高二物理人教版选修3-1 2.4电表的改装

电表的改装
重/难点
重点：电流表、电压表改装原理的理解。

难点：改装后电表的串并联应用。

重/难点分析
重点分析：“把电流表改装为电压表”是高中物理课本中的一个重要分组实验，本实验要求达到如下目的：学会把电流表改装为电压表的基本方法，即加深对“串联分压”的理解，掌握测电表内阻的一种方法----半偏法，会设计校表电路。

近几年在一些正规化的考卷中，时有该实验的拓展及变形题，如：把“电流表改装成电流表”、“电压表改装成电流表”、“电压表改装成电压表”。

难点分析：若要将内阻为g R 表头G 改装成一个量程为满偏电压g U 的n 倍的电压表V ，需要串联的分压电阻的阻值为(1)g R n R =-分压，改装后的电压表内阻为
V g R nR =。

若要将电流表G 改装成一个量程为满偏电流g I 的n 倍的电流表A ，需
要并联的分流电阻的阻值为：1
g R R n =
-分流 改装后电流表的内阻为：g A R R n
=。

突破策略
一、电流计G 的原理和主要参数
电流表G 是根据通电线圈在磁场中受磁力矩作用产生偏转的原理制成的，且
指针偏角θ与电流强度I 成正比，即θ＝kI ，故表的刻度是均匀的。

电流表的主要参数有：
表头内阻g R ：即电流表线圈的电阻。

满偏电流g I ：即电流表允许通过的最大电流值，此时指针达到满偏。

满偏电压g U ：即指针满偏时，加在表头两端的电压，故•g g g U I R ＝。

二、电流表改装成电压表
改装的目的是：测量更大的电压。

方法：若量程扩大n 倍，则应给电流表串 联一个电阻。

故量程扩大的倍数越高，串联的电阻值越大，电压表的内阻越大。

三、电流表改装成电流表 改装的目的是:测量更大的电流。

故量程扩大的倍数越高，并联的电阻值越小，电流表的内阻越小。

说明：
改装后的电表中通过电流计G 的最大电流max I 与两端的最高电压max U 变为多少？
改装后的电压表或电流表，虽然量程扩大了，但通过电流表的最大电流或加在电流表两端的最大电压仍为电流表的满偏电流g I 和满偏电压g U ，只是由于串联电路的分压及并联电路的分流使表的量程扩大了。

例1. 一伏特计由电流表G 与电阻R 串联而成，如图所示。

若在使用中发现此伏特计的读数总比准确值稍小一些，采用下列哪种措施可能加以改进？ （ ）
A 、在R 上串联一比R 小得多的电阻；
B 、在R 上串联一比R 大得多的电阻；
C 、在R 上并联一比R 小得多的电阻；
D 、在R 上并联一比R 大得多的电阻；
解析：电流表的电流偏小，即内电阻过大，应并联一个电阻，只是稍小，故应只将内阻稍改就行，故并一个大电阻。

四、改装电压表的校对
电路图如图所示：V 为标准电压表，R 为滑动变阻器（分压器接法），虚线框中为改装电压表。

改变变阻器R 的滑片位置，使V 的示数分别为0.5V 、 1.0V 、 1.5V 、 2.0V ……核对改装电压表的示数是否正确，并算出改装的电压表满刻度时的百分误差。

例如：改装的电压表满刻度3V 时，标准电压表V 的读数为3.1V ，则百分误差
例2. 一个多量程电压表内部电路如图所示.其中电流计G 的内阻15g R =Ω，满偏电流1mA g I =，则R 1= ，R 2= .
解析：11()g g U I R R =+
11322142
213(15)2985110
()1.210g g g g g g
U R R I U I R R R U R R R I -∴=
-=-Ω=Ω⨯=++∴=
--=⨯Ω
答案：2985Ω 1.2×104Ω
点评：多量程电压表，分析时首先要分析小量程挡，而大量程挡可看作是在小量程挡的基础上进行改装的，改装方法相同。

3.1 3.0
100% 3.2%3.1
η-=
⨯=
例3. (1)甲同学要把一个量程为200μA 的直流电流计○
G ，改装成量范围是0~4V 的直流电压表。

①她按图甲所示电路、用半偏法测定电流计○G 的内电阻g r ，其中电阻0
R 约为1k Ω。

为使g r 的测量值尽量准确，在以下器材中，电源E 应选用 ，电阻
器1R 应选用 ，电阻器2R 应选用 （选填器材前的字母）。

A ．电源（电动势1.5V ）
B ．电源（电动势6V ）
C ．电阻箱(0~999.9Ω)
D ．滑动变阻器(0~500Ω)
E ．电位器（一种可变电阻，与滑动变阻器相当）(0~5.1k Ω)
F ．电位器（0~51k Ω）
②该同学在开关断开情况下，检查电路连接无误后，将2R 的阻值调至最大。

后续的实验操作步骤依次是： ， ， ， ，最后记录1R 的阻值并整理好器材。

（请按合理的实验顺序，选填下列步骤前的字母）
A ．闭合S 1
B ．闭合S 2
C ．调节R 2的阻值，使电流计指针偏转到满刻度
D ．调节R 2的阻值，使电流计指针偏转到满刻度的一半
E．调节R1的阻值，使电流计指针偏转到满刻度的一半
F．调节R1的阻值，使电流计指针偏转到满刻度
③如果所得的R1的阻值为300.0Ω，则图甲中被测电流计○G的内阻r的测量值为Ω，该测量值实际值。

（选填“略大于”、“略小于”或“等于”）。

④给电流计○G联（选填“串”或“并”）一个阻值为kΩ的电阻，就可以将该电流计○G改装为量程4V的电压表。

(2)乙同学要将另一个电流计○G改装成直流电压
表，但他仅借到一块标准电压表、一个电池组E、一个
滑动变阻器R′和几个待用的阻值准确的定值电阻。

①该同学从上述具体条件出发，先将待改装的表○G
直接与一个定值电阻R相连接，组成一个电压表；然后
用标准电压表校准。

请你画完图乙方框中的校准电路
图。

②实验中，当定值电阻R选用17.0 kΩ时，调整滑动变阻器R′的阻值，电压表的示数是4.0V时，表○G的指针恰好指到满量程的五分之二；当R选用7.0 kΩ时，调整R′的阻值，电压表的示数是2.0V，表
○G的指针又指到满量程的五分之二。

由此可以判定，表○G的内阻r g是kΩ，满偏电流I g是
mA。

若要将表改装为量程是15V的电压表，应配备一个kΩ的电阻。

答案：56．⑴①BCF②BCAE③300 略小于④串19.7
(2)①如图
②3.0 0.50 27.0
突破反思
本节课以问题为主线，开始即用问题引入，让学生思考如何用额定电流较小的电表测量大电流，如何用额定电压较小的电表测量大电压？学生可以运用刚学习的串并联电路知识思考，深化学生认识；通过例题，让学生亲自计算、设计，提高学生解决问题能力。

最后通过多量程电表的练习题，进一步拓展学生对这部分知识的应用。