高中物理学习材料

（灿若寒星**整理制作）

实验 把电流表改装为电压表

【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．

【实验原理】

一个电流表有两个参量，即，其额定电压为，由于很小(几百微安～几十毫安)，通常为几百欧姆，故比较小．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，把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．如实验图8-1所示．

说明：①电流表的满偏电流可从表盘上直接读出．

②电流表的内阻可用“半偏法”测出，电路如实验图8-2所示．

测量原理：电阻箱R′未接入电路时，调节R的大小，使电流表word/media/image9_1.png满偏，闭合后，R大小不变，改变电阻箱R′的阻值，使电流表半偏．由于很小，则R的值很大，在开关闭合前后，线路上的总阻值变化很小，我们就认为不变，因此干路上的电流也不变，当电流表word/media/image9_1.png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．

注意：

①电位器的阻值很大，在闭合前，其阻值应调至最大．

②电阻箱R′不能用变阻器替代．

③测电流表内阻时，在闭合后，不能再调节R，以保持电路中总电流不变．

④测电流表内阻时，必须确保R>>R′．

【实验器材】

电流表、电位器、电阻箱、电源、开关(两个)标准电压表及导线若干．

【实验步骤】

(1)按实验图8-2连接好电路．

(2)利用“半偏法”测出电流表的内阻．

(3)若要改装成量程为U的电压表，据知，电流表需串联的电阻．

(4)利用实验图8-3所示电路，对改装的电压表进行校对．

注意：①校对改装的电表时，若要从零开始连续校对，则变阻器必须接成分压式．

②弄清改装后电流表的表盘上刻度示数的大小．

③相对误差的计算式为．

【误差分析】

利用“半偏法”测出电流表内阻，事实上当闭合后电路结构已发生变化，导致线路总电阻减小，由闭合电路的欧姆定律知，线路上的电流增大，当流过电流表的电流为时，流过电阻箱的电流大于，故知，即“半偏法”把电流表的内阻测小了．

内阻较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．

【经典例题】

例1、实验图8-4是“半偏法”测电流表内阻的电路图，图中R是__________，R′是__________，正确连接后，实验步骤如下：

A．合上开关，调整R的阻值，使电流表指针偏转满刻度

B．断开，记下R′的阻值

C．合上开关，调整R和R′的阻值，使电流表指针偏转到正好是满刻度的一半

D．断开，将R阻值调到最大

上述__________项步骤有错误，应__________才正确．改正后正确操作步骤的顺序编码为__________．只有当R′比R__________时才可认为，因为并入R′后电路的总电流会变__________，故的真实值比R′要稍__________．

分析：图中的R应为电位器，R′是电阻箱，因为R是为调整word/media/image9_1.png满偏，而R′是为了调整电流表半偏时读出电阻值．

步骤C中有错误，R调整至G满偏后不能再动，闭合后，通过调整R′来使G达到半偏，这样．

正确顺序应为DACB；只有当R′比R小的多时，闭合后R′的接入对电路的影响才可忽略，从而近似认为．因为并入R′后电路总电阻变小故电流会变大，因此的真实值比R′要稍大．

答案：电位器 电阻箱 C 只调整R′的阻值 DACB 小得多 大 大

例2 用半偏法测电流表G内阻，如实验图8-5所示，将下列说法中正确的选出来( )．

A．开关接通前，R必须调节到高阻值处

B．开关接通后，R的阻值无需调节

C．当电流表示数从满偏电流调到半偏电流时，R′中电流稍大于

D．R阻值的大小，对实验误差没有影响

分析：半偏法的步骤是：①闭合，调节R，使word/media/image24_1.png达到满偏；②闭合，调R′，使word/media/image24_1.png的示数变为，此时R′的示数等于．半偏法的前提是，因而在实验前需将R调到高阻值处，A、B正确．由于闭合前电流为，闭合后，电路中总电阻要变小，因而总电流要比略大，因而C正确．

答案：A、B、C．

评注：在闭合前R调到高阻值处，目的有两个：①是实验条件所需；②是闭合S后，避免word/media/image24_1.png的示数超过满偏，烧坏电流表．由于，闭合后，word/media/image24_1.png的示数为，R′的电流比略大，故可认为．

例3、电压表由电流表G与电阻R串联而成．如实验图8-6所示，若在使用中发现此电压表的凑数总比准确值稍小一些，采用下列哪种措施可能加以改进( )．

word/media/image29_1.png

A．在R上串联一比R小得多的电阻

B．在R上串联—比R大得多的电阻

C．在R上并联一比R小得多的电阻

D．在R上并联一比R大得多的电阻

分析：本题主要考察并联电路分流作用在电表改装上的作用．根据题意，在R上并联一个比R大得多的电阻使电流表中的电流稍有增加，这样G表示数稍有增大．

答案：D．

评注：电流表和电压表指针能够偏转的原因是表中有电流通过，并且所通电流与指针偏转角度成正比．该题中电压表读数总是略小一些，说明通过的电流略小，应略微减小电压表内阻，因此选D．

例4、两个电压表甲、乙是由完全相同的电流表改装成的，它们的量程分别为5V，15V，为了测量15V～20V的电压，把甲、乙串联使用，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

分析：电流表改装成电压表以后，表头的内阻并没有变化，其量程也没有发生变化，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(表头内阻与分压电阻之和)．

答案：BC．

例5、实验图8-7是改装成的电压表和标准表校对的电路图，实验图8-8是实物图．

word/media/image31_1.png word/media/image32_1.png

(1)按照电路图在实物图上连线．

(2)在校准中，读得标准表的满刻度读数为6V，而改装表的读数却为5.9V，那么改装的电压表相对于满刻度的百分误差为多少？

分析：(1)略．

(2)改装表相对于满刻度的百分误差为：

．

例6、一量程为100μA的电流表，内阻为100Ω，现串联一个9900Ω的电阻将它改装为电压表，该电压表的量程是__________V．用它来测量电压，表盘指针位置如实验图8-9所示，此时电压的大小为__________V．

分析：电流表与一较大阻值的电阻串联即可改装成为一电压表．

解：根据，有：．

此时指针所表示的电压为0.8V

评注：电表改装，要分清电压表需串联还是并联电阻，然后再用部分电路欧姆定律知识来解决．

【同步练习】

1．如实验图8-10所示是电阻箱的面板示意图，下列说法正确的是( )．

A．该电阻箱的最大电阻为99999.9Ω

B．除“0”以外，该电阻箱的最小阻值为0.1Ω

C．若面板上各旋钮的位置如图所示，这个电阻箱此时A、B间的阻值是20463.9Ω

D．若面板上各旋钮的位置如图所示，这个电阻箱此时A、B间的阻值是204639Ω

2．用“半偏法”测电流表的内阻实验中，如实验时要进行的步骤有：

A．合上

B．合上

C．将R的阻值调到最大

D．调节R，使电流表指针偏到满刻度

E．记下R′的阻值

F．调节R′，使电流表指针偏到满刻度一半

把以上步骤的字母代号按实验的合理顺序填在横线上：__________．

如果在步骤E中所得R′的阻值为600Ω，则电流表的内阻的测量值为__________Ω．

3．用“半偏法”测电流表的内阻时，备用的器材有：

A．电流表(量程0～100μA) B．标准电压表(量程0～5V)

C．电阻箱(阻值范围0～9999Ω) D．电阻箱(阻值范围0～99999Ω)

E．电源(电动势2V，有内阻) F．电源(电动势6V，有内阻)

G．滑动变阻器(阻值范围0～50Ω，额定电流1.5A)

H．若干开关和导线

如果想得到较高的精确度，在以上备用的器材中，变阻器R应选用__________；电阻箱R′应选用__________；电源应选用__________．

4.现有一块59C2型的小量程电流表G（表头），满偏电流为，内阻约为

800～850，把它改装成、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； 电位器R2，最大阻值

电阻箱，最大阻值 定值电阻R0，阻值；

电池E1，电动势1.5V；电池E2，电动势3.0V；电池E3，电动势4.5V；（所有电池内阻均不计）

标准电流表A，满偏电流；

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1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__________ 。

图1

（2）将G改装成两量程电流表。现有两种备选电路，示于图2和图3。图 为合理电路，另一电路不合理的理由是 。

图2 图3

（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。

参考答案

1．ABC

2．CADBFE 600

3．D、C、F

4.（1）①（或最大阻值） ②（或电动势4.5V）

（2）① 2 ② 图3电路在通电状态下，更换量程会造成两分流电阻都未并联在表头两端，以致流过表头的电流超过其满偏电流而损坏

（3）