高中物理电表改装---副本.doc

恒定电流 电表间的各种改装
“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
A
改装方案
Um
在电流表G上串联一个大阻值的定值电阻R0，让其分压即可起到电压表的作用。
Ig
G
如图所示， 改装后的电压表的量程Um=（rg+R0）Ig
R0
rg

G
校表电路
将改装后的电压表与标准电压表并联，
V
利用分压电路即可对所有的刻度进行校准。

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
B、在R0上串联一个比R0大得多的电阻 D、在R0上并联一个比R0大得多的电阻
分析与解答：偏小的原因是改装后的电压表内阻偏大，这时可将R0调小一些，使表头G上分取的电压大一些，其上指针偏大，对应改装电压表的电压示数就大些。在R0不变的情况下，在其两端并联一个大电阻，也可达到相同的效果，故本题答案为D。
2、电流表改装成电流表
改装方案
rg
Ig
在电流表G上并联一个小阻值的定值电阻R0，让其分流即可起到大电流表的作用。
Im
G
如图所示， 改装后的电流表的量程Im=Ig+ Ig rg /R0=（rg+R0）Ig /R0
R0

A
G

校表电路
将改装后的电流表与标准电流表串联，
利用分压电路即可对所有的刻度进行校准。

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：——————————————————————————— 。
A
（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ˊ， 符号表示。
Rc
Rd
G
G
G

10mA
o
o
Ra Rb
S2
R´

10mA

1mA

o
o
1mA
o

o
o
S3

o
o
E
S1

图1 图2 图3 图4
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。
R0
A´
A

E1

3、电压表改装成电流表
改装方案
Rv
Um
在电压表v上并联一个小阻值的定值电阻R0，让其分流即可起到电流表的作用。
Im
V
如图所示， 改装后的电流表的量程Im=Uv/Rv+Uv/R0
R0
=（1/Rv+R0）Uv

校表电路
A
V
将改装后的电流表与标准电流表串联，
A
利用分压电路即可对所有的刻度进行校准。

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————。
mV
A

R´

图 a 图 b
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。
mV
A
按题目要求校准电路如图：

R´
R

4、电压表改装成电压表
改装方案
Uv Rv
在电压表v上串联一个大阻值的定值电阻R0，让其分压即可起到大电压表的作用。
Um
V
如图所示， 改装后的电压表的量程Um=Uv+UvR0/Rv
R0
=（R0+Rv）Uv/Rv

校表电路
V
将改装后的电压表与标准电压表并联，
V0
利用分压电路即可对所有的刻度进行校准。

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=--------。

1
7
6
5
4
3
2
8
9
0
1
7
6
5
4
3
2
8
9
0
1
7
6
5
4
3
2
8
9
0
1
7
6
5
4
3
2
8
9
0
1
7
6
5
4
3
2
8
9
0
1
7
6
5
4
3
2
8
9
0
×1
×100
×10
×10000
×100000
×1000

R0
VB
VA

E
R
K

分析与解答：
（1）将改装后的电压表Vc与标准电压表VB并联，滑动变阻器接成分压电路，如下图所示。
VC
R0

VA
1
7
6
5
4
3
2
8
9
0
1
7
6
5
4
3
2
8
9
0
1
7
6
5
4
3
2
8
9
0
1
7
6
5
4
3
2
8
9
0
1
7
6
5
4
3
2
8
9
0
1
7
6
5
4
3
2
8
9
0
×1
×100
×10
×10000
×100000
×1000

R0
VB
VA
VB

R

R

（2）据部分电路的欧姆定律有 3.0=1.0+1.0R0/1000 可得R0=2000Ω
此时改装后的电压表Vc的内阻Rc=1000+2000=3000Ω
Uc
（3）ⅰ将电压表Vc与待测电源相联，计下电压表的读数Uc
Rc
Vc

E= Uc +Ucr/Rc ------①
E r

UB
RB
Uc´
Rc
ⅱ将电压表VB与Vc串联后再待测电源相联，计下两电压表的读数UB、Uc‘
VB
Vc

E= UB + Uc‘ + Uc‘r/Rc ---- ②

E r

UB+ Uc‘ - Uc

Uc- Uc‘
（4）联立①②两式可得 r = RC

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。
4