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2019-2020年高二物理把電流表改裝成電壓表 人教新課標(biāo)版 【教學(xué)目的】通過實(shí)驗(yàn)“把電流表改裝成電壓表” 1．用半偏法測電流表的內(nèi)阻 2．把電流表改裝成電壓表 3．對改裝好的電壓表和標(biāo)準(zhǔn)電表進(jìn)行校正 【重點(diǎn)和難點(diǎn)】 1．把電流表改裝成電壓表 2．用半偏法測電流表內(nèi)電阻 【教學(xué)過程】 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 把小量程的電流表改裝為電壓表并把改裝的電壓表跟標(biāo)準(zhǔn)電壓表進(jìn)行核對。 實(shí)驗(yàn)原理 電流表是測量電路中電流的儀表，本實(shí)驗(yàn)中使用的電流表是沒經(jīng)改裝的小量g程電流表。其最大量程Ig一般從幾十微安到幾毫安。電流表的內(nèi)阻Rg一般也在100Ω左右，因此電流表允許加上的最大電壓Ug=IgRg，是一個(gè)比較小的電壓，想測量比Ug大一些的電壓時(shí)，這個(gè)電流表就不能直接測量了，否則通過它的電流超過其量程會(huì)燒毀電表。所以要想測量大的電壓，就需要把電流表改裝，根據(jù)串聯(lián)電阻的分壓作用，給電流表串聯(lián)一個(gè)阻值較大的電阻，從而限制流過電流表的電流不超過其滿偏電流，這樣把電流表及與其串聯(lián)的電阻一起作為電壓表，則該電壓表可以測量較高電壓。 實(shí)驗(yàn)器材 小量程電流表、電位器、電阻箱、電鍵(兩個(gè))、標(biāo)準(zhǔn)電壓表、滑動(dòng)變阻器、學(xué)生電源。 實(shí)驗(yàn)步驟 （1）測量電流表的內(nèi)電阻Rg。 先按如圖3-135所示電路圖連接電路，斷開S2，接通S1，把電位器R由最大阻值逐漸向阻值變小進(jìn)行調(diào)節(jié)，使電流表的指針達(dá)到滿偏為止，這時(shí)電位器的阻值不得再調(diào)整，接通S2，調(diào)整電阻箱R′的阻值，使電流表的指針恰好偏轉(zhuǎn)到滿偏的一半，讀出電阻箱R′的阻值，就是電流表的內(nèi)電阻Rg。 （2）將電流表改裝為電壓表 ① 改裝量程為3V的電壓表，按公式Rx=-Rg計(jì)算分壓電阻Rx的值。 ② 按圖3-136把電流表和電阻箱串聯(lián)起來，選用電阻箱的阻值等于分壓電阻Rx的值。 ③ 改裝后的電壓表表盤的刻度值，按公式U=Um來計(jì)算。 其中Um是改裝后電壓表的量程。 (3) 改裝后的電壓表跟標(biāo)準(zhǔn)電壓表核對 ① 按圖3-137連接電路。 ② 閉合開關(guān)S，調(diào)整滑動(dòng)變阻器滑片，使改裝的電壓表的讀數(shù)分別是0.5V、1.0V、1.5V、2.0V等，看標(biāo)準(zhǔn)電壓表的讀數(shù)是否與它一致。 ③ 改裝的電壓表的讀數(shù)是滿刻度Um時(shí)，看標(biāo)準(zhǔn)電壓表的讀數(shù)U0，計(jì)算滿刻度時(shí)的百分誤差為δ=100%，例如改裝的電壓表在滿刻度3V時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)電壓表的讀數(shù)為3.1V，滿刻度時(shí)的百分誤差就是δ==3.2%。 注意事項(xiàng) (1) 本實(shí)驗(yàn)比較復(fù)雜，因此必須先把實(shí)驗(yàn)步驟確定好： 第一步：測Rg。 第二步：計(jì)算分壓電阻Rx。 第三步：校對改裝后的伏特表。 (2) 測電流表的內(nèi)阻時(shí)，閉合S1前，電位器R應(yīng)調(diào)至電阻最大值，以免閉合S1后通過電流表電流過大損壞電流表。 (3) S2閉合后，在調(diào)節(jié)電阻箱R′的阻值時(shí)，不能再改變R的阻值，否則將改變電路的總電流，從而影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度。 (4) 測電流表內(nèi)阻時(shí)，必須確保電位器阻值R遠(yuǎn)大于電阻箱的有效值R′。 (5) 將改裝后的電壓表與標(biāo)準(zhǔn)電壓表校對時(shí)，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法。 誤差分析 半偏法測電流表內(nèi)阻，認(rèn)為R′的值等于電流表的內(nèi)阻，而事實(shí)上，當(dāng)S2閉合后，電路的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，R總發(fā)生變化減小了. 由閉合電路歐姆定律知：電路中總電流增大；即I′＞Ig，所以調(diào)節(jié)R′使電流表指針偏轉(zhuǎn)到滿偏的一半時(shí)，流過電流表的實(shí)際電流為Ig，此時(shí)流經(jīng)電阻箱R′的電流為I′-Ig＞ Ig，故R′＜Rg，即R測＜Rg，但由于R′＜＜R，故I′很接近于Ig，所以實(shí)際上只要滿足R′＜＜R的條件，半偏法測電流表內(nèi)阻Rg的誤差很小。 【練習(xí)】 例1、用半偏法測電流表內(nèi)阻Rg，其測量值為R測,改裝后電壓表的測量值為U測，實(shí)際電壓為U，以下關(guān)系中正確的有( ) A.R測Rg C.U測U R=(U/Ug-1)Rg 答:AC。 分析:由半偏法測電流表的實(shí)驗(yàn)原理可知,當(dāng)合上電鍵S2，調(diào)節(jié)R2使G表示數(shù)為半偏時(shí)，干路中的電流實(shí)際上略有增大，即流過R2的電流略大于Ig/2，故此時(shí)R2略小于Rg，即測量值偏大，由此算得的改裝電壓表時(shí)，需串聯(lián)的分壓電阻偏大，導(dǎo)致U測偏小。 例2、(全國高考題)圖中E為電源，其電動(dòng)勢為E，R1為滑線變阻器。R2為電阻箱，A為電流表。用此電路，經(jīng)以下步驟可測得A的內(nèi)阻RA；①閉合S1、斷開S2，調(diào)節(jié)R1，使電流表讀數(shù)等于其量程I0；②保持R1不變，閉合S2，調(diào)節(jié)R2，使電流表讀數(shù)等于I0/2，然后讀出R2的值，取RA≈R2。 ⑴按圖所示的電路在圖所給出的實(shí)物圖中畫出連接導(dǎo)線； ⑵真實(shí)值與測得值之差除以真實(shí)值叫做測量結(jié)果的相對誤差。即(RA-R2)/RA。試導(dǎo)出它與電源電動(dòng)勢E、電流表量程I0及電流表內(nèi)阻RA的關(guān)系式。 ⑶若I0=10mA，真實(shí)值RA約為30Ω，要想使測量結(jié)果的相對誤差不大于5%，電源電動(dòng)勢最小應(yīng)為多少伏？ 解:⑴ 由電路可知，滑動(dòng)變阻器采用限流接法，電流表與R2并聯(lián)，連接時(shí)可從電源正極出發(fā),依次將電阻箱R2，開關(guān)S2，滑動(dòng)變阻器，開關(guān)S1，串聯(lián)起來再接到電源負(fù)極，然后將電流表兩端并聯(lián)在電阻箱和S2兩端。 ⑵ 由步驟①得 由步驟②得 解得 (RA-R2)/RA= ⑶ 由⑵及題中要求可知≤5% 因此，E≥=6V。