2019-2020年高二物理把電流表改裝成電壓表 人教新課標版.doc

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2019-2020年高二物理把電流表改裝成電壓表 人教新課標版 【教學目的】通過實驗“把電流表改裝成電壓表” 1．用半偏法測電流表的內阻 2．把電流表改裝成電壓表 3．對改裝好的電壓表和標準電表進行校正 【重點和難點】 1．把電流表改裝成電壓表 2．用半偏法測電流表內電阻 【教學過程】 實驗目的 把小量程的電流表改裝為電壓表并把改裝的電壓表跟標準電壓表進行核對。 實驗原理 電流表是測量電路中電流的儀表，本實驗中使用的電流表是沒經改裝的小量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，是一個比較小的電壓，想測量比Ug大一些的電壓時，這個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。 實驗器材 小量程電流表、電位器、電阻箱、電鍵(兩個)、標準電壓表、滑動變阻器、學生電源。 實驗步驟 （1）測量電流表的內電阻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行調節(jié)，使電流表的指針達到滿偏為止，這時電位器的阻值不得再調整，接通S2，調整電阻箱R′的阻值，使電流表的指針恰好偏轉到滿偏的一半，讀出電阻箱R′的阻值，就是電流表的內電阻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來計算。 其中Um是改裝后電壓表的量程。 (3) 改裝后的電壓表跟標準電壓表核對 ① 按圖3-137連接電路。 ② 閉合開關S，調整滑動變阻器滑片，使改裝的電壓表的讀數(shù)分別是0.5V、1.0V、1.5V、2.0V等，看標準電壓表的讀數(shù)是否與它一致。 ③ 改裝的電壓表的讀數(shù)是滿刻度Um時，看標準電壓表的讀數(shù)U0，計算滿刻度時的百分誤差為δ=100%，例如改裝的電壓表在滿刻度3V時，標準電壓表的讀數(shù)為3.1V，滿刻度時的百分誤差就是δ==3.2%。 注意事項 (1) 本實驗比較復雜，因此必須先把實驗步驟確定好： 第一步：測Rg。 第二步：計算分壓電阻Rx。 第三步：校對改裝后的伏特表。 (2) 測電流表的內阻時，閉合S1前，電位器R應調至電阻最大值，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，在調節(jié)電阻箱R′的阻值時，不能再改變R的阻值，否則將改變電路的總電流，從而影響實驗的準確度。 (4) 測電流表內阻時，必須確保電位器阻值R遠大于電阻箱的有效值R′。 (5) 將改裝后的電壓表與標準電壓表校對時，滑動變阻器應采用分壓式接法。 誤差分析 半偏法測電流表內阻，認為R′的值等于電流表的內阻，而事實上，當S2閉合后，電路的結構發(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，所以調節(jié)R′使電流表指針偏轉到滿偏的一半時，流過電流表的實際電流為Ig，此時流經電阻箱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，所以實際上只要滿足R′＜＜R的條件，半偏法測電流表內阻Rg的誤差很小。 【練習】 例1、用半偏法測電流表內阻Rg，其測量值為R測,改裝后電壓表的測量值為U測，實際電壓為U，以下關系中正確的有( ) 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驗原理可知,當合上電鍵S2，調節(jié)R2使G表示數(shù)為半偏時，干路中的電流實際上略有增大，即流過R2的電流略大于Ig/2，故此時R2略小于Rg，即測量值偏大，由此算得的改裝電壓表時，需串聯(lián)的分壓電阻偏大，導致U測偏小。 例2、(全國高考題)圖中E為電源，其電動勢為E，R1為滑線變阻器。R2為電阻箱，A為電流表。用此電路，經以下步驟可測得A的內阻RA；①閉合S1、斷開S2，調節(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物圖中畫出連接導線； ⑵真實值與測得值之差除以真實值叫做測量結果的相對誤差。即(RA-R2)/RA。試導出它與電源電動勢E、電流表量程I0及電流表內阻RA的關系式。 ⑶若I0=10mA，真實值RA約為30Ω，要想使測量結果的相對誤差不大于5%，電源電動勢最小應為多少伏？ 解:⑴ 由電路可知，滑動變阻器采用限流接法，電流表與R2并聯(lián)，連接時可從電源正極出發(fā),依次將電阻箱R2，開關S2，滑動變阻器，開關S1，串聯(lián)起來再接到電源負極，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。