实验电流表改装.测电源内阻.doc

实验 : 电流表改装 . 测电源内阻实验：电流表的改装、测电源内阻一、把电流表改装成电压表1 、实验目的：(1) 知道用“半偏法”测电流表内阻的原理；(2) 会根据实验原理选择实验所需器材；(3) 把小量程的电流表改装为电压表，并把改装后的电压表与标准电压表进行校对2 、实验原理：一个电流表有二个重要参量，即 I g 和 R g ，其额定电压为 U g ＝ I g R g ，由于I g 很小 ( 几百微安～几十毫安 ) ， U g 通常为几百欧姆，故 U g 比较小．为测量较大的电压值，可在电流表上串联一个大阻值的电阻 R ，把 R 作为电流表内阻的一部分，这样的电流表就可分担较大的电压，改装后作为电压表使用．如图 1 所示．电流表的内阻 R g 可用半偏法测出，其测量电路如图 2 所示，其测量原理是当电阻箱R ' 未接人电路时，调节 R 的大小，使电流表 G 满偏，闭合 S 2 后， R 大小不变，改变电阻箱 R ' 的阻值，使电流表半偏．由于 R g 很小，则 R 的值很大，在开关 S 2 闭合前后，线路上的总阻值变化很小，我们就认为不变，因此干路上的电流 I g 也不变，当电流表 G的指针半偏时，流过电阻箱 R ' 的电流与通过电流表的电流相等，则 R ' ＝ R ． 注意：滑动变阻器的阻值很大，而且在闭合电键 S 1 应将其阻值调到最大；实验中电阻箱 R ' 不能用变阻器替代，因为变阻器不能直接读数；测量电流表内阻时，在闭合电键的选择必须保证 R >>R 'S 2 。

后，不能再调节R ，以保持电路中的电流不变；另外，对器材3 、实验器材电流表(表头)电源、开关 ( 两个 )、电位器 (4.7k 、标准电压表Ω ) 、变阻器 (0 ～50Ω) 、电阻箱 (0 ～ 9999.99 Ω) ( 量程与改装后的电压表量程相同 ) 及导线若干．、4 、实验步骤(1) 测量电流表的内电阻R g先按如图 2 所示电路图连接电路，断开 S 2 ，接通 S l ，把电位器 R 由最大阻值逐渐向阻值变小进行调节，使电流表的指针达到满偏为止，这时电位器的阻值不得再调整，接通 S 2 ，调整电阻箱 R ′的阻值，使电流表的指针恰好偏转到满偏的一半，读出电阻箱 R ′的阻值，就是电流表的内电阻 R g (2) 将电流表改装为电压表①改装量程为 2V 的电压表，按公式 R x =U-R g ，计算分压电阻 R x 的值． I gI I m②按图 4 把电流表和电阻箱串联起来，选用电阻箱的阻值等于分压电阻 R x 的值． ③改装后的电压表表盘的刻度值，按公式 U =·U m 来计算．其中 U m 是改装后电压表的量程．(3) 改装后的电压表跟标准电压表核对 ①按图 3 连接电路．②闭合开关 S ，调整滑动变阻器滑片，使改装的电压表的读数分别是 0.5V 、1.0V 、1.5V 、2.0V 等，看标准电压表的读数是否与它一致．③改装的电压表的读数是满刻度 U m 时，看标准电压表的读数 U 0，计算满刻度时的百分误差。

5 、数据处理(1) 从电流表的刻度盘上读出其满偏电流I g ，根据测出的内阻 R g 计算电流表的满偏电压 U g ＝ I g R g ，(2) 根据公式 R x =U-R g 计算分压电阻 R x 的值 I gU m -U 0×100%，例如改装的电压 U m3-3. 13. 1(3) 根据改装后校对时的 U m 和 U 0 计算满刻度时的百分误差，即 δ =表在满刻度 3V 时，标准电压表的读数为 3.1V ，满刻度时的百分误差就是 δ ==3.2% 6 、注意事项(1) 本实验比较复杂，因此必须先把实验步骤确定好第一步：测 R g ；第二步：计算分压电阻 R x ，并将 R x 与电流表串联起来，改装成电压表；第三步：校对改装后的伏特表．(2) 测电流表的内阻时，闭合S 1前，电位器R 应调至电阻最大值，以免闭合S 1后通过电流表电流过大损坏电流表．(3)S2闭合后，在调节电阻箱R ′的阻值时，不能再改变R 的阻值，否则将改变电路的总电流，从而影响实验的准确度．(4) 测电流表内阻时，必须确保电位器阻值R 远大于电阻箱的有效值R ′．(5)将改装后的电压表与标准电压表校对时，滑动变阻器应采用分压式接法．7 、误差分析利用“半偏法”测出电流表内阻 R g =R ' ，事实上当 S 2 闭合后电路结构已发生变化，导致线路总电阻 RI g E知，线路上的电流增大，当流过电流表的电流为时，流过电阻总减小，由闭合电路的欧姆定律 I =R +r 2I g箱的电流大于，故知 R '2内阻测小的电流表改装成电压表后，电压表内阻的真实值比计算值大，故改装量程偏大．【试题解析】15V例 1 两个电压表甲、乙是由完全相同的电流表改装而成．它们的量程分别为．为了测量 15～20V 的电压，甲、乙串联起来使用，则两表的 ( ) A5V 、．读数相同B ．指针偏转角度相同C ．读数正比于表的内阻D ．指针偏转角度正比于表的内阻解析 电流表改装成电压表以后，表头的内阻化，变化的只是等效表的内阻 ( 包括串联电阻与R g 并没有变化．其量程也没有发生变R g 在内的总电阻 ) ，两电压表中因电流相同，故两表指针偏转角度相同．而读数是由整个电表内阻分压所决定，表盘是改装后的刻度值，故读数正比于表的内阻 ( 表头内阻 R g 与分压电阻之和 ) ，故选 B 、 C 。

例 2 从下表中选 出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表 A 1 的内阻 r 1 ，要求方法简捷，有尽(1) 画出电路图，标明所用器材的代号；(2) 若选用测量数据中的一组来计算 r 1 ，则所用的表达式为 ，式中各符号的物理意义是 解析 本题的实质仍然是伏安法测电阻待测电流表 A 1 的量程 I 1=10mA ，内阻 r 1 约为 40Ω ，则电流表 A 1 两端的最大耐压为 U 1m = I1m r1=10 ×10 - 3×40V=0.4V若用量程为 10V 的电压表与电流表 A 1 并联测电压，电压表的读数误差太大，此电压表不能选用． 因为已知电流表 A 2 的内阻 r 2=750 Ω，量程 I 2=500 μ A， A 2 两端的最大电压 U 2m = I 2m r2=500 ×10 - 6×750V=0.375V，用电流表 A 2 与电流表 A 1 并联，可设法做到并联后电压不大于 0.375V ，则电流表 A 1 与电流表 A 2 两端电压相等，有 I 1 r1= I 2 r 2 ，则 r 1=I 2r 2 ，式中 I 1 为流过电流表 A 1 的电流， I 2 为流过 A 2 的电流， r 1 为电流表 A 1的 I 1内阻， r 2 为电流表 A 2 的内阻．若要测量精度高，电压、电流调节范围应大些，滑动变阻器采用分压式接法效果更佳，电路图如图 4 所示．例 3 图 5 甲中 E 为电源，其电动势为 E 1 ，R 1 为滑动变阻器， R 2 为电阻箱， A 为电流表，用此电路经以下步骤可近似测量 A 的内阻 R A 。

①闭合 S 1 ，断开 S 2 ，调节 R 1，使电流表数等于其量程 I 0 ；②保持 R 1 不变，闭合 S 2 ，调节 R 2 ，使电流表的读数等于I 0， 2然后读出 R 2 的值，取RA≈R 21) 按图 5 甲中所示电路图在图 5 乙所给出的实物图中画出连接导线2) 真实值与测量值之差除以真实值作为测量结果的相对误差，即RA-R2；试导出它与电R 2源电动势E 、电流表量程I 0及电流内阻R A的关系式．(3) 若 I 0=10mA ，真实值R A约为30Ω，要想使测量结果的相对误差不大于5％，电源电动势最小应为多少?解析 本题是 2001 年全国高考题，它是用半偏法测量电流表内阻的实验再现．据图 所示的电路图，连线如图 6 所示． (2) 由步骤①得(1) 依由步骤②得E= I0R1+RAR2IE·=0RRRA+R22R1+A2RA+R2联立可解得RA-R2I0=RAR2ERA-R2R 2(3) 由相对误差的定义可知，真实值 R A 与测量值 R 2 之差与真实值 R A 的比值不大于 5%，即应有≤5％，由 (2) 知，即为 6V I 0R A ≤5％，将 I 0=10 ×10 -3A 、 R A =30 Ω 代入即可求得 E ≥6V ，即电源的电动势最小为 E二、测定电源的电动势和内阻1 、实验目的：(1) 加深对闭合电路欧姆定律的理解(2) 进一步熟练电压表、电流表、滑动变阻器的使用．(3) 学会用伏安法测电池的电动势和内阻． (4) 学会利用图象处理实验数据．2 、实验原理：本实验的原理是闭合电路欧姆定律。

具体方法为：中读出几组 U 、I(1) 利用如图 1 所示电路，改变滑动变阻器的阻值，从电流表、电压表值，由 U ＝ E-Ir ，可得： U 1＝ E-I 1r ，U 2 ＝ E-I 2r ，解之得：E =I 1U 2-I 2U 1U -U，r =21I 1-I 2I 1-I 2(2) 利用如图1 示的电路，通过改变R 的阻值，多。