专题13 电流表内阻及电表的改装 高考常考实验题精练(解析版)2020年高考物理
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1、高中物理实验 测电流表内阻及电表的改装习题精练例1现有一块59C2型的小量程电流表G(表头),满偏电流为,内阻约为800850,把它改装成、的两量程电流表。可供选择的器材有:滑动变阻器R1,最大阻值20;滑动变阻器,最大阻值电阻箱,最大阻值定值电阻,阻值;电池E1,电动势1.5V;电池,电动势;电池,电动势;(所有电池内阻均不计)标准电流表A,满偏电流;单刀单掷开关和,单刀双掷开关,电阻丝及导线若干。(1) 采用如图1所示电路用半偏法测电流表的内阻,写出主要实验步骤,及如何求得实验结果。(2) 为提高测量精确度,选用的滑动变阻器为 ;选用的电池为 。图1(3)将G改装成两量程电流表。现有两种备
2、选电路,示于图2和图3。图 为合理电路,另一电路不合理的理由是 。 图2 图3(4)将改装后的电流表与标准电流表逐格进行核对(仅核对1mA量程),画出所用电路图,图中待核对的电流表符号用来表示。【解析】:(1)在这个实验中,第一步,断开S2,闭合S1,调节R,使电流表满偏,第二步,闭合S2,闭合S1,不调节R,仅调节R,使电流表半偏,则电流表的内阻约等于电阻箱R的阻值(即读数)。(2)答案是 (或最大阻值) (或电动势4.5V)有同学不理解,待测电流表G(表头)的满偏电流仅为,为什么要用大电动势的电池和大阻值的滑动变阻器呢?这要从半偏法测电流表的内阻的误差分析谈起。因为第二步中认为电阻箱R1分
3、流一半,也就是认为第二步与第一步中干路电流相等。怎么会相等呢?明明是总电阻发生了变化(并联了电阻箱R),这就要求并联了电阻箱R后对总电阻的影响可以忽略不计。怎样才能忽略不计?要求,在RA已确定的条件下,只能使滑动变阻器的阻值尽可能大,而要使滑动变阻器的阻值尽可能大,因为RA的满偏电流是确定的,所以就要使电池的电动势尽可能大。这个分析也可以用公式推导:在第一步中,电流表的电流为,在第二步中,根据并联分流公式,电流表的电流为;从这两式可解得:,只有当,即时,才有,也就是电阻箱的读数为电流表的内阻。如果还不十分清楚的话,我们不妨代入数据计算一下。如果使用E3、R2,设表头的内阻为800,则在第一步中
4、,根据,算得;第二步中,根据计算得:,当表头半偏时, 则,因为,所以,这就是RA的测量值,与真实值RA=800相比,相对误差为;如果使用E1、R2(用R1不可以,下面的计算可知),表头的内阻为800,则在第一步中,根据,算得;第二步中,根据计算得:,当表头半偏时, 则,因为,所以,这就是RA的测量值,与真实值RA=800相比,相对误差为。很显然,后者比前者误差大得多。所以选E3、R2。(3)图2为合理电路; 图3电路在通电状态下,更换量程会造成两分流电阻都未并联在表头两端,以致流过表头的电流超过其满偏电流而损坏。(4)电路图为图4。与A和A串联的是定值电阻,阻值,是起保护作用,因为改装后的电流
5、表内阻很小,所以如无,则电流可能很大。图4为说明改装后的电流表内阻很小,不妨计算一下图2中1mA档的电流表的内阻。在图2中,总电流,表头电流,所以并联电阻R并(图2中的R1+R2)为并=,所以电流表的内阻为,如果没有R0,当电压为1.5V时,电流可达(计算中设标准表A的内阻也是40),远远超过了电流表的量程。点评:本题考查了半偏法测电流表内阻的实验原理(隐性地考,没明确要求写原理,但要懂原理才能做)、实验步骤(显性地考,明确要求写出)以及器材的选择(显性地考,明确要求写出)和误差的分析(隐性地考)。后者,看起来简单,其实很复杂。也考查了电表的改装及校准的电路,特别提出了两量程的电流表,是课本上
6、没讲的,但是实验中常用的。例2利用图1所示的电路测量电流表mA的内阻RA。图中R1、R2为电阻,K1、K2为电键,B是电源(内阻可忽略)。 根据图1所给出的电路原理图,在图2的实物图上连线。 已知R1=140,R2=60。当电键K1闭合、K2断开时,电流表读数为6.4mA;当K1、K2均闭合时,电流表读数为8.5mA。由此可以求出RA= 。(保留2位有效数字)【解析】:(1)图略(2)根据电路欧姆定律和电路分析,有,解得RA=43.点评:本题考查用安阻法(用电流表和两个电阻)测电流表的内阻。也具体考查了实物图的连线和实验数据的处理方法(考实际数字的计算),还考查了电路的分析。例3. 利用图中给
7、定的器材测量电压表V的内阻Rv。图中B 为电源(内阻可忽略不计), R 为电阻箱,K 为电键。 将图中实物连接为测量所用的电路。 写出实验中必须记录的数据(用符号表示), 并指出各符号的意义:_ 用 中记录的数据表示RV的公式为RV=_。 【解析】:.连线如图所示。改变电阻箱的阻值(至少2次),测出相应的电压,R1、R2是电阻箱的两次读数;U1、U2,是相应的电压表的两次读数。根据全电路欧姆定律,有,解得: RV=。点评:本题考查用伏阻法(用电阻箱和电压表)测电压表的内阻。本题具体考查了实物图的连线和实验数据的处理方法(考公式的推导,不考实际数字的计算)。例4将满偏电流Ig=300A、内阻未知
8、的电流表改装成电压表并进行核对(1)利用如图所示的电路测量电流表的内阻(图中电源的电动势E=4V ):先闭合S1,调节R,使电流表指针偏转到满刻度;再闭合S2,保持R不变,调节R,使电流表指针偏转到满刻度的,读出此时R的阻值为200,则电流表内阻的测量值Rg= (2)将该表改装成量程为3V的电压表,需 (填“串联”或“并联”)阻值为R0= 的电阻 (3)把改装好的电压表与标准电压表进行核对,试在答题卡上画出实验电路图和实物连接图【解析】:(1)设电流表的满偏电流为,则根据并联分流的原理,有。(2)串联电阻为9900。计算方法如下:串联电路电流相等。有,所以。(3)如下图GVE r SR0R点评
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