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完整高中物理电表问题
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. (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. 例2.用以下器材测量一待测电阻的阻值,器材如下: 电流表A1(量程250mA,内阻r1=5Ω);标准电流表A2(量程300mA,内阻r2约为5Ω);待测电阻R1(阻值约为100Ω);滑动变阻器R2(最大阻值为10Ω);电源E(电动势约为10V,内阻r约为1Ω);开关S,导线若干。 (1)要求方法简捷,并能测多组数据,画出实验电路原理图,并表明代号。 (2)实验中,需要直接测量的物理量是() 用测的量表示待测电阻R1的阻值的计算公式是() 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 例3.用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值(900~1000Ω): 电源E(电动势约为9V,有一定内阻);电压表V1(量程1.5V,内阻r1=750Ω);电压表V2(量程5V,内阻r2约为2500Ω);滑动变阻器R(最大阻值为100Ω);开关S,导线若干。 (1)测量中要求电压表的读数不小于量程的1/3,试画出实验中测量电阻Rx的几种原理图。 (2)若电压表V1的读数为U1,V2的读数为U2,则用已知量和测的量表示待测电阻Rx的阻值的计算公式是: 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借都存在系统误差,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: 0~0.6A,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.有甲乙两个不同的电流表,每个表的指针偏转与电流成正比且刻度均匀。 把阻值为R1的电阻与甲表串联,阻值未知的另一电阻与乙表串联,把改装后的甲、乙两个电流表串联,接到电路A、B的两端,如图5—4 (1) 图5—4 (1) R1 R2 乙 甲 (2) · R1 甲 R2 乙 · 所示,发现甲、乙两表的指针偏转格数分别是n1、n2,然后将这两个表并联,再接到电路A、B的两端,如图5—4 (2)所示,发现甲、乙两表的指针偏转格数分别是n3、n4,试求电阻R2的阻值。 2.两只完全相同的灵敏电流表改装成量程不同的电压表V1、V2,如果将两表串联起来后去测某一线路的电压,则两只表() A.读数相同B.指针偏转的角度相同 C.量程大的电压表读数大D.量程大的电压表读数小 3.一个分压电阻串联到电压表上,使电压表的量程扩大为原来的n倍,另一分压电阻R2串联到同一电压表上,量程扩大到原来的m倍,如果把这两个电阻并联之后再串联到电压表上,为此时电压表的量程扩大了几倍? 4.用半偏法测电阻时,可变电阻R既可用电位器,也可以用电阻箱,而可变电阻R/只能采用电阻箱,其原因是___________________________。 5.用半偏法测电阻时,在调节电流表指针半偏时,要保持R的阻值不变,其原因是________________________________。 6.如果某电流表的内阻为RgΩ,满偏电流为IgμA,要把它改装为一个UV的电压表,需要________联一个阻值为________Ω的电阻;如果要把它改装为一个IA的电流表,则应该____联一个阻值为_____Ω的电阻。 7.用半偏法测得的电流表的内阻与其真实值相比是() A.偏大B.偏小C.相等D.有时偏大,有时偏小 图5—5 · R S1 R/ G · · · S2 8.按如图5—5所示的电路进行实验时,如果R调为9900Ω时,电表指在满刻度300μA处。 当R/调为90Ω时电流指在半满偏,则: ①电流表的内阻Rg=______Ω。 ②若将此电表改为3伏特的电压表,则应将电流表与电阻______联,电阻箱的取值应为_______Ω ③用此改装表去测电压时,如果指针在150μA的位置,则所测电压读数为_______V。 9.如图5—6所示是测定电流表内电阻的电路图,电流表的内阻约在100Ω左右,满偏电流为500μA,用电池做电源。 实验室配有的可变电阻为: A.电阻箱,阻值范围为0~10Ω B.电阻箱,阻值范围为0~9999Ω C.电位器,阻值范围为0~200Ω D.电位器,阻值范围为0~20Ω 在上述备有的可变电阻中,电路图的R应该选用_____,R/应该选用_____。 (填写字母代号) 某同学进行的实验步骤如下: ①先将R的阻值调到最大,合上S1,调节R的阻值,使电流表的指针偏转到满刻度。 ②合上S2,调节R和R/的阻值,使电流表的指针偏转到满刻度的一半。 ③记下R/的阻值。 指出上述实验步骤中有什么错误: ______________________________。 练习答案提示 1.解析: 第一种情况中,由于两表串联,因此它们的读数相等,即有I1=I2。 设甲乙两表指针每偏转一格,表示的电流分别为I01、I02,则有: --------① 对于第二种情况下,甲乙两表的读数分别为I3、I4则有: ------------② 两式相比得: ,可解得: 2.解析: 两个电流表改装成电压表之后,因为其量程不同,所以它们所串联的电阻的大小也不相同,即改之后的两表的内阻不同,量程大的内阻大。 两个改装之后的电压表串联在一起测电压,根据串联电路的特点,每个表两端的电压与其内阻成正比,即两表的读数与其内阻成正比,所以量程大的电压表读数大。 电压表的指针偏转的角度与流过电压表的电流有关,具体的说是与流过原电流表的电流有关,现在因为两个电压表是串联的,根据串联电路的特点可知,流过两电压表的电流相等,即流过电压表内部的电流表的电流相等,所以指针偏转的角度是相等的。 两表的读数不同而指针偏转的角度相同的原因是两表盘的刻度不同。 3.解析: 设原电压表的内阻为RV,原来的量程为U,满偏电流为I,则有: --------------------① 串联上分压电阻R1时,有: ------② 串联上分压电阻R2时,有: -----③ R1、R2并联之后再串联到电压表上时,有: ----④ 把 带入②③④式可得: -----⑤ -----------⑥解⑤⑥两式可得: 4.答案: 由于半偏法中可变电阻R/的读数就是电流表的内阻,所以R/必须能读数。 5.答案: 为了使电路中的总电流保持不变。 6.答案: 串联, ,并联, 7.答案: B 8.答案: ①90②串联,9910③1.50 9.答案: D、B,在步骤②中应该只调节R/,不应该调节R。 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0.6A量程,电压表选15V量程。 实物图连接如下图所示: ③0.402.4
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