把电流表改装为电压表

实验 把电流表改装为电压表

【实验目的】

1．知道用“半偏法”测电流表内阻的原理． 2．会根据实验原理选择实验所需器材．

【实验原理】

一个电流表有两个参量，即g g R I 和，其额定电压为g g g R I U =，由于g I 很小(几百微安～几十毫安)，g R 通常为几百欧姆，故g U 比较小．为测量较大的电压值，可在电流表上串联一个大阻值的电阻1R ，把1R 作为电流表内阻的一部分，这样的电流表就可分担较大的电压，改装后作为电压表使用．如实验图8-1所示．

说明：①电流表的满偏电流g I 可从表盘上直接读出．

②电流表的内阻g R 可用“半偏法”测出，电路如实验图8-2所示．

测量原理：电阻箱R ′未接入电路时，调节R

的大小，使电流表满偏，闭合2

S 后，R 大小不变，改变电阻箱R ′的阻值，使电流表半偏．由于g I 很小，则R 的值很大，在开关2S 闭合前后，线路上的总阻值变化很小，我们就认为不变，因此干路上的电流g I

也不变，当电流表的指针半偏时，流过电阻箱R ′的电流与通过电流表的电

流相等，则g R 'R =．

注意：

①电位器的阻值很大，在闭合1S 前，其阻值应调至最大． ②电阻箱R ′不能用变阻器替代．

③测电流表内阻时，在2S 闭合后，不能再调节R ，以保持电路中总电流不变． ④测电流表内阻时，必须确保R>>R ′． 【实验器材】

电流表、电位器、电阻箱、电源、开关(两个)标准电压表及导线若干． 【实验步骤】

(1)按实验图8-2连接好电路．

(2)利用“半偏法”测出电流表的内阻g R ． (3)若要改装成量程为U 的电压表，据g

I U

R =

总知，电流表需串联的电阻g g

1R I U

R -=

． (4)利用实验图8-3所示电路，对改装的电压表进行校对．

注意：①校对改装的电表时，若要从零开始连续校对，则变阻器必须接成分压式．

②弄清改装后电流表的表盘上刻度示数的大小．

③相对误差的计算式为

%100U |

U U |⨯-真

改真．

【误差分析】

利用“半偏法”测出电流表内阻'R R g =，事实上当2S 闭合后电路结构已发生变

化，导致线路总电阻总R 减小，由闭合电路的欧姆定律r

R E

I +=

知，线路上的电流增大，当流过电流表的电流为2/I g 时，流过电阻箱的电流大于2/I g ，故知g R 'R <，即“半偏法”把电流表的内阻测小了．

内阻较小的电流表改装成电压表后，电压表内阻的真实值比计算值大，故改装量程偏大．

【经典例题】

例1、实验图8-4是“半偏法”测电流表内阻g R 的电路图，图中R 是__________，R ′是__________，正确连接后，实验步骤如下：

A ．合上开关1S ，调整R 的阻值，使电流表指针偏转满刻度

B ．断开1S ，记下R ′的阻值

C ．合上开关2S ，调整R 和R ′的阻值，使电流表指针偏转到正好是满刻度的一半

D ．断开21S S 、，将R 阻值调到最大

上述__________项步骤有错误，应__________才正确．改正后正确操作步骤的顺序编码为__________．只有当R ′比R__________时才可认为'R R g =，因为并入R ′

后电路的总电流会变__________，故g R 的真实值比R ′要稍__________．

分析：图中的R 应为电位器，R ′是电阻箱，因为R 是为调整满偏，而R ′是为了调整电流表半偏时读出电阻值．

步骤C 中有错误，R 调整至G 满偏后不能再动，闭合2S 后，通过调整R ′来使G 达到半偏，这样'R R g =．

正确顺序应为DACB ；只有当R ′比R 小的多时，闭合2S 后R ′的接入对电路的

影响才可忽略，从而近似认为'R R g =．因为并入R ′后电路总电阻变小故电流会变大，因此g R 的真实值比R ′要稍大．

答案：电位器 电阻箱 C 只调整R ′的阻值 DACB 小得多 大 大 例2 用半偏法测电流表G 内阻g R ，如实验图8-5所示，将下列说法中正确的选出来( )．

A ．开关1S 接通前，R 必须调节到高阻值处

B ．开关2S 接通后，R 的阻值无需调节

C ．当电流表示数从满偏电流g I 调到半偏电流2/I g 时，R ′中电流稍大于2/I g

D ．R 阻值的大小，对实验误差没有影响

分析：半偏法的步骤是：①闭合1S ，调节R ，使达到满偏；②闭合2S ，调R ′，使的示数变为

2

I g ，此时R ′的示数等于g R ．半偏法的前提是g R R >>，因而在实验

前需将R 调到高阻值处，A 、B 正确．由于2S 闭合前电流为g I ，闭合2S 后，电路中总

电阻要变小，因而总电流要比g I 略大，因而C 正确．

答案：A 、B 、C ．

评注：在1S 闭合前R 调到高阻值处，目的有两个：①是实验条件所需；②是闭合S 后，避免的示数超过满偏，烧坏电流表．由于g R 'R R +>>，闭合2S 后，的示数为

2/I g ，R ′的电流比2/I g 略大，故可认为'R R g ≈．

例3、电压表由电流表G 与电阻R 串联而成．如实验图8-6所示，若在使用中发现此电压表的凑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—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

分析：本题主要考察并联电路分流作用在电表改装上的作用．根据题意，在R上并联一个比R大得多的电阻使电流表中的电流稍有增加，这样G表示数稍有增大．答案：D．

评注：电流表和电压表指针能够偏转的原因是表中有电流通过，并且所通电流与指针偏转角度成正比．该题中电压表读数总是略小一些，说明通过的电流略小，应略微减小电压表内阻，因此选D．

例4、两个电压表甲、乙是由完全相同的电流表改装成的，它们的量程分别为5V，15V，为了测量15V～20V的电压，把甲、乙串联使用，则两表的( ) A．读数相同B．指针偏转角度相同

C．读数正比于表的内阻D．指针偏转角度正比于表的内阻

分析：电流表改装成电压表以后，表头的内阻

g

r并没有变化，其量程也没有发生变化，两电压表中因电流相同，故两表指针偏转角度相同；而读数是整个电表内阻分

压所决定，表盘是改装后的刻度值，故读数正比于表的内阻(表头内阻

g

R与分压电阻之和)．

答案：BC．

例5、实验图8-7是改装成的电压表和标准表校对的电路图，实验图8-8是实物图．

(1)按照电路图在实物图上连线．

(2)在校准中，读得标准表的满刻度读数为6V，而改装表的读数却为5.9V，那么

改装的电压表相对于满刻度的百分误差为多少？

分析：(1)略．

(2)改装表相对于满刻度的百分误差为：

%

67

1

%

100

6

|9

5

6|

%

100

U

|

U

U

|

.

.

=

⨯

-

=

⨯

-

真

真．

例6、一量程为100μA的电流表，内阻为100Ω，现串联一个9900Ω的电阻将它

改装为电压表，该电压表的量程是__________V．用它来测量电压，表盘指针位置如实

验图8-9所示，此时电压的大小为__________V．

分析：电流表与一较大阻值的电阻串联即可改装成为一电压表．

解：根据

g

g

g

I

R

I

U

R

-

=，有：V

1

V

)

9900

100

(

10

R

I

R

I

U4

g

g

g

=

+

⨯

=

+

=-．

此时指针所表示的电压为0.8V

评注：电表改装，要分清电压表需串联还是并联电阻，然后再用部分电路欧姆定

律知识来解决．

【同步练习】

1．如实验图8-10所示是电阻箱的面板示意图，下列说法正确的

是( )．

A．该电阻箱的最大电阻为99999.9Ω

B．除“0”以外，该电阻箱的最小阻值为0.1Ω

C．若面板上各旋钮的位置如图所示，这个电阻箱此时A、B间

的阻值是20463.9Ω

D．若面板上各旋钮的位置如图所示，这个电阻箱此时A、B间

的阻值是204639Ω