高中物理电表问题 1.docx
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高中物理电表问题 1.docx
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高中物理电表问题1
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
①内阻Rg:
电流表线圈的电阻,大约几十欧到几百欧。
②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。
③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。
(2)电压表的内阻:
Rv=Rg+R
3.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。
(2)电流表的内阻:
RA=Rg×R/(R+Rg)
4.电流表改装成欧姆表
①原理:
闭合电路的欧姆定律
②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:
③当两表笔间接入电阻Rx时,电流表的电流为:
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。
④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:
①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。
②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。
③两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
①Rx电压调节范围0≤Ux≤E。
②开关闭合前,P应在a端。
分压接法的选用原则:
①测量时要求电流或电压从零开始连续调节时。
②待测电阻Rx远大于R,且要求电压变化范围较大时。
③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:
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。
(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。
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
①计算临界电阻:
若Rx>R0,待测电阻为大电阻,用内接法
若Rx 即大电阻,内接法;小电阻,外接法。 大内小外。 ②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300Ω) 可供选择的仪器有: 电流表A1,量程10mA;电流表A2,量程;电压表V1,量程3V;电压表V2,量程15V;电源电动势为。 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. (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UA2》UA1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。 (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. (2)如图10所示,当两电表的满偏电流IV2》IV1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 如图12所示,若已知R及RV,则测得干路电流为: 5.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) 6.替代法测电阻 如图14所示,①S接1,调节R2,读出电流表示数为I; ②S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 (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: ①将电阻箱R的电阻调到0; ②闭合S调节R0,使电流表G达到满偏电流I0; ③保持R0不变,调节R使电流表G示数为I0/2;④由上可得RG=R 注意: 当RG》R0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。 方法二: 如图16所示测量电流表A的内阻 ①断开S2,闭合S1,调节R0,使A表满偏为I0; ②保持R0不变,闭合S2,调节R,使电流表读数为I0 ③由上得RA=R 注意: 当R0》RA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 方法一: 如图17所示,测电压表V的内阻: ①闭合S,将电阻箱R的电阻调到R1时,测得电压表示数为U1; ②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: ①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; ②闭合S1、S2,调节R0,使电压表示数指到满刻度; ③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; ④由上可得RV=R 8.欧姆表测电阻,如图19所示: ①机械调零②选档③欧姆调零④测电阻Rx.⑤改换档位⑥重新欧姆调零 ⑦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1/3~2/3的部分,否则需换挡,换挡后需重新欧姆调零。 9.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。 ①先将S1闭合。 ②将S2与1闭合,调节R,读出电压表读数U1,安培表读数I1 ③———————————————————— ④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: 0~,0~3A,内阻可忽略; 电压表: 0~3V,0~15V,内阻很大; 滑动变阻器;阻值范围0~20Ω,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. 1请在右框中画出实验电路图.②按画出的电路图,在下面图3的实物图上连接. ③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.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(),滑动变阻器R(0~1750W),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1kΩ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(0—10mA,内阻10Ω)C.电流表(0—1mA,内阻100Ω)D.电压表(0—3V,内阻5kΩ)E.电压表(0—6V,内阻10kΩ)F.滑动变阻器(0—20Ω,1A) G.滑动变阻器(0—200Ω,)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);额定电压的小灯泡L;电流表A(量程,内阻约2Ω);电压表表V(量程5V,内阻约15kΩ);滑动变阻器R(最大阻值15Ω);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: ①——————————————————— ②—————————————————— 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I—U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Ω。 4.使用万用电表欧姆挡测电阻时: ①测量前应检查指针是否停在“? ”刻度线的“∞”处;②每一次换档位,都要重新进行一次“欧姆调零”; ③在外电路,电流是从黑表笔流经被测电阻到红表笔的。 ④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() A.①③④ B.①②③ C.①②③④ D.②④ 5.测量电流表内阻的电路图如图所示,实验的操作步骤如下: ①将电阻箱R的电阻调到零;②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; ③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; ④读出电阻箱的电阻值Rx,可以认为电流表的内阻r=Rx。 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40Ω。 电池的电动势约为6V。 可供选择的滑动变阻器有(A)阻值0-10Ω,额定电流2A (B)阻值0-50Ω,额定电流 ; 可供选择的电阻箱有 (C)阻值0-Ω(D)阻值0-999Ω。 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、320Ω 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: ③将S2与2闭合,调节R,读出电压表读数U2,电流表读数I2 ④ 例5、答案: ①电路图如右图所示 ②电流表选量程,电压表选15V量程。 实物图连接如下图所示: ③ 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.①电流表没有接成外接电路 ②滑动变阻器没有接成分压电路。 Ⅱ.见右图 Ⅲ.①灯丝电阻随温度而改变(灯丝电阻随I或随U改变亦可) ②10Ω(Ω到Ω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25kΩ) 电流表A1: (量程100 A,内阻2kΩ) 电流表A2: (量程500 A,内阻300Ω) 电压表V1: (量程10V,内阻100kΩ) 电流表V2: (量程50V,内阻500kΩ) 电源E: (电动势15V,允许最大电流1A) 滑动变阻器R: (最大阻值1kΩ) 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(900~1000Ω): 电源E,具有一定内阻,电动势约为; 电压表V1,量程为,内阻r1=750Ω; 电压表V2,量程为5V,内阻r2=2500Ω; 滑线变阻器R,最大阻值约为100Ω; 单刀单掷开关S,导线若干. (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5—11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5—14所示的电路.其中: A1是待测电流表,量程为300 A,内阻约为100Ω;A2是标准电流表,量程为200 A;R1是电阻箱,阻值范围是0~Ω;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5—14图5—15 (1)根据电路图,请在图5—15中画出连线,将器材连接成实验电路. (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150 A;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150 A.若此时电阻箱各旋钮的位置如图5—16所示,电阻箱的阻值是_______Ω,则待测电流表A1的内阻R1=______Ω. (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). A.200kΩB.20kΩC.15kΩD.20Ω (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. A.1kΩB.5kΩC.10kΩD.25kΩ 【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800~850Ω,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20Ω;滑动变阻器R2,最大阻值100kΩ; 电阻箱R′,最大阻值9999Ω;定值电阻R0,阻值1kΩ; 电池E1,电动势;电池E2,电动势3V;电池E3,电动势;(所有电池内阻不计),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5—18(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5—18 (2)将G改装成两量程电流表,现有两种备选电路,如图5—18(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. 【例8】 (1)一个电压表VA的内阻RA=1000Ω,量程为,现要利用电阻箱扩大它的量程,改装成量程为的电压表.改装后,再用一量程为的精确的电压表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10Ω) 电阻箱R0(0~9999Ω) 开关S 导线若干 ①如图5—20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. ②图中电阻箱的取值等于________________Ω. (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. ①简要写出测量步骤. ②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700~800 ,内阻约100Ω,刻度均匀、总格数为N B.电流表A2: 量程,内阻Ω C.电压表V: 量程3V,内阻3kΩ D.滑动变阻器R1: 最大阻值200Ω E.滑动变阻器R2: 最大阻值1kΩ F.电源E: 电动势3V、内阻Ω G.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1Ω) 标准电流表A1(量程300mA,内阻r1约为5Ω) 电阻箱R1(最大阻值Ω,阻值最小改变量为Ω) 滑动变阻器R2(最大阻值10Ω) 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5Ω)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. (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5—41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,内阻小于Ω) B.电流表A1(满偏电流3mA,内阻r1=10Ω) C.电流表A2(0~,内阻Ω) D.滑线变阻器R1(0~20Ω,10A) E.滑线变阻器R2(0~100Ω,10A) F.定值电阻R3(990Ω) 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150Ω.现要将其改成量程为10mA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),电阻箱R,滑线变阻器R′,电流表 (有,15mA与150mA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5—43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mA,则电压表的内阻RmV为______________.(取三位有效数字) 图5—43 (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900Ω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1V) C.滑动变阻器(最大阻值1000Ω,额定电流1A) D.滑动变阻器(最大阻值10Ω,额定电流1A) E.电阻箱(最大阻值999.9Ω,最小改变量Ω) F.电阻箱(最大阻值99.9Ω,最小改变量Ω) G.电池组(电动势约3V,内阻约1Ω) 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5—44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5—44 图5—45 (2)在对该电压表进行校正时,该同学已经选择好器材,如图5—45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3kΩ,要求测出该电压表内阻的精确值.实验中可供选
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