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电压表是电路中常见的仪表,想必同学们都会使用,今天我们来看看电压表的三种“另类”用法。
一、测超出量程的电压值
任何一个电压表都有一定的量程,在测量时,不能超过它的量程,但如果对所给条件稍加变化,就可以很方便地测量出超出量程的电压值。
例1 电源电压为20 V且不变,现有一个电压表,它的最大量程为15 V,若要测量一个电压大约为18 V左右的电阻R的电压,现只有阻值分别为10 Ω(R1)和5 Ω(R2)的电阻各一个,请你根据上述条件设计一个能测量该电阻的电压大小的方法来,要求画出电路图,写出实验方法。
解析:(1)按如图1所示的电路图连接电路。
(2)实验原理:已知电阻R1、R2串联,再与R并联后组成混联电路,因为R1、R2串联,分别测量出R1、R2两端的电压V1、V2,由串联电路和并联电路的特点,得加在R1、R2两端的电压之和V = V1 + V2即为电阻R两端的电压。
(3)实验方法:用题中所给定的电压表分别测量出R1、R2的电压,它们的电压之和即为电阻R两端的电压值。
点评:当测量的电压值超过电压表的测量范围时,如果直接测量不仅不能测量出电压的大小,反而会将电压表烧毁,此时可以根据串联电阻分压的原理进行测量。
二、判断电路故障
电压表本来是测量电路两端电压的仪器,但它也可以用来判断电路的故障。
例2 如图2所示电路中,当开关S闭合后,灯L1、L2均不亮,已知灯L1、L2只有一个灯丝是断开的,现只有一只电压表,请你用这只电压表检查究竟是哪只灯泡的灯丝断开,写出你的方法。
解析:将电压表与灯L1并联,如果电壓表上的示数为0,则灯泡L1完好,L2断路;
如果电压表示数与电源电压近似相等,同时,灯泡L2有微弱的光出现,则L2完好,L1断路。
也可以将电压表并联在L2两端,方法与上面相同。
三、代替电流表测量未知电阻的阻值
用伏安法测量未知电阻的阻值,通常方法是用电流表测量出通过待测电阻的电流强度,用电压表测量出待测电阻两端的电压,再用欧姆定律的变形公式R = [UI]求出R,当手上没有电流表时,我们可以利用一个定值电阻和电压表进行测量。
例3 有一个阻值看不清楚的电阻R1,小明要想测量出它的阻值,但手边只有一个电池组、一个电压表、一个阻值清晰的电阻R2和几根导线。请你用上述几种器材帮小明测量出未知电阻的阻值,并写出你的方法和理由。
解析:用伏安法测量电阻,必须知道待测电阻两端的电压与通过它的电流强度,就需要有电压表与电流表,而已知条件中并没有给出电流表,只给出一个电压表,这就需要特殊的测量方法:用电压表测量出已知电阻两端的电压值,然后根据串联电路中电流处处相等,得出通过未知电阻的电流,用R = [UI]计算出它的大小。
方法:将电阻R1和R2串联起来,用导线与电池组连成电路,用电压表分别测出R1和R2两端的电压U1和U2。由于R2的阻值是可认清的,则电路中电流强度I = [U2R2],因为R1和R2串联,所以通过电阻R1的电流强度也是I,则R1 = [U1I] = [R2U1U2]。
点评:从以上分析可以看出,在缺少电流表的情况下,如能根据串联电路的规律,即同一电路中的电流强度处处相等,只需要测量出某已知阻值的电阻两端的电压,即可得到待测电阻的值。
一、测超出量程的电压值
任何一个电压表都有一定的量程,在测量时,不能超过它的量程,但如果对所给条件稍加变化,就可以很方便地测量出超出量程的电压值。
例1 电源电压为20 V且不变,现有一个电压表,它的最大量程为15 V,若要测量一个电压大约为18 V左右的电阻R的电压,现只有阻值分别为10 Ω(R1)和5 Ω(R2)的电阻各一个,请你根据上述条件设计一个能测量该电阻的电压大小的方法来,要求画出电路图,写出实验方法。
解析:(1)按如图1所示的电路图连接电路。
(2)实验原理:已知电阻R1、R2串联,再与R并联后组成混联电路,因为R1、R2串联,分别测量出R1、R2两端的电压V1、V2,由串联电路和并联电路的特点,得加在R1、R2两端的电压之和V = V1 + V2即为电阻R两端的电压。
(3)实验方法:用题中所给定的电压表分别测量出R1、R2的电压,它们的电压之和即为电阻R两端的电压值。
点评:当测量的电压值超过电压表的测量范围时,如果直接测量不仅不能测量出电压的大小,反而会将电压表烧毁,此时可以根据串联电阻分压的原理进行测量。
二、判断电路故障
电压表本来是测量电路两端电压的仪器,但它也可以用来判断电路的故障。
例2 如图2所示电路中,当开关S闭合后,灯L1、L2均不亮,已知灯L1、L2只有一个灯丝是断开的,现只有一只电压表,请你用这只电压表检查究竟是哪只灯泡的灯丝断开,写出你的方法。
解析:将电压表与灯L1并联,如果电壓表上的示数为0,则灯泡L1完好,L2断路;
如果电压表示数与电源电压近似相等,同时,灯泡L2有微弱的光出现,则L2完好,L1断路。
也可以将电压表并联在L2两端,方法与上面相同。
三、代替电流表测量未知电阻的阻值
用伏安法测量未知电阻的阻值,通常方法是用电流表测量出通过待测电阻的电流强度,用电压表测量出待测电阻两端的电压,再用欧姆定律的变形公式R = [UI]求出R,当手上没有电流表时,我们可以利用一个定值电阻和电压表进行测量。
例3 有一个阻值看不清楚的电阻R1,小明要想测量出它的阻值,但手边只有一个电池组、一个电压表、一个阻值清晰的电阻R2和几根导线。请你用上述几种器材帮小明测量出未知电阻的阻值,并写出你的方法和理由。
解析:用伏安法测量电阻,必须知道待测电阻两端的电压与通过它的电流强度,就需要有电压表与电流表,而已知条件中并没有给出电流表,只给出一个电压表,这就需要特殊的测量方法:用电压表测量出已知电阻两端的电压值,然后根据串联电路中电流处处相等,得出通过未知电阻的电流,用R = [UI]计算出它的大小。
方法:将电阻R1和R2串联起来,用导线与电池组连成电路,用电压表分别测出R1和R2两端的电压U1和U2。由于R2的阻值是可认清的,则电路中电流强度I = [U2R2],因为R1和R2串联,所以通过电阻R1的电流强度也是I,则R1 = [U1I] = [R2U1U2]。
点评:从以上分析可以看出,在缺少电流表的情况下,如能根据串联电路的规律,即同一电路中的电流强度处处相等,只需要测量出某已知阻值的电阻两端的电压,即可得到待测电阻的值。