电表内阻测量方法之我见

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  电学实验是高中物理中非常重要的一部分内容,也是高考中的考点和热点,笔者现根据多年的教学经验将电学实验中有关电流表内阻的测量方法总结如下。
  一、半偏法
  1.电路图
  
  
  2.实验步骤
  (1)断开电建s2,闭合电建s1,调节滑动变阻器R使电流表指针指满刻度;
  (2)然后保持R的滑片不动(即R不变),闭合开关s1,调节R1,使电流表的指针指满刻度的一半;
  (3)读出电阻箱R1的阻值R,则电流表的内阻RA=R。
  3.实验原理
  (1)滑动变阻器电阻很大,电阻箱的接入可看做对整个电路的电流无影响;
  (2)当调节电阻箱使电流表指针指满刻度的一半时,电阻箱和电流表平分电路中的电流,电阻箱和电流表又是并联,两端电压相等,所以两支路中的电阻也相等,即电阻箱的读数和电流表的电阻可看做相等。
  4.误差分析
  用如图所示的电路测电流表的内阻时,设电流表的满偏电流为Ig,则开关S2断开时Ig=……①
  开关S2闭合时,有:
  Ig+IR=……②
  IgRA=IRR……③
  由①、②、③式,得R=:
  显然,R  例1 如图所示是测定电流表内阻的实验电路图,电流表的内阻约为100Ω,满偏电流为500μA,用电池作为电源。
  (1)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.滑动变阻器,阻值范围为0~200Ω
  D.滑动变阻器,阻值范围为0~20kΩ
  在上述配有的可变电阻中,电路中R应选用______,R1应选用________。(填字母代号)
  (2)某学生进行的实验步骤如下:
  ①先将R的阻值调到最大,合上S1,调节R的阻值,使电流表的指针转到满偏刻度;
  ②合上S2,调节R1和R的阻值,使电流表的指针指到满偏刻度的一半;
  ③记下R1的阻值。
  指出上述实验步骤中的错误:_______________________。
  [答案](1)DB;(2)合上S2后,不应再调节R的阻值。
  [解析](1)由实验原理可知电路中R应选用D,R1应选用B;(2)如果闭合开关S2时再调节滑动变阻器,将会使电路中的总电流发生变化。
  二、伏安法
  半偏法只能粗测电流表的内阻,用伏安法可以更精确地测量电流表的内阻。
  原理:读出流过待测电流表的电流Ix,用电压表测量待测电流表两端的电压Ux,根据欧姆定律可知待测电流表的内阻为rx=Ux/Ix。
  误差分析:电流表内阻较小,所以电流表两端电压也较小,由于电压表量程过大会导致产生误差。
  例2 为了测量一电流表的内阻,给定器材有:
  A.待测电流表(量程300μA,内阻r1约为l00Ω)
  B.电压表(量程3V,内阻r2=3kΩ)
  C.定值电阻R1=50Ω
  D.滑动变阻器R2(0~20Ω),允许通过的最大电流0.5A)
  E.直流电源E(电动势4V,内阻不计)、开关S一个、导线若干
  ①要求测量时两块电表指针的偏转均超过其量程的一半。选用实验电路图是_______。
  
  ②根据上述选择的电路进行实验。当电路接通后,测得电压表读数为U,电流表读数为I,用已知和测量得的物理量表示电流表内阻r1=________(写出表达式)。
  [答案]①B;②(-1)R1
  三、安安法
  若题目中没给电压表,或所给的电压表量程不合适不能用时,也可用两只电流表测量待测电流表的内阻。
  原理:用一只已知内阻r的电流表当做电压表用,读出流过已知内阻电流表的电流I0,则已知内阻电流表两端的电压为U0=I0r。读出流过待测电流表的电流Ix,则待测电流表的内阻为rx=U0/Ix。
  误差分析:电流表内阻很小,当成电压表用时所能测量的电压范围很小,量程很小会导致产生误差。
  例3 实际电流表有内阻,可等效为理想电流表与电阻的串联。测量实际电流表G1内阻r1的电路如图所示。供选择的仪器如下:
  ①待测电流表G1(0~5mA,内阻约300Ω);
  ②电流表G2(0~10mA,内阻约100Ω);
  ③定值电阻R1(300Ω);
  ④定值电阻R2(10Ω);
  ⑤滑动变阻器R3(0~1000Ω);
  ⑥滑动变阻器R4(0~20Ω);
  ⑦干电池(1.5V);
  ⑧电键S及导线若干。
  (1)定值电阻应选,滑动变阻器应选
  (在空格内填写序号)。
  (2)用连线连接实物图。
  (3)补全实验步骤:
  ①按电路图连接电路;
  ②闭合电键S,移动滑动触头至某一位置,记录G1,C2的读数I1,I2;
  ③以I2为纵坐标,I1为横坐标,作出相应图线,如图所示。
  (4)根据I2-I1图线的斜率k及定值电阻,写出待测电流表内阻的表达式。
  
  答案:(1)③⑥
  (2)见图。
  
  
  (3)①将滑动触头移至最左端(写最小给分,最大不给分);③多次移动滑动触头,记录相应的G1,G2读数I1,I2。
  (4)r1=(k-1)R1。
  【解析】(1)电流表G1量程0~5mA,内阻约300Ω,电流表G20~10mA,选用300Ω的定值电阻时,两个电流表的偏转角度几乎总是相等的,可以减小误差。
  (2)滑动变阻器R4的阻值较小,干路电流较大,电流表所在支路分出的电流较小,调整滑动变阻器的时候,电流表所在支路得到的电压跟随滑动触头线性变化,因此滑动变阻器要选用R4。
  (3)为了保证不会损坏电流表,加在电流表所在支路上的电压应该由小到大调节,开始时,要将滑动触头移至最左端。为了减小偶然误差,应该依次移动滑动触头。为了测出电流表内电阻,要记录相应的G1,G2读数I1,I2。
  (4)电流表G1内电阻r1===(-1)R=(k-1)R。
  
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