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结合高考实验题谈电表改装及应用 电表(电压表和电流表)是电学中重要的测量仪表，高考《考试说明》中要求学生会正确使用电压表、电流表．综观近几年的高考不难发现，电表的应用在高考中频频出现，成了高考物理实验的热点．而涉及电表的题目多以电表改装、理想电表的常规应用、非理想电表的非常规应用为主，以考查考生的实验能力为方向． 所以在今后的学习和复习中，我们不仅要让学生知道电表的构造和工作原理，而且还要让学生牢固掌握它们的常规应用，更要会灵活地处理实际应用中出现的非常规应用．本文结合高考实验题谈一谈电表的改装及应用，供广大师生参考． 一、灵敏电流计的工作原理及电表改装 中学物理中的电表都是磁电式仪表，主要由永久磁铁和放入永久磁铁的磁场中可转动的线圈组成．其基本原理是磁场对通电线圈中电流的作用，使线圈在磁场中发生偏转，由于磁场对电流的作用力跟电流的大小成正比．因此，可根据指针的偏转角度的大小，知道被测电流的大小． 我们常用的电压表和电流表都是由灵敏(小量程)的电流计(表头)改装而成的．将灵敏电流计与大电阻串联，即可改装成电压表；将灵敏电流计与小电阻并联，即可改装成电流表． 例1(2004年全国高考) 实 mV，量程为150 mV，内阻约为150 ．现要将其改装成量程为10 mA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1．5 V)，电阻箱R，滑动变阻器R/，电流表A(有1．5 mA、15 mA、150 mA三个量程)及开关S． (a)对电表改装时必须知道电压表的内阻．可用图1所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S，调节滑动变阻器后测得电压表mV的读数为150 mV，电流A的读数为1．05 mA，则电压表的内阻Rmv为．(取三位有效数字) (b)在对改装成的电流表进行校准时，把表A作(滑动变阻器作限流使用)，图中各元件要用题中给出的符号或字母标注．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． 解析在本实验设计中，把毫伏电压表改装成电流表，与把灵敏电流计改装成电流表在本质上没有区别，实际上就是电表改装的灵活应用． (a)因为电压表mV与电流表A串联，电压表mV满偏时的电流约为 A应选用1．5 mA的量程．则 (b)电路如图2所示，当改装后的电流表量程时，通过电压表mV的满偏电流为I/=1．05 mA，加在其两端的满偏电压为U150 mV，电阻箱的取值是 电流表A应选用的量程是15 mA． 二、电流表和电压表的常规应用 把电压表并联在被测电路两端，测其电压，把电流表串联在被测电路中，测其电流，这是两电表的最基本 例2如图3所示是利用伏安法测定同一电阻R，4(a)所示，电压表示数为2．8 V．电流表的示数为5．O mA；第二次测量时改用电流表内接的电路，如图4(b)所示，电压表的读数仍为2．8 V，电流表的示数变为4．O mA，由此两组测量数据估测出此电阻R． (填“偏大”“偏小”或“一样大”)． 解析 本题分别用外接法和内接法测量电阻R。的值，并给出了两个情形下电压表和电流表的读数，于是可将该过程视为试触法测电阻的值．由于两种测量电压表的读数没有改变，电流表的读数变化较大，可知当采用内接法时误差较小，测量结果较准确．这样待测电阻值为 由于采用内接法时．电流表有分压作用，故电流表读数准确，电压表读数比电阻R两端的实际电压偏大，从而可知测量值大于其真实值． 三、两电表的非常规应用 在实际使用中，电压表内阻很大，但不是无穷大，电流表内阻很小，但不是零，即都是非理想电表．非理想电表对电路的影响不能忽略，解题时应把它们看做是能显示出本身电压或电流的电阻器，电流表的读数表示通过电流表的电流，电压表的读数表示加在电压表两端的电压，故可应用欧姆定律进行分析和计算． 1．测电表本身的内阻 例3某电压表的内阻在20 k～50 k之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可选用的器材：(1)待测电压表V(量程3 V)；(2)电流表A1(量程200 A)；(3)电流表A2(量程5 A)，滑动变阻器R(最大阻值为1 k)；(4)电源E(电动势4 V)；(5)开关S，导线若干．试问：在所提供的电流表中，应选用；为了尽量减少误差，要求测量多组数据．试画出符合要求的实验电 解析要测量电压表内阻Rv，必须测量Rv两端的电压和通过Rv的电流，Rv两端的电压可由电压表的读数得到，为此需给Rv串联一个电流表． 由于被测电压表的阻值远大于滑动电阻器的总电阻，题目中又要求多测几组数据，故本题只能选用分压电路，