实验：把电流表改装为电压表

实验：把电流表改装为电压表
一、知识要点归纳
1．实验目的及原理
（1）实验目的：把电流表改装为电压表
（2）实验原理：
常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表改装而成的。

常用的电流表的主要部件是一块永久性的磁铁和一个能在永久磁铁的磁场中转动的线圈，当线圈中有电流通过时，线圈在磁场力的作用下带着指针一起偏转。

线圈是由很细的导线绕成的，它的电阻R g 就是电流表的电阻，一般为几百到几千欧。

这个线圈允许通过的最大电流I g 叫做满偏电流，这是因为电流表通过的电流为I g 时它的指针偏转到最大刻度处，电流如果超过I g ，不但指针指示不出数值，电流表还可能烧毁。

通过电流表的电流越大，电流表指针的偏角就越大。

根据欧姆定律可以知道，加在电流表两端的电压越大，指针的偏角也越大。

如果在刻度盘上直接标出电压值，就可以用它来测量电压。

但是，因为R g I g 一般很小，不能直接用电流表测量较大的电压。

如果被测电压大于R g I g ，通过电流表的电流将超过I g 而把电流表烧毁。

如果给
电流表串联一个分压电阻，分担一部分电压，就可以用来测量
较大的电压了。

加了分压电阻并在刻度盘上标出电压值，就把
电流表改装成了的电压表。

如图5—1所示。

二、思维能力拓展
2．实验步骤：
（1）测量r g 。

改装成电流表需要知道三个数据I g 、U g 、r g ，I g 可以直接从表上读出，r g 可以由实验的方法测出，U g 可以由U g =I g r g 算出。

用如图5—2所示的电路图测出电流表的内阻r g ，图中的R 用电位器，R /用电阻箱。

合上开关S 1，]调整R 的阻值，使电流表指针偏转到满刻度，再合上开关S 2，调整R /的阻值，使视力表指针偏转的角度是满偏的一半。

当R 比R /大的多时，可以认为r g =R /。

（2）改装成为电压表。

测出r g 之后，算出电流表的满偏电压U g ，
然后算出把改装成为2V 的电压表时应该串联多大的电阻R 1，在电阻箱上取好阻值R 1，把电流表跟电阻箱串联起来，就改装成一个量程是图5—1
图5—2
2V 的电压表了。

（3）校对。

现在把安装好的电压表和标准的电压表进行核对，实验电路如图5—3所示，V 是标准的电压表。

改变变阻器R 2的滑片的位置，使V 的示数分别为0.5V 、1V 、1.5V 、2V ，并核对改装电压表的示数是否正确。

三、综合能力创新应用
3．注意事项：
（1）实验之前要搞清电位器的阻值变化与其旋转方向的关系、一般来说顺时针旋转时电阻变小。

实验前应将电位器逆时针转到底，使其阻值增大。

（2）调半偏时，应该只调节R /，不能再调节R ，以保证电路中的总电流不变。

（3）选择实验器材R 和R /时，要注意R>>R /，一般100倍以上为好，这样才能认为电路中总的电流近似不变。

注意所选择的可变电阻R /必须能够读数，即R /应为电阻箱。

（4）电流表的内阻应多测几组取平均值，以减小误差。

（5）改装后的电压表，必须跟标准的电压表进行核对，并计算出满偏误差。

为了保证核对时能从零刻度开始一格一格地进行，所以滑动变阻器必须采用分压接法。

学会解题
【例题1】有甲乙两个不同的电流表，每个表的指针偏转与电流成正比且刻度均匀。

把阻值为R 1的电阻与甲表串联，阻值未知的另一电阻与乙表串联，把改装后的甲、乙两个电流表串联，接到电路A 、B 的两端，如图5—4（1）
所示，发现甲、
再接到电路A 、B 的两端，如图5—4（2）所示，发现甲、乙两表的指针偏转格数分别是n 3、n 4，试求电阻R 2的阻值。

解析：第一种情况中，由于两表串联，因此它们的读数相等，即有I 1=I 2。

设甲乙两表指针每偏转一格，表示的电流分别为I 01、I 02，则有：02220111I n I I n I ===--------①
对于第二种情况下，甲乙两表的读数分别为I 3、I 4则有：02440133,I n I I n I == 20241013R I n R I n =------------②
两式相比得：2
24113n R n n R n =，可解得： 图5—4
（1）
【例题2】两只完全相同的灵敏电流表改装成量程不同的电压表V 1、V 2，如果将两表串联起来后去测某一线路的电压，则两只表（ ）
A ．读数相同
B ．指针偏转的角度相同
C ．量程大的电压表读数大
D ．量程大的电压表读数小
解析：两个电流表改装成电压表之后，因为其量程不同，所以它们所串联的电阻的大小也不相同，即改之后的两表的内阻不同，量程大的内阻大。

两个改装之后的电压表串联在一起测电压，根据串联电路的特点，每个表两端的电压与其内阻成正比，即两表的读数与其内阻成正比，所以量程大的电压表读数大。

电压表的指针偏转的角度与流过电压表的电流有关，具体的说是与流过原电流表的电流有关，现在因为两个电压表是串联的，根据串联电路的特点可知，流过两电压表的电流相等，即流过电压表内部的电流表的电流相等，所以指针偏转的角度是相等的。

两表的读数不同而指针偏转的角度相同的原因是两表盘的刻度不同。

【例题3】一个分压电阻串联到电压表上，使电压表的量程扩大为原来的n 倍，另一分压电阻R 2串联到同一电压表上，量程扩大到原来的m 倍，如果把这两个电阻并联之后再串联到电压表上，为此时电压表的量程扩大了几倍？
解析：设原电压表的内阻为R V ，原来的量程为U ，满偏电流为I ，则有：
V IR U = --------------------①
串联上分压电阻R 1时，有：
nU R R I V =+)(1------②
串联上分压电阻R 2时，有：
mU R R I V =+)(2-----③
R 1、R 2并联之后再串联到电压表上时，有： kU R R R R R I V =++)(2
121----④ 把V
R U I =带入②③④式可得：
V V R n R R n R )1(,)1(21-=-=-----⑤
V R k R R R R )1(2
121-=+-----------⑥ 解⑤⑥两式可得：2
1-+-=n m mn k 四、素质能力测试
1．用半偏法测电阻时，可变电阻R 既可用电位器，也可以用电阻箱，而可变电阻R /只能采用电阻箱，其原因是___________________________。

2．用半偏法测电阻时，在调节电流表指针半偏时，要保持R 的阻值不变，其原因是________________________________。

3．如果某电流表的内阻为R g Ω，满偏电流为I g μA ，要把它改装为一个UV 的电压表，需要________联一个阻值为________Ω的电阻；如果要把它改装为一个IA 的电流表，则应该____联一个阻值为_____Ω的电阻。

4．用半偏法测得的电流表的内阻与其真实值相比是( )
A.偏大
B.偏小
C.相等
D.有时偏大，有时偏小
5．按如图5—5所示的电路进行实验时，如果R 调为9900Ω时，
电表指在满刻度300μA 处。

当R /调为90Ω时电流指在半满偏，则： ①电流表的内阻R g =______Ω。

②若将此电表改为3伏特的电压表，则应将电流表与电阻______联，电阻箱的取值应为_______Ω
③用此改装表去测电压时，如果指针在150μA 的位置，则所测电压读数为_______V 。

6．如图5—6所示是测定电流表内电阻的电路图，电流表的内阻约在100Ω左右，满偏电流为500μA ，用电池做电源。

实验室配有的可变电阻为：
A ．电阻箱，阻值范围为0~10Ω
B ．电阻箱，阻值范围为0~9999Ω
C ．电位器，阻值范围为0~200Ω
D ．电位器，阻值范围为0~20Ω
在上述备有的可变电阻中，电路图的R 应该选用_____，R /应该选用_____。

（填写字母代号） 图5—6
图5—5
某同学进行的实验步骤如下：
①先将R 的阻值调到最大，合上S 1，调节R 的阻值，使电流表的指针偏转到满刻度。

②合上S 2，调节R 和R /
的阻值，使电流表的指针偏转到满刻度的一半。

③记下R /的阻值。

指出上述实验步骤中有什么错误：______________________________。

五、素质能力测试标准答案提示
1．答案：由于半偏法中可变电阻R /的读数就是电流表的内阻，所以R /必须能读数。

2．答案：为了使电路中的总电流保持不变。

3．答案：串联，
g g g I R I U -610，并联，g g g I I R I -610 4．答案：B
5．答案：①90 ②串联，9910 ③1.50
6．答案：D 、B ，在步骤②中应该只调节R /，不应该调节R 。