高二物理有关电流表和电压表的改装人教版知识精讲

高二物理有关电流表和电压表的改装人教版

【本讲教育信息】 一. 教学内容：

有关电流表和电压表的改装

二. 知识要点：

（一）电流表和电压表的改装

1. 电流表以及其参数

（1）我们通常所说的电流表是指灵敏电流计，由于其量程太小，一般情况下不能直接测量电流，而是用于检测有无电流和电流的方向，或作为改装量程较大的电流表和电压表的表头使用。

（2）主要参数：电流表的内阻g R ；指针偏转到最大刻度时的电流

叫作满偏电流g I ，又叫做电流表的量程；指针偏转到最大刻度时，电

流表两端的电压叫做满偏电压g U 。由欧姆定律可得g g g R I U =。

2. 电压表的改装

（1）电压表的改装原理

将电流表的示数根据欧姆定律g g g I R U =转化为电压值，可以直接

测量电压，由于量程太小，无法直接测量较大的电压，如果给小量程的电流表串联一个分压电阻，就可以测量较大的电压，因此电流表串联一个分压电阻后就成为电压表。

图1

（2）分压电阻的计算

根据串联电路的分压原理有：

分压R U U R U g g g -= 解得分压电阻：g g

R U U R )1(-=分压 若n 表示量程的扩大倍数（即g

U U n =

） 则g R n R )1(-=分压

3. 电流表改装

（1）电流表的改装原理

小量程的电流表测量范围较小，直接串联在电路中有可能烧坏电流表，因此需要并联一个分流电阻，就可以测量较大的电流，即扩大了电流表的量程。

（2）分流电阻的计算

根据并联分流的原理有：g

g g

R R I I I 分流=- 解得应并联的分流电阻：g g

g R I I I R -=分流 若用n 表示量程的扩大倍数（即g

I I n =） 则1-=n R R g 分流

改装成的电流表的内阻为n R R R R R R g g g A =+=分流分流

可见电流表的内阻很小，对于理想的电流表，其内阻可以忽略不计，串联在电路中可以看作短路。

[例1] 将量程为3.0V ，内阻为Ωk 10的电压表改装成量程为30V 的电压表，应 联 Ωk 的电阻。

分析与解答：原来的电压表V U g 0.3=，内阻为g R Ω=k 10，改装后

的量程为30V 。需串联的电阻R ，扩大倍数100

.330===

g U U n ，所以Ω⨯-=⨯-=k R n R g 10)110()1( Ω=k 90。

[例2] 一个电流表的内阻为Ω=18.0R ，最大量程为10A ，刻度盘分为100个刻度，现将其量程扩大为100A ，需要 联一个 Ω的电阻，此时刻度盘的每个刻度表示 A ，新的电流表的内阻为 Ω。

分析与解答：电流表的量程扩大，需并联一个分流电阻，原来电流表的最大量程为10A ，刻度数为100=N ，改装后的量程为100A ，根据欧姆定律得：

并联电路的阻值：

Ω=-=02.0g g I I R I R 并

新电流表的内阻：Ω==018.0I R I R g 新 新电流表的每个刻度值表示：A N I I 1==

∆

（二）电表的非常规接法

电表的常规接法是：电流表串联接入电路中，电压表并联接入电路中，如果没有特别声明，可把电表理想化，即认为电流表的内阻0=A R ，电压表的内阻∞→V R ；电表的接入和取出对电路不产生影响。

实际使用中，电流表内阻很小但不为零，电压表内阻很大但不为无穷大，这就是非理想电表。非理想电表对电路的影响不能忽略。实验时，在特定条件下电表可以采用非常规接法，即电流表并联在用电器两端，电压表串联在电路中，老师将结合典型试题，对电表的非常规接法作一分析探讨。

1. 电压表的串联接法

（1）要求测量电压表的内阻时，可以把电压表当做定值电阻串联在电路中，此时电压表的示数就是它两端的实际电压，若用电流表与它串联、由电流表上读出电流示数。用I

U R V =便可计算出电压表的内阻，此接法避免了“伏安法测电阻”的实验中，由于电压表、电流表的接入导致测量值与真实值不符而产生的误差。

[例1] 某电压表的内阻在Ωk 20~Ωk 50之间，现要较精确测量其内阻，实验室提供下列可选用的器材：

A. 待测电压表V （量程3V ）

B. 电流表A 1（量程A μ200）

C. 电流表2A （量程mA 6.0）

D. 电流表3A （量程0.6A ）

E. 滑动变阻器R （最大阻值Ωk 1）

F. 电源E （电动势4V ）

G . 开关S ，导线若干

（1）所提供的电流表中，应选用 （填写字母代号）

（2）为了尽量减小误差，要求测量多组数据，试画出符合要求的实验电路图。

分析与解答：

（1）要测量电压表的内阻，它两端的电压可由电压表的示数读出，流过电压表的电流要用电流表与它串联才能测出，因为电压表量程为3V ，内阻ΩΩk k 50~20，所以流过电压表的最大电流为：

A A A I m μ150105.110

0.2344=⨯=⨯=-

则电流表应选择A 1。

（2）因为滑动变阻器电阻比电压表内阻小得多，且要求尽量减小误差，需要测量多组数据，所以采用分压电路，电路如图1所示。

图1

若待测电阻为高值电阻，由于流过高值电阻的电流太小不便用电流表测量时，可用一已知内阻的电压表，采用非常规接法可以测出高值电阻值。

[例2] 一只电压表，量程已知，内阻为V R ，另有一电源（电动势未知，

但不超过电压表的量程，内阻可忽略不计）。请用这只电压表、电源、1个开关和若干导线设计测量某一高值电阻x R 的实验方法。（已知x R 的值与V R 相差不大。）

分析与解答：由于电源内阻不计，直接用电压表接到电源正、负极上，电压表读数就是电源的电动势，即E U =1；用电压表与x R 串联，如图2所示，此时电压表读数为2U ，所以x R 两端电压为2U E -，则

x V R U E R U 22-= 解之得V x R U U U R 2

21-=

2. 电流表的并联接法

当电路两端电压很小，把电流表并联在电路上时，流过电流表的电流小于电流表的量程，这种非常规接法是可行的。

[例3] 从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A 1的内阻1r ，要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数

据。

器材（代号） 规格

电流表（1A ） 量程mA 10，内阻1r 待测（约Ω40）

电流表（2A ） 量程A μ500，内阻Ω=7502r

电压表（V ） 量程V 10，内阻Ω=103r