【物理】2020届一轮复习人教版电表的改装和特殊用法学案

【物理】2020届一轮复习人教版电表的改装和特殊用法学案

专题突破(八)　电表的改装和特殊用法　‎ 电流表、电压表都是利用表头(小量程灵敏电流计)改装而成，因此在电表内阻已知的情况下，可以把题目中给出的电流表当成电压表或把电压表当成电流表来使用．‎ 在某些实验中需要测量电压或电流，但没有给出电压表或电流表，或给出的相应电表由于量程小而不适用，这时就可以考虑是否用电流表来测电压或用电压表来测电流．或者利用给出的定值电阻扩大电表的量程．一般电流表内阻较小，两端允许加上的电压较小，为了解决这一问题，我们可以考虑把电流表与某一定值电阻串联，再与待测元件并联(如图甲)，这样通过电流表示数I、电流表内阻RA、定值电阻R0就可以表示出Rx两端电压U＝I(RA＋R0)，同理可用电压表测电流(如图乙)，得I＝＋.‎ 例1在测量电阻的实验中，电流表和电压表必须匹配，如果不匹配可以进行一些改装或转换．某兴趣小组要精确测定额定电压为3 V的节能灯正常工作时的电阻．已知该灯正常工作时电阻约为500 Ω.实验室提供的器材有：‎ A．电流表A(量程：0～3 mA，内阻RA＝15 Ω)‎ B．定值电阻R1＝1 985 Ω C．滑动变阻器R(0～10 Ω)‎ D．电压表V(量程：0～12 V，内阻RV＝1 kΩ)‎ E．蓄电池E(电动势为12 V，内阻r很小)‎ F．开关S一只 G．导线若干 ‎(1)要精确测定节能灯正常工作时的电阻，应采用下面电路图中的__________．‎ ‎(2)若电压表V的示数用U表示，电流表A的示数用I 表示，写出测量节能灯正常工作时的电阻表达式Rx＝__________________(用U、I、R1、RA、RV表示)．当表达式中的电流I＝________mA时，记下电压表的读数U并代入表达式，其结果即为节能灯正常工作时的电阻．‎ ‎【解析】(1)要精确测定额定电压为3 V的节能灯正常工作时的电阻，需测量节能灯两端的电压和通过节能灯的电流，由于电压表的量程较大，测量误差较大，不能用已知的电压表测量节能灯两端的电压，可以将电流表A与定值电阻串联改装为电压表测量电压；节能灯正常工作时的电流约为I＝ A＝6 mA，电流表的量程太小，可以用电压表测量电流；因为滑动变阻器阻值远小于节能灯的电阻，所以滑动变阻器采用分压式接法，所以电路图选C.‎ ‎(2)根据闭合电路欧姆定律知，灯泡两端的电压U灯＝I(R1＋RA)，通过灯泡的电流为：I灯＝－I，所以节能灯正常工作时的电阻为：Rx＝，改装后的电压表内阻为：RV′＝1 985 Ω＋15 Ω＝2 000 Ω，则当I＝1.5 mA时，节能灯两端的电压为3 V，达到额定电压，测出来的电阻为正常工作时的电阻．‎ ‎【答案】(1)C　(2)　1.5‎ 例2某同学在进行扩大电流表量程的实验时，需要知道电流表的满偏电流和内阻．他设计了一个用标准电流表G1量程为0～30 μA来校对待测电流表G2的满偏电流和测定G2内阻的电路，如图所示．已知G1的量程略大于G2的量程，图中R1为滑动变阻器，R2为电阻箱．该同学顺利完成了这个实验．‎ ‎ (1)实验步骤如下；‎ A．分别将R1和R2的阻值调至最大 B．合上开关S1‎ C．调节R1使G2的指针偏转到满刻度，此时G1的示数I1如图甲所示，则I1＝________μA D．合上开关S2‎ E．反复调节R1和R2的阻值，使G2的指针偏转到满刻度的一半，G1的示数仍为I1，此时电阻箱R2的示数r如图乙所示，则r＝________Ω.‎ ‎(2)仅从实验设计原理上看，用上述方法得到的G2内阻的测量值与真实值相比________(选填“偏大”“偏小”或“相等”)．‎ ‎(3)若要将G2的量程扩大为I，并结合前述实验过程中测量的结果，写出需在G2上并联的分流电阻RS的表达式，RS＝________．(用I、I1、r表示)‎ ‎【解析】(1)G1的示数I1为25.0 μA；电阻箱R2的示数508 Ω；(2)因通过R2的电流等于G2的电流，则电阻箱R2的阻值等于电流表G2的电阻；(3)G1开始时的满偏电流为I1，要使量程扩大到I，则并联的电阻RS＝.‎ ‎【答案】(1)25.0　508　(2)相等　(3) ‎【归纳总结】这类方法一般出现在“伏安法”中某些电表没有给出或不适用的条件下，还有一个很明显的特点是需要“特殊”使用的电表内阻一定要是已知的，这样才能利用串、并联电路的规律测得待求量．‎ 针对训练　‎ ‎1．要测一个待测电阻Rx(190 Ω～210 Ω)的阻值，实验室提供了如下器材：‎ 电源E：电动势3.0 V，内阻不计；电流表A1：量程0～10 mA，内阻r1约50 Ω；电流表A2：量程0～500 μA，内阻r2为1 000 Ω；滑动变阻器R1：最大阻值20 Ω，额定电流‎2 A；定值电阻R2＝5 000 Ω；定值电阻R3＝500 Ω；开关S及导线若干．‎ 要求实验中尽可能准确测量Rx的阻值，请回答下面问题：‎ ‎(1)为了测定待测电阻上的电压，可以将电流表__A2__(选填“A‎1”‎或“A‎2”‎)串联定值电阻__R2__(选填“R‎1”‎或“R‎2”‎)，将其改装成一个量程为3.0 V的电压表．‎ ‎(2)如图所示，同学们设计了测量电阻Rx的甲、乙两种电路方案，其中用到了改装后的电压表和另一个电流表，则应选电路图__甲__(选填“甲”或“乙”)．‎ ‎(3)若所选测量电路中电流表A的读数I＝6.2 mA，改装后的电压表V读数如图丙所示，则电压表V读数是__1.20__ V．根据电流表和电压表的读数，并考虑电压表内阻，求出待测电阻Rx＝__200.0__ Ω.‎ ‎【解析】(1)由于电流表A2的内阻一定，又定值R2与电流表A2内阻接近，可考虑将A2与R2串联，根据欧姆定律有U＝I2(R2＋r2)＝3 V，与电源电动势接近，故可以将电流表A2串联定值电阻R2，将其改装成一个量程为3 V的电压表．(2)由(1)知电压表的内阻RV已知，故应采用外接法；又滑动变阻器最大电阻远小于待测电阻阻值，故变阻器应用分压式接法，电路图如甲图所示．(3)根据图丙电压表的读数U＝1.20 V，根据欧姆定律有I＝＋，代入数值可得Rx＝200 Ω.‎ ‎2．为了描绘小灯泡的伏安特性曲线，供选用的器材如下：‎ 直流电源E：电动势12 V，内阻r＝0.5 Ω 小灯泡L：“2.8 V　0.1 W”‎ 电压表V1：量程9 V，内阻r1约为1 kΩ 电压表V2：量程4 V，内阻r2为100 Ω 滑动变阻器R1：“0～10 Ω　‎1.5 A”‎ 滑动变阻器R2：“0～500 Ω　‎1 A”‎ 开关一个，导线若干 ‎(1)在方框内画出实验电路图，在图上标出选用的器材代号．‎ ‎(2)用U1、U2表示电压表V1、V2的示数，若横坐标表示，则纵坐标表示__U1－U2__．‎ ‎【解析】(1)加在小灯泡的电压必须从0开始，要采用分压式电路，没有电流表，要把内阻已知的电压表当作电流表使用且与小灯泡串联，电路设计如图示．‎ ‎3．欲测量一个电流表的内阻，根据以下要求来选择器材并设计电路：‎ a．无论怎样调节变阻器，电流表都不会超量程．‎ b．有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据．‎ 现备有如下器材：‎ A．待测电流表(量程3 mA，内阻约为50 Ω)‎ B．电压表(量程3 V，内阻未知)‎ C．电流表(量程15 mA，内阻为10 Ω)‎ D．保护电阻R＝120 Ω E．直流电源E(电动势2 V，内阻忽略不计)‎ F．滑动变阻器(总阻值10 Ω，额定电流‎0.5 A)‎ G．开关一个，导线若干 ‎(1)在以上提供的器材中，除A、E、F、G以下，还应选择__C__、__D__(填字母代号)．‎ ‎(2)请画出符合要求的实验电路图．__如图所示__‎ ‎【解析】根据题中给出的备用器材，选择伏安法测量电流表的内阻．选择内阻已知的电流表作为电压表，选择保护电阻R与并联的两个电流表串联．由于电流表两端电压最大只有0.15 V，滑动变阻器最大电阻只有10 Ω，所以选择分压电路，电路图如图所示．‎