十一. 实验：把电流表改装为电压表

十一. 实验：把电流表改装为电压表

【要点导学】

1．电压表是由灵敏电流表串联一定的分压电阻所组成。为了计算分压电阻需要测定电流表的两个基本参数，即_________和_________。

2．用串联分压的原理来改装电压表，扩大量程。串联的电阻大小根据所分担的电压来计算即R串=（U-IgRg）/Ig。

3．“半偏法”测电流表内阻 因为电流表G的满偏电流都很小（常见的如50μA、100μA、300μA，实验室用的大型电流表为2mA），所以，一般测电阻的方法对它不适用。半偏法测电流表内阻的电路如图14—11—1所示，R是电位器，R’是电阻箱.实验时先合上电键S1,调节R使电流表指针满偏，保持R不变，再合上电键S2,调节电阻箱R’的阻值,使电流表指针偏转到满刻度的一半,在R>>R’的条件下，可认为Rg=R’。

图14—11—

1

4．改装电压表

根据Ig、Rg和要求改装后电压表得量程U,计算串联电阻：R串=（U-IgRg）/Ig，选择电阻箱上的阻值为R串，把电流表和该电阻箱串联，就做成了量程为U的电压表。此时电流表的刻度就是电压表的刻度了，满偏电流Ig代表电压U，刻度是均匀的。考虑到学生用电阻箱最大阻值只有9999Ω，用J0415型微安表宜改装成为量程2V，用J0409型电流表宜改装成量程3V。

5．与标准电压表校对

将改装后的电压表与标准电压表进行校对时的电路如图14—11—2所示，应注意：

（1）改装后的电压表与标准表并联；

（2）滑动变阻器连接成分压式，以便于将改装后的电压表与标准电压表从0到满刻度逐一进行校对。

（3）算出改装电压表满刻度的误差，其数值等于改装表的满偏读

∣U’-U∣/U×100％。

当改装表的最大指示值不准时，调它的分压电阻R1来校准。但另外的点仍不准，这是电流表G或电压表V的线性不良造成的。

6．注意事项

（1）实验中当R>1OOR’时，即可用R’代替Rg。这时相对误差不大于1％。 （2）测电流表内阻时，在S1闭合前，应将R调到最大，以免烧坏电流表。

（3）测电流表内阻时，在S2闭合后，不能再调节R，否则将改变电路的总电流，影响实验的精确度。 【范例精析】

例1 一个分压电阻为R1串联到电压表上，使电压表的量程扩大为原来的n倍，另一个分压电阻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，此时电压表的量程扩大了几倍？

图14—11—2

数值U’跟标准电压表上的读数值U之差与标准电压表读数之比，即百分误差为：

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：

U=IRV

串联上分压电阻R1时，有：I（R1+RV）=nU 串联上分压电阻R2时，有：I（R2+RV）=mU R1、R2并联后再串联到电压表上时，有：I

把I=

URV

R1R2

R1 R2

RV kU

代入得：R1=（n-1）RV，R2=（m-1）RV，

mn 1m n 2

R1R2R1 R2

k 1 RV

由以上方程可解得：k

拓展 本题主要考查电压表的改装，涉及的知识点是串联电阻的分压原理。解题过程中要弄清楚电压表量程的扩大与串联电阻之间的内在联系。

例2 (2001年江苏、浙江高考题) 实验室中现有器材如实物图14—11—3所示，有： 电池E，电动势约10V，内阻约1Ω；电流表A1，量程10A，内阻r1约为0.2Ω；电流表A2，量程300mA，内阻r2约为5Ω；电流表A3，量程250mA，内阻r3约为5Ω；电阻箱R1，最大阻值999.9Ω，阻值最小改变量为0.1Ω；滑线变阻器R2，最大阻值100Ω；开关S；导线若干。

要求用图14—11—4所示的电路测定图中电流表A的内阻。

图14—11—3 图14—11—4

（1）在所给的三个电流表中，哪几个可用此电路精确测出其内阻？

（2）在可测的电流表中任选一个作为测量对象，在实物图上连成测量电路。 （3）你要读出的物理量是______________________________。用这些物理量表示待测内阻的计算公式是____________________。

解析 本题可以用半偏法测电流表的内阻,将待测的电流表与电阻箱并联,另一个电流表接在总电路里,保持总电流不变,使电阻箱里分掉一半电流,则待测电流表的内阻与电阻箱的阻值相等.由于电流表A1量程太大,其余表中显示的电流在A1表中无法显示,只能测A2、A3表的内阻。

本题的正确答案是：（1）A2和A3； （2）电路连接如图14—11—5所示

（3）调节R1，当A3中的电流是A2

中的一半时，

图14—11—5

A3的内阻r3=R1；

或者直接读出两电流表的电流I2、I3以及R1，则r3=（I2-I3）R1/I3。

拓展 本题是一道综合性试题，涉及的知识有电表的选择、实物图的连接、测量电表内阻的方法等。本题测量电表内阻的方法是“半偏法”测电阻的变通应用，利用A3和R1两端电压相等的规律，由通过两者的电流大小得到A3的电阻大小。

【能力训练】

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1．用半偏法测电阻时，可变电阻R既可以用电位器，也可以用电阻箱，而可变电阻R只能用电阻箱，其原因是_____________________________________________. 2. 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___________________________________________.

3. 现有一个灵敏电流计,它的满偏电流为Ig=1mA,内阻Rg=200Ω,若要将它改装成量程为5A的电流表,应______一个_________Ω的电阻,改装后的电流表测量电流时,指针指在表盘上原来0.2mA处,则被测电流的大小是______________.

4. 某同学将一个小量程电流表改装成3V的电压表,将改装的电压表与标准电压表并联后接入电路,当标准表的示数为3V时,改装表的示数为2.85V,则该同学改装的电压表的满刻度百分误差是_____________.

5．用半偏法测得的电流表的内阻与真实值相比是 （ ）

A．偏大 B. 偏小 C. 相等 D. 有时偏大，有时偏小

6．两个电压表甲、乙是由完全相同的电流表改装成的，它们的量程分别是5V、15V，为了测量15V—20V的电压，把甲、乙串联起来使用，则下列说法正确的是 （ ）

A．读数相同 B. 指针偏转角度相同

C．读数正比于表的内阻 D. 指针偏转的角度正比于表的内阻 7．一伏特计由电流表G与电阻R串联而成,若在使用中发现此伏特表的读数总比准确值稍小一些,采用下列哪些措施可能加以改进? ( )

A. 在R上串联一个比R小得多的电阻 B. 在R上串联一个比R大得多的电阻 C. 在R上并联一个比R小得多的电阻 D. 在R上并联一个比R大得多的电阻

8．如图14—11—6所示，为一个实用电压表、电流表两用电表的电路图，其中表头的内阻是100Ω，满偏电流是1mA，当双刀开关打开时，该电表是___________；当开关合上时,该电表是_____________；如果要使电压表的量程为10V,电流表的量程为1A,则电阻R1=____________Ω,R2=____________Ω.

图14—11—6

9．将量程为100μA，内阻为500Ω的电流表改装成量程为

10mA的电流表，并用一个标准电流表与改装后的电流表串联，对它进行校准。改装和校准所用的器材如图14—11—7所示。

（1）将电流表与电阻箱应并联组成改装表，电阻箱应取多大的阻值？

（2）在实物图上连线，使之成为改装表校准电路。（要求通过电流表的电流从0连续调到10mA，为防止电流过大损坏电表，串联上一个固定阻值的保护电阻）

图14—11—7

10．某电压表的内阻在20kΩ～50kΩ之间,现要测量其内阻,实验室提供下列可选用的器材:

A.待测电压表(量程3V); B.电流表(量程200μA); C.电流表(量程6mA); D.电流表(量程0.6A); E.滑动变阻器(0～1kΩ); F.电源(电动势4V); G.电键和导线

(1)简述实验方法和步骤.

_______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________

(2)所提供的电流表中,实验应选用_______(填器材序号).

(3)为减小误差,要求多测量几次.试在方框图中画出符合要求的电路图.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8lfm.html