电表的改装与应用(专题电表的改装)

摘要:“把电流表改装为电压表”是高中物理课本中的一个重要分组实验,本实验要求达到如下目的:学会把电流表改装为电压表的基本方法即加深对“串联分压”的理解;掌握测电表内阻的一种方法——半偏法,会设计校表电路。近几年在一些正规化的考卷中,时有该实验的拓展及变形题,如:把“电流表改装成电压表”、“电流表改装成电流表”、“电压表改装成电流表”、“电压表改装成电压表”。本文对这些情况加以概括、总结,以期对广大考生有所帮助。

1、电流表改装成电压表:

电表的改装与应用(专题电表的改装)(1)

题例巩固

例1(2003年杭州调研卷)一电压表由电流表G与电阻R0串联改成,如图示。若在使用中发现此电压表的读数总比准确值稍小些,那么应采用下列哪种措施加以改进( )

A、在R0上串联一个比R0小得多的电阻 C、在R0上并联一个比R0小得多的电阻

题例巩固

例2(2004年天津理综卷)现有一块59C2型的小量程电流表G(表头),满偏电流50µA,内阻约为800—850Ω。把它改装成1mA、10mA的双量程的电流表。

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,,最大值9999Ω;定值电阻R0 ,阻值1kΩ;电源E1,电动势为1.5V;电源E2,电动势为3.0V;电源E3,电动势为4.5V;(所有电源内阻不计);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;电阻丝及若干导线。

(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————;选用的电源为————。

(2)将G改装成双量程电流表,现有两种备选电路示于图2和图3。其中图————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1 mA量程),画出所用电路图。图中待核对的电流表用A符号表示。

电表的改装与应用(专题电表的改装)(2)

分析与解答:

(1)半偏法测电阻时,要求干路几乎不变才可,为此R>>Rˊ,同时电源电动势大些为宜,故滑动变阻器应选R2,电源选E3。

(2)图2应为合理的电路。若采用图3电路,在电路工作的情况下更换量程时,即S3由d换至c的过程中,两电阻Rd、Rc都未与G并联,这时G中电流过大而被烧坏。

(3)改装成量程为1mA的电流表时需要的并联电阻Rx = Igrg/(Im-Ig)≈43Ω,改装后的电流表Aˊ的内阻rAˊ≈40Ω。因40Ω×1mA = 0﹒04V,所以电源选电动势最小的E1即可。当选用了E1=1﹒5V的电源后,必须再串联一电阻R0加以保护,才能使其安全工作。

校表电路如图所示。

电表的改装与应用(专题电表的改装)(3)

3、电压表改装成电流表:

电表的改装与应用(专题电表的改装)(4)

题例巩固

例3(2004年浙江理综卷)实验室内有一电压表mV ,量程为150mV,内阻约为150Ω。现要将其改装成量程为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1.5v),电阻箱R,滑动变阻器R,,电流表A(有1.5mA、15mA、150mA三个量程)及开关。

(1)对电表改装时必须知道电压表的内阻。可用图a示的电路测量电压表mV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A应选用的量程是————。

若合上K,调节滑动变阻器后测得电压表的读数为150mV,电流表A的读数为1.05mA,则电压表的内阻Rmv为 ————。(取三位有效数字)

(2)在对改装后的电流表进行校准时,把A作为标准电流表,在b中画出对改装后的电流

表进行校准的电路原理图(滑动变阻器作限流使用),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A应选用的量程是————。

电表的改装与应用(专题电表的改装)(5)

分析与解答:

(1)电压表的限流量等于150mV/150Ω=1mA,故电流表A应选量程为1﹒5mA的。电压表的内阻Rmv=150mV/1﹒05mA≈143Ω。

(2)将其改成量程为10 mA的电流表,所需的并联电阻R应为:10mA=150mV/150Ω 150mV/R ,解得R=16.7Ω,此即电阻箱的取值。因改装后的量程为10mA,所以校准用的电流表A应选量程为15mA的。按题目要求校准电路如图:

电表的改装与应用(专题电表的改装)(6)

4、电压表改装成电压表:

电表的改装与应用(专题电表的改装)(7)

题例巩固

例4(2004年科研测试卷)一个电压表VA的内阻RA=1kΩ,量成为1.0ṿ,现要利用电阻箱扩大它的量程,改为3.0v的电压表,改装后再用量程为3.0v的精确电压表VB对改装后的电压表VC的所有刻度进行校准。除了这两个电压表VA、VB外,还有下列器材:电源E(电动势约6V、内阻较小);变阻器R(总阻约10Ω);电阻箱R0(1—9999Ω);电键K;导线。

(1)试在实物图中用导线连成校准时的实验电路

(2)电阻箱R0的取值应为 -----------

(3)用上述电压表VB和改装后并已校准过的电压表Vc以及一个电键和一些导线,去测量一个电动势约为2V的电源内阻r,试简要写出测量步骤;并用测得的量表示出内阻r=--------。

电表的改装与应用(专题电表的改装)(8)

电表的改装与应用(专题电表的改装)(9)

小结:

1、此类实验要求掌握以下知识点:全(部分)电路的欧姆定律,不同电表间的改装原理---串联分压和并联分流关系的大小计算。

2、全面考查了电学实验的基本技能---电流表的内外接,限流和分压电路的选取,实验器材的选择,实物电路的连接及实验误差分析。

3、对能力的考查要求较高----考查了学生判断推理的逻辑思维能力,考查了学生的实际操作能力,考查学生的分析概括能力,考查学生的创新思维能力等。

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