某物理兴趣小组的同学在查阅资料时了解到,实际的电流表电阻虽然很小,但并不为零,实际的电压表电阻虽然很大,但并不是无穷大。通过请教老师,他们进一步了解到,电流表既可以用于测量电流,也可以在一定条件下测量电压;通过给小量程电流表串联或并联一个适当阻值的定值电阻,还可以将它改装成电压表或大量程电流表。老师还特别强调,观察电流表,要注意指针满偏时的电流值,满偏电流的值在数值上等于该表的量程。在老师的指导下,该小组完成了将电流表改装成电压表的实验方案。该方案的要点有:
①设计电路:按图中的方式给刻度均匀的电流表A串联一个电阻R,虚线框内即为改装后的电压表V;
②计算R的值:若电流表A的满偏电流为IA,电阻为RA,改装成的电压表V的量程为UV,则由可得到R的值;
③给表盘重新标注示数:若通过电流表A的电流为I,改装成的电压表V两端的电压为U,则由的变形式可对表盘上每根刻度线重新进行标注。由于是一个定值,因此U与I是正比关系,所以改装成的电压表V的刻度仍是均匀的。
训练:
1.常用的电压表是由小量程的电流表G改装而成的。电流表G也是一个电阻,同样遵从欧姆定律。图甲是一个量程为0~3mA的电流表G,当有电流通过时,电流可以从刻度盘上读出,这时G的两接线柱之间具有一定的电压。因此,电流表G实际上也可以当成一个小量程的电压表。已知该电流表的电阻为Rg=10Ω.
(1)若将这个电流表当成电压表使用,则刻度盘上最大刻度3mA处应该标多大的电压值?
(2)如图乙所示,若将这电流表串联一个定值电阻无限改装R后,使通过G的电流为3mA时,A、B之间的电压等于3V,这样A.B之间(虚线框内)就相当于一个量程为0~3V的电压表(图丙),求串联的定值电阻R的大小。
2.现准备只接入一个电阻R,将一个满偏电流为IA=0.1A,电阻RA=0.5Ω,刻度均匀的电流表改装成一个量程为0---3V的电压表.请你参考上述信息,完成下列任务.
①在右面方框内画出改表的电路图
②计算出接入电阻R的阻值
③简述理由,说明改装后的电流表的刻度是否均匀.
3.现准备只接入一个电阻R,将一个满偏电流为IA=0.1A,电阻RA=0.5Ω,刻度均匀的电流表改装成一个量程为0.6A的电流表.请你参考上述信息,完成下列任务.
①在右面方框内画出改表的电路图
②计算出接入电阻R的阻值
③简述理由,说明改装后的电流表的刻度是否均匀.
4.现在需要测量的电流大约在0.4A—0.5A之间,可是只有量程为0A—0.3A,内阻R1=5Ω的电流表和以下器材:电压保持12V的电源一个,阻值在0Ω—50Ω的滑动变阻器一个,粗细不均匀的阻隔值为50Ω的电阻丝一根,开关一个,导线若干.
请把题目中量程为0A—0.3A的电流表改装成量程为0A—0.6A的电流表,要求:
①画出电路图 ②写出实验步骤
③写出理论上接入电路的电阻值 ④分析实际接入电路的电阻值与理论值有无差异
5.如图实-3-7所示,R1、R2是两定值电阻,R1的阻值很小,R2的阻值很大;G是一灵敏电流计,S1、S2为开关,下列判断正确的是:
A.只闭合S1时,M、N间是一个电压表
B.S1、S2都闭合时,M、N间是一个电流表
C.只闭合S1时,M、N间是一个电流表
D.S1、S2都断开时,M、N间是一个电流表
2题参考答案:
①设计电路,按图的方式给刻度均匀的电流表串联一个电阻R,虚线框内即为改装后的电压表.
②计算R的电阻:若电流表的满偏电流为IA,电阻为RA,改装成的电压表的量程为U,则由IA= U/( RA+R)可得R的电阻值.
③给表盘重新标注示数:若通过电流表的电流为I,改装成电压表两端的电压为U,则由I=U/( RA
+R)的变形式U = I( RA+R) ,可对表盘上的每个刻度线进行重新标注.由于( RA+R)是一个定值,因此U与I是正比关系,所以改装的电压表的刻度仍是均匀的.
4.(1)电路如图
(2)实验步骤:
①按电路连接实物,开关闭合前滑动变阻器调到阻值最大.
②闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表的示数达到满偏值I0,此时电路中的电流为0.3A.
③将电阻丝的一端接在电流表的一个接线柱上,用电阻丝的不同部位与电流表的另一个接线柱试触(两者并联),直到电流表的示数达到I0/2为止(即满偏刻度的一半).此时电阻丝连入电路的电阻RX就是所需电阻.
(3)从理论上讲,与电流表并联的电阻丝的电阻RX=R1=5Ω
(4)
①当电流表单独与滑动变阻器串联接入电路,且电路电流为电流表满偏值I0时,则有:
R’=(U/ I0)-R1=(12V/0.3A)-5Ω=35Ω
②当电流表与电阻丝并联后再与滑动变阻器串联,且通过电流表的电流为满偏值I0的一半时,则有:
I1= I0/2=0.15A
此时干路电流I为: I=(U-I1R1)/R’=(12V-0.15A×5Ω)/35Ω=0.32A
则电阻丝的实际电阻:RX’= I1R1/(I- I1)= 0.15A×5Ω/(0.32A-0.15A)=4.4Ω
5.解析:本题考查的是对电流表的改装,电流表改装成电压表时,要串联上一个较大的电阻;改装成电流表时,必须并联上一个较小的电阻.所以分析本题,只闭合S1时,既不能成为电流表也不能成为电压表,所以选项A、C是错误的.两个开关都断开时,应该是一个电压表,所以选项D错.两个开关都闭合则是一个电流表,所以选项B正确.
答案:B
电流表量程的扩大和校准
[实验目的]
1.知道扩大电流表量程的方法是利用分流原理,并联电阻。
2.会扩大电流表的量程并校准。
[实验器材]
1.电流表(0~200μA,内阻约2.5kΩ) 2. 电阻箱(0~9999. 9Ω)
3. 单刀单掷开关 4. 标准表(用万用表代替)
5. 滑动变阻器(0~50Ω,1.5A) 6. 电源(6V)
[实验原理和方法]
[实验目的]
1.知道扩大电流表量程的方法是利用分流原理,并联电阻。
2.会扩大电流表的量程并校准。
[实验器材]
1.电流表(0~200μA,内阻约2.5kΩ) 2. 电阻箱(0~9999. 9Ω)
3. 单刀单掷开关 4. 标准表(用万用表代替)
5. 滑动变阻器(0~50Ω,1.5A) 6. 电源(6V)
[实验原理和方法]
如图7所示电路。设改装表头的满偏电流Ig,内阻为Rg。若要将电流表量程扩大n倍,I=nIg,则
Ig Rg=If R f=(n-1)Ig Rf
应并联的分流电阻Rf=Rg/(n-1)
Ig Rg=If R f=(n-1)Ig Rf
应并联的分流电阻Rf=Rg/(n-1)
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