高中物理教学论文 实验12.测电流表内阻和电表的改装.docVIP

实验12.测电流表内阻及电表的改装 实验题，是物理高考的一个方面军，约占高考试卷总分的17%；电学实验又是高考实验题的重点，占实验题分数的50%以上，因为一般两个实验题或力学、电学各一个，或电学、光学各一个；而在电学实验题中，大家对“电阻的测量”和“电源电动势与内电阻的测量”关注较多，而对“电表的改装”实验较少注意，本文来说说“电表的改装”实验题的方方面面。 “电表的改装”实验一般分三步： 第一步：电流表（表头）内阻的测量， 第二步：把电流表改装为安培表（扩大量程）或电压表， 第三步：对改装好的电表进行校准。 高考中对电学实验通常考查： 原理的理解（包括原理图） 步骤的掌握 器材的选择 电路的连接（实物图） 误差的分析（显性或隐性）等 下面通过例题来说明。 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800～850，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。 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。 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① （或最大阻值） ② （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，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、R