【物理】2020届一轮复习人教版电表改装伏安法测电阻的两种电路学案

【物理】2020届一轮复习人教版电表改装伏安法测电阻的两种电路学案

课时 2 电表改装 伏安法测电阻的两种电路 [学科素养与目标要求] 物理观念：1.掌握将小量程电流表改装成电压表和大量程电流表的原理.2.认识伏安法测电阻的两种电路. 科学思维：1.根据串、并联电路知识，进行电表改装的有关计算.2.理解电流表的内接法和外接法，并能正 确的选择和应用. 电压表和电流表 1.小量程电流表 G(表头)的三个参量： 2.电表改装原理： (1)电压表改装：将表头串联一个较大电阻，如图 1 所示： 图 1 (2)电流表改装：将表头并联一个较小电阻，如图 2 所示： 图 2 1.判断下列说法的正误. (1)电压表中串联的电阻的作用是分去一部分电流.(×) (2)电流表中并联的电阻的作用是分去一部分电压.(×) (3)若将电阻串联在电流表上改装成电压表后，增大了原电流表的满偏电压.(×) (4)若将电阻并联在电流表两端改装成电流表后，电阻和电流表两端的电压相等.(√) 2.(2018·清华附中期中)某同学在进行电阻测量时，需要将一满偏电流为 50μA、阻值为 800Ω的小量程电 流表 G 改装成量程为 3V 的电压表，则需要选择一个阻值为________Ω的电阻与这一电流表________(选填 “串”或“并”)联. 答案 5.92×104 串 解析 设小量程电流表的内阻为 Rg，量程为 Ig，需要串联电阻的阻值为 R，电压表改装的原理图为： 改装电压表需要串联大电阻来分压，根据串联电路规律：Ig(Rg＋R)＝3V，代入数据可得：R＝5.92×104Ω 一、电压表和电流表的改装 (1)小量程电流表有哪三个参数？三个参数之间有什么关系？ (2)对于小量程电流表，其额定电压比较小，如何将该电流表改装成大量程的电压表？ (3)对于小量程电流表，其额定电流比较小，如何将该电流表改装成大量程的电流表？ 答案 (1)三个参数：内阻 Rg、满偏电流 Ig、满偏电压 Ug，Ug＝IgRg (2)需将表头串联一个阻值较大的分压电阻，改装成大量程的电压表. (3)需将表头并联一个阻值较小的分流电阻，改装成大量程的电流表. 电压表、电流表的改装及其特点 项目 小量程电流表 G 改装成大量程 电压表 V 小量程电流表 G 改装成大量 程电流表 A 电路结构 R 的作用 分压 分流 扩大量程 的计算 U＝Ig(R＋Rg) R＝U Ig －Rg IgRg＝(I－Ig)R R＝ Ig I－Ig Rg 电表的 总内阻 RV＝Rg＋R RA＝ RRg R＋Rg 使用 并联在被测电路两端，“＋”接 线柱接电势较高的一端 串联在被测支路中，电流从 “＋”接线柱流入 例 1 有一电流表 G，内阻 Rg＝10Ω，满偏电流 Ig＝3mA. (1)要把它改装成量程为 0～3V 的电压表，应串联一个多大的电阻？改装后电压表的内阻是多大？ (2)要把它改装成量程为 0～0.6A 的电流表，需要并联一个多大的电阻？改装后电流表的内阻是多大？ 答案 (1)990Ω 1000Ω (2)0.05Ω 0.05Ω 解析 (1)由题意知电流表 G 的满偏电压 Ug＝IgRg＝0.03V 改装成量程为 0～3V 的电压表，当达到满偏时，分压电阻 R 的分压 UR＝U－Ug＝2.97V 所以分压电阻 R＝UR Ig ＝ 2.97 0.003 Ω＝990Ω 改装后电压表的内阻 RV＝Rg＋R＝1000Ω. (2)改装成量程为 0～0.6A 的电流表，当达到满偏时，分流电阻 R 的分流 IR＝I－Ig＝0.597A 所以分流电阻 R＝Ug IR ≈0.05Ω 改装后电流表的内阻 RA＝ RgR Rg＋R ≈0.05Ω. 针对训练 1 如图 3 是有两个量程的电压表，当使用 a、b 两个端点时，量程为 0～3V，当使用 a、c 两个 端点时，量程为 0～15V. 已知电流表的内阻 Rg 为 100Ω，满偏电流为 1mA，则电阻 R1 的阻值是________Ω，电阻 R2 的阻值是________ Ω. 图 3 答案 2900 12000 解析 接 a、b 时，串联的电阻为 R1，则有 R1＝U1 Ig －Rg＝ 3 0.001 Ω－100Ω＝2900Ω；接 a、c 时，串联的电 阻为 R1 和 R2，则有 R2＝U2 Ig －Rg－R1＝ 15 0.001 Ω－100Ω－2900Ω＝12000Ω. 二、电流表的内接法和外接法 1.两种接法的比较 内接法 外接法 电路 误差分析 电压表示数 UV＝UR＋UA＞UR 电流表示数 IA＝IR R 测＝UV IA ＞UR IR ＝R 真 电压表示数 UV＝UR 电流表示数 IA＝IR＋IV＞IR R 测＝UV IA ＜UR IR ＝R 真 误差来源 电流表的分压作用 电压表的分流作用 2.电流表内、外接的选择方法 (1)直接比较法：当 Rx≫RA 时，采用内接法，当 Rx≪RV 时，采用外接法，即大电阻用内接法，小电阻用外 接法，可记忆为“大内小外”. (2)公式计算法 当RV Rx Rx RA 即当 Rx＜ RARV时，用电流表外接法， 当 Rx＝ RARV时，两种接法效果相同. (3)试触法：如图 4，把电压表的可动接线端分别试接 b、c 两点，观察两电表的示数变化，若电流表的示数 变化明显，说明电压表的分流作用对电路影响大，应选用内接法，若电压表的示数有明显变化，说明电流 表的分压作用对电路影响大，所以应选外接法. 图 4 例 2 (2018·重庆市高二期末)用伏安法测某一电阻：电压表示数为 U，电流表示数为 I，电阻测量值 R＝ U I .如果采用如图 5 甲所示的电路，测量值为 R1，如果采用如图乙所示电路，测量值为 R2，电阻的真实值为 R 真，它们之间的关系是：R1____R 真，R2______R 真(填“>”“＝”或“<”)，这种误差属于________误差. 图 5 答案 < > 系统 解析 题图甲中电压表测量值为真实值，由于电压表分流作用电流表测量值偏大，故电阻测量值偏小；题 图乙中电流表测量值为真实值，由于电流表分压作用电压表测量值偏大，故电阻测量值偏大，所以有 R1R 真，这种误差属于系统误差. 针对训练 2 (2018·清华附中期中)某同学用如图 6 甲所示电路测量电阻 Rx，Rx 的测量值比真实值 ________(选填“偏大”或“偏小”)；若被测电阻 Rx 的阻值约为 1Ω，应采用图________(选填“甲”或 “乙”)所示电路，误差会比较小. 图 6 答案 偏小 甲 解析 电流表采用外接法时，电压表测量的电压为电阻两端的电压，考虑到电压表的内阻，电流表测量的 电流为电压表和电阻的电流之和，即测得的电流偏大，根据欧姆定律，知测得的电阻偏小.若被测电阻 Rx 的阻值约为 1Ω，该电阻远小于电压表内阻，属于小电阻，故用电流表外接法测量误差较小，应采用题图 甲所示电路. 1.(电压表的改装)(2018·聊城市期末)一只电流表的满偏电流 Ig＝2mA，内阻 Rg＝500Ω，把它改装成量程为 0～3V 的电压表，下列说法中正确的是( ) A.需串联一个 1500Ω的电阻 B.需串联一个 1000Ω的电阻 C.需并联一个 1000Ω的电阻 D.改装后，电压表的内阻为 1000Ω 答案 B 2.(电流表的改装)(2018·烟台市期末)一电流表 G 的满偏电流 Ig＝2mA，内阻为 100Ω.要把它改装成一个量 程为 0.4A 的电流表，则应在电流表 G 上( ) A.并联一个 0.5Ω的电阻 B.并联一个 100Ω的电阻 C.串联一个 0.5Ω的电阻 D.串联一个 100Ω的电阻 答案 A 3.(电表的改装)两只电压表 和 是由完全相同的两个电流计改装成的， 表的量程是 5V， 表的量程是 15V，把它们串联起来接入电路中，则( ) A.它们的示数相等，指针偏转角度也相等 B.它们的示数之比为 1∶3，指针偏转角度相等 C.它们的示数相等，指针偏转角度之比为 1∶3 D.它们的示数之比、指针偏转角度之比均为 1∶3 答案 B 解析 由于两个电压表是用相同的电流计改装的，当两个电压表串联使用时，通过两表的电流是相同的， 所以表头指针偏转的角度是相同的；刻度盘上的示数表示的是电压表两端的电压，与量程成正比，故选项 B 正确，选项 A、C、D 错误. 4.(电流表的内接和外接)(多选)用如图 7 所示的电路测量待测电阻 Rx 的阻值时，下列关于由电表产生误差的 说法中，正确的是( ) 图 7 A.电压表的内电阻越小，测量越精确 B.电流表的内电阻越小，测量越精确 C.电压表的读数大于 Rx 两端真实电压，Rx 的测量值大于真实值 D.由于电流表的分流作用，使 Rx 的测量值小于真实值 答案 BC 解析 该电路中电流表的读数为通过 Rx 的电流的真实值，电压表的读数为 Rx 两端的电压与电流表的分压 之和，大于 Rx 两端的真实电压，根据欧姆定律知，Rx 的测量值大于真实值，C 对，D 错.该电路中，Rx 的测 量值实际上为 R 测＝Rx＋RA，故电流表的内电阻越小，测量越精确，A 错，B 对.