流表A的指针偏转了n格，可算出满偏电流Ig=_，式中除N、n外,其他字母符号代表的物理量是_ 19实验室中现有的器材如下：电池E （电动势约10V、内阻r约1）标准电流表A1（量程300mA，内阻r1约为5）电阻箱R1（最大阻值999.9，阻值最小改变量为0.1）滑动变阻器R2（最大阻值10）开关S和导线若干要求设计个测定电流表A2（量程250mA，内阻r2约为5）内阻的实验方案（1）在方框中画出测量电路，并在每个仪器旁标上英文代号图541（2）要直接测出的物理量是_，用这些物理量表示待测电流表A2内阻的计算公式是_ 20如图541中给出的器材为：电源E（电动势为12V，内阻不计）；木板N（板上从下往上依次叠放白纸、复写纸、导电纸各一张）；两个金属条A、B（平行放置在导电纸上，与导电纸接触良好，用作电极）；滑线变阻器R（其总电阻值小于两平行电极间导电纸的电阻）；直流电压表（量程为6V，内阻很大，其负接线柱与B极相连，正接线柱与探针P相连）；开关S现要用图中仪器描绘两平行金属条AB间电场中的等势线AB间的电压要求取为6V（1）在图中连线，画成实验电路原理图（2）下面是重要的实验操作步骤，将所缺的内容填写在横线上方a接好实验电路b_c合上S，并将探针P与A相接触d_e用探针压印的方法把A、B的位置标记在白纸上，画一线段连接AB两极，在连线上选取间距大致相等的5个点作为基准点，用探针把它们的位置压印在白纸上f将探针与某一基准点相接触，_，这一点是此基准点的等势点用探针把这一点的位置也压印在白纸上用相同的方法找出此基准点的其他等势点g重复步骤f，找出其他4个基准点的等势点，取出白纸画出各条等势线21在测定一节干电池的电动势和内阻的实验中，备有下列器材： A干电池E（电动势约为1.5V，内阻小于1.0） B电流表A1（满偏电流3mA，内阻r1=10） C电流表A2（00.6A，内阻0.1） D滑线变阻器R1（020，10A） E滑线变阻器R2（0100，10A） F定值电阻R3（990） G开关和导线若干（1）为方便且能较准确地进行测量，其中应选用的滑线变阻器是_（填字母代号）（2）请在虚线框内画出利用本题提供的器材所设计的测量电池电动势和内阻的实验电路图22实验室内有一电压表，量程为150mV，内阻约为150现要将其改成量程为10 mA的电流表，并进行校准为此，实验室提供如下器材：干电池E（电动势为1.5V），电阻箱R，滑线变阻器R，电流表 （有1.5mA，15mA与150 mA三个量程）及开关S（1）对电表改装时必须知道电压表的内阻可用如图543所示的电路测量电压表的内阻在既不损坏仪器又能使精确度尽可能高的条件下，电路中的电流表应选用的量程是_若合上S，调节滑线变阻器后测得电压表的读数为150mV，电流表的读数为1.05 mA，则电压表的内阻RmV为_(取三位有效数字) 图543（2）在对改装成的电流表进行校准时，把作为标准电流表，画出对改装成的电流表进行校准的电路原理图（滑线变阻器作限流使用），图中各元件要用题中给出符号或字母标注图中电阻箱的取值是_（取三位有效数字），电流表应选用的量程是_ 23一只量程为1V，内阻RV约为900的电压表是由小量程电流表改装而成的，现在要测量它的内阻并对该表进行校正实验室提供了以下供选择的器材： A待测电压表 B标准电压表（量程1 V）C滑动变阻器（最大阻值1 000，额定电流1A）D滑动变阻器（最大阻值10，额定电流1A）E电阻箱（最大阻值9999，最小改变量0.1）F电阻箱（最大阻值999，最小改变量0.1 ）G电池组（电动势约3 V，内阻约1）H导线和开关若干（1）为了用半偏法测量该电压表的内阻，某同学设计了两种电路，如图544甲、乙所示，要使测量较精确，应选择_（填“甲”或“乙”）电路在器材的选择上，除了电池组、导线、开关和待测电压表外，还应从提供的器材中选用_（用器材前的序号字母表示）用上述方法测出的电压表内阻的测量值RV_（填“大于”、“等于”或“小于”）电压表内阻的真实值 图544 图545（2）在对该电压表进行校正时，该同学已经选择好器材，如图545所示若要求对电压表的每一条刻度线都进行校正，请你将这些器材连接成测量电路，并标出所选滑动变阻器的序号字母24量程为3V的电压表V内阻约为3k，要求测出该电压表内阻的精确值实验中可供选用的器材有：电阻箱Ra（最大值9999.9，阻值最小改变量0.1）滑线变阻器Rb（最大阻值1000，允许最大电流0.2A）电源E（开路电压约为5V，内阻可忽略不计）开关S及导线若干（1）设计一个易于操作的测量电路，要求画出实验电路图并标出所用器材符号（2）列出测量步骤，并写出计算电压表内阻的最后公式答案18（1）首先来分析电路的测量部分由于电流表A2量程与待测电流表A1量程相差太大，从实验测量精度考虑，不能直接将电流表A2与电流表A1串联来测量电流注意到电压表内阻已知，而允许通过电压表的最大电流为，跟待测电流表的量程接近，因此，可将电压表与电流表A1串联，利用其读数来计算通过电流表A1的电流再来分析电路的控制部分若将滑动变阻器接成限流式，则通过待测电流表的最小电流大约为，显然，不能保证电表安全,也无法通过调节测量多组数据因此，应采用分压式控制电路，为了便于调节，应选用最大阻值20的滑动变阻器图547综合以上分析，选用的器材应为A、C、D、F、G其实验电路如图547所示（2）实验过程中，调节滑动变阻器滑动触头，使待测电流表A1的指针偏转n格，读出此时电压表V的示数U，则通过待测电流表的电流由此可得,电流表的满偏电流，式中U为电压表的读数，RV为电压表的内阻 19（1）如图548所示（2）A1、A2两电流表的读数I1、I2和电阻箱R1的阻值 图548 图549 图550 20（1）连接线路如图549所示（2）把变阻器的滑动触头移到靠近D端处调节R，使电压表读数为6V记下电压表读数，在导电纸上移动探针，找出电压表读数与所记下的数值相同的另一点21（1）R1 （2） 电路如图550所示 （3）1.4 8，0.822（1）当电压满偏时，通过其电流1mA，故电流表选1.5mA量程若合上S后， =143（2）可把电压表当成量程为150mV、Rg=143表头处理，其改装后量程为10mA，则通过的满偏电流为=1.05mA由部分电路欧姆定律知=16.8 量程选15mA图551 图55223（1）乙；D、E；大于 （2）如图552所示24（1）如图553所示（2）合上开关S，调节电阻箱阻值，使电压表指针在中央刻度处，记下电阻箱的阻值R1；再调节电阻箱电阻，便电压表指针指在满偏刻度处，记下电阻箱的阻值R2图553（或）