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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

(2)

·

R1

R2

·

 

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

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

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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