電表內阻的測量

2022-11-21 03:24:03 字數 5199 閱讀 9850

一、電流錶內阻測量的方法

靈敏電流錶是用來測定電路中電流強度且靈敏度很高的儀表。它有三個引數:滿偏電流、滿偏時電流錶兩端的電壓和內阻。

一般靈敏電流錶的為幾十微安到幾毫安,為幾十到幾百歐姆,也很小。將電流錶改裝為其他電表時要測定它的內阻,根據提供的器材不同,可以設計出不同的測量方案。練習用多種方法測定電流錶的內阻,可以培養學生思維的發散性、創造性、實驗設計能力和綜合實驗技能。

本節課擬談幾種測定電流錶內阻的方法。

1、利用兩個電流錶法測電流錶的內阻

兩個電流錶法是利用兩塊電流錶測電阻的一種方法,這一方法的創新思維是運用電流錶測電壓(或算電壓),此方法適用於電壓表不能用或沒有電壓表等情形。設計電路時除考慮電流錶的量程外,還要考慮滑動變阻器分壓與限流的連線方式。

【例1】從下列器材中選出適當的實驗器材,設計乙個電路來測量電流錶的內阻,要求方法簡捷,有盡可能高的精確度,並測量多組資料。

(1)畫出實驗電路圖:標明所用器材的代號。

(2)若選取測量中的一組資料來計算,則所用的表示式 ,式中各符號的意義是: 。器材(代號)與規格如下:

電流錶,量程,內阻待測(約);

電流錶,量程,內阻;

電壓表v,量程10v,內阻

電阻,阻值約為;

滑動變阻器,總阻值約;

電池e,電動勢,內阻很小;

電鍵k,導線若干。

分析與解:大多數考生看到此題,第一感覺考慮的就是伏安法,由於沒有考慮電表的量程,當然做不正確。少數考生想到要滿足「有盡可能高的精確度」的條件,認為電壓u的測定,不能選量程是10v的電壓表。

因為電流錶兩端允許施加的最大電壓約為,因而電壓表不能準確測出電流錶的兩端的電壓,但由於缺乏創新精神,想不出其他方法,也做不正確。只有極少數有「安安」法新思路的考生才能做正確。

答案:將電流錶併聯在電流錶的兩端,利用電流錶測量電壓;要滿足「多測幾組資料」,滑動變阻器採用分壓接法;實驗電路如圖所示,其表示式,式中、、、分別表示通過電流錶、的電流和它們的內阻。

2、利用「加r」法測電流錶的內阻

「加r」法又叫「加保護電阻」法。在運用伏安法測電阻時,由於電壓表或電流錶的量程太小或太大,為了滿足安全、精確的原則,加保護電阻的方法就應運而生,設計電路時不僅要考慮電壓表和電流錶的量程,還要考慮滑動變阻器分壓與限流的連線方式。

【例2】某電流錶的內阻在之間,現要測量其內阻,可選用的器材如下:

a. 待測的電流錶(量程);

b. 電壓表(量程3v,內阻約);

c. 滑動變阻器(最大電阻);

d. 定值電阻(阻值);

e. 電源e(電動勢4v)

f. 電鍵s及導線若干。

(1)畫出實驗電路圖;(2)如測得電壓表的讀數為u,電流錶的讀數為i,則電流錶內阻的表示式為

分析與解:許多考生讀完此題,就知道實驗原理是伏安法,由於設計電路時沒有考慮電壓表和電流錶的量程,當然做不正確。少數考生想到電流錶的內阻在之間,量程為,電流錶上的最大電壓為,因而電壓表不能併聯在電流錶的兩端,由於缺乏創新意識,也做不正確。

只有極少數有「加r」法新理念的考生才能做正確,因為本題必須將乙個阻值為的定值電阻與電流錶串聯,再與電壓表併聯,才滿足要求;再者量程為3v的電壓表其量程雖然小於電源電動勢(4v),但可在電路中接入滑動變阻器進行保護;滑動變阻器在本實驗中分壓與限流的連線方式均符合要求,但考慮限流的連線方式節能些,因而滑動變阻器採用限流的連線方式。故本題設計電路圖如圖所示;電流錶內阻的表示式為:。

3、半偏法

這種方法教材中已做介紹。中學物理實驗中常測定j0415型電流錶的內阻。此型號電流錶的量程為,內阻約為,實驗電路如圖所示。

操作要點:按圖1連好電路,斷開,閉合,調節變阻器r,使待測電流錶g的指標滿偏。再將也閉合,保持變阻器r接在電路中的電阻不變,調節電阻箱使電流錶g的指標半偏。

讀出電阻箱的示值,則可認為。

實驗原理與誤差分析:認為閉合後電路中的總電流近似不變,則通過電阻箱的電流近似為。所以電流錶內阻與電阻箱的示值近似相等。

實際上閉合後電路中的總電流要變大,所以通過電阻箱的電流要大於,電阻箱的示值要小於電流錶的內阻值。為了減小這種系統誤差,要保證變阻器接在電路中的阻值,從而使s閉合前後電路中的總電流基本不變。r越大,系統誤差越小,但所要求的電源電動勢越大。

實驗中所用電源電動勢為8——12v,變阻器的最大阻值為左右。

4、電流監控法

實驗中若不具備上述條件,可在電路中加裝一監控電流錶,可用與被測電流錶相同型號的電流錶。電源可用乾電池,r用阻值為的滑動變阻器,如圖所示。

實驗中,先將斷開,接通,調節變阻器r的值,使被測電流錶g指標滿偏,記下監控表的示值。再接通,反覆調節變阻器r和電阻箱,使g的指標恰好半偏,而的示值不變。這時電阻箱的示值即可認為等於g的內阻。

這樣即可避免前法造成的系統誤差。

用圖所示電路測量電流錶g的內阻,也可不用半偏法。將開關、均接通,讀出被測電流錶g的示值、監控表的示值、電阻箱的示值,則可根據

計算出電流錶g的內阻。

5、代替法

按圖所示連線電路,g為待測電流錶,為監測表,為單刀單擲開關,為單刀雙擲開關。

先將撥至與觸點1接通,閉合,調節變阻器r,使監測表指標指某一電流值(指標偏轉角度大些為好),記下這一示值。再將單刀雙擲開關撥至與觸點2接通,保持變阻器r的滑片位置不變,調節電阻箱,使監測表恢復原來的示值,則可認為被測電流錶g的內阻等於電阻箱的示值。

用這種方法,要求監測表的示值要適當大一些,這樣靈敏度較高,測量誤差較小。

6、電壓表法

原則上得知電流錶兩端的電壓u和通過它的電流i,就可以利用計算出它的內阻。但若測量j0415型電流錶的內阻,滿偏時它的電壓才是,用j0408型電壓表的3v量程測量,指標才偏轉乙個分度。這樣因讀數會引起很大的偶然誤差。

所以不宜用一般電壓表直接測量電流錶兩端的電壓。

可用如圖所示電路,將待測電流錶g與電阻箱串聯後再與電壓表併聯。閉合開關s,調節變阻器和電阻箱,使電流錶和電壓表的指標均有較大的偏轉,讀出電壓表的示數u、電流錶的示值i和電阻箱的示值,則據得出電流錶的內阻。

電源要用2節乾電池,電壓表用3v量程,用最大阻值為左右的變阻器。

7、用內阻、量程已知的電流錶代替電壓表

按圖連線電路,g為待測內阻的電流錶,為內阻、量程已知的標準電流錶,e為的乾電池一節,r為阻值為幾十歐姆的滑動變阻器。

調節變阻器r,使兩電流錶的指標均有較大的偏轉。讀出電流錶的示值,設其內阻;讀出被測電流錶g的示值,則據可得出電流錶g的內阻值。

二、電壓表內阻測量的幾種方法

電壓表內阻的測量是近年來高考的熱點和亮點,其實電壓表內阻的測量和一般電阻的測量一樣,所不同的就是電壓表可提供自身兩端的電壓值作為已知條件。因此,在測量電壓表內阻的實驗中,要靈活運用所學過的實驗方法,依據實驗原理和實驗儀器,按照題設要求和條件進行合理的測量。

1. 利用伏安法測量

電壓表是測定電路兩端電壓的儀器,理想電壓表的內阻可視為無限大,但實際使用的電壓表內阻並不是無限大。為了測量某一電壓表的內阻,給出的器材有:a.

待測電壓表(,內阻在之間);b. 電流錶();c. 滑動變阻器;d.

電源(的乾電池兩節);e. 開關和若干導線。利用伏安法,測量電壓表示數u和電流表示數i即可,由於滑動變阻器最大阻值遠小於被測內阻值,為了滿足多測幾組資料,利用作圖法求電壓表的內阻,應選用滑動變阻器分壓式電路,電路如圖所示。

2、利用「伏伏」法測電壓表的內阻

「伏伏」法是利用兩塊電壓表測電阻的一種方法,這一方法的創新思維是運用電壓表測電流(或算電流),此方法適用於電流錶不能用或沒有電流錶等情形。設計電路時不僅要考慮電壓表的量程,還要考慮滑動變阻器分壓與限流的連線方式。

【例3】為了測量量程為3v的電壓表v的內阻(內阻約),實驗室可以提供的器材有:

電流錶,量程為,內阻約;

電壓表,量程為,內阻約;

變阻箱阻值範圍為;

變阻箱阻值範圍為;

滑動變阻器,最大阻值約為,額定電流;

電源e,電動勢6v,內阻約;

單刀單擲開關k,導線若干。

(1)請從上述器材中選擇必要的器材,設計乙個測量電壓表v的內阻的實驗電路,畫出電路原理圖(圖中的元件要用題中相應的英文本母標註),要求測量盡量準確。

(2)寫出計算電壓表v的內阻的計算公式為 。

分析與解:多數考生解答此題,毫不猶豫地套用伏安法,由於沒有考慮電表的量程,當然做不正確。少數考生想到待測電壓表的量程為3v,內阻約,電壓表中的最大電流為,認為電流錶不能準確測量,但由於創新能力差,也做不正確。

只有極少數有「伏伏」法新理念的考生才能做正確。

答案:(1)測量電壓表v的內阻的實驗電路如圖所示。(2)電壓表v的示數u,電壓表的示數,電阻箱的讀數。

根據歐姆定律,利用通過電壓表的電流與通過電阻的電流相等,算出電壓表的電阻為。

3、利用歐姆表測量

歐姆表是根據閉合電路歐姆定律製成的,已知歐姆表刻度盤上**刻度值為「20」,現用歐姆表測量乙個內阻約為幾千歐的電壓表,實驗中應把歐姆表選擇開關調至×100擋,若歐姆表的讀數如圖所示,則該電壓表內阻阻值為。

4、利用半偏法測量

方法一:用如圖所示電路測量量程為1v的電壓表的內阻(在之間)。提供的器材還有:

a. 滑動變阻器,最大阻值;b. 電阻箱,最大阻值,阻值最小改變量為;c.

電池組:電動勢約6 v,內阻可忽略不計;d. 導線和開關。

實驗方法和步驟是:① 斷開開關s,按圖3連線好電路;② 把滑動變阻器的觸頭p滑到端;③ 將電阻箱的阻值調到零;④ 閉合開關s;⑤ 調節滑動變阻器r的阻值,使電壓表指標達到滿偏;⑥ 調節電阻箱的阻值,使電壓表指標達到半偏,讀出此時電阻箱的阻值,即為電壓表的內電阻的測量值。

方法二:量程為3v的電壓表v的內阻約為,要求測出該電壓表內阻的精確值,實驗中提供的器材有:a.

阻值範圍為到的電阻箱;b. 開路電壓約為5v,內阻可忽略不計的電源e;c. 導線若干和開關。

實驗電路如圖所示,由於電源的電動勢沒有準確給出,先調節電阻箱阻值,使電壓表指標指在中間刻度線,記下電阻箱的阻值,有①

再調節電阻箱阻值,使指標指在滿偏刻度,記下電阻箱的阻值由串聯分壓規律:②,解①②式得

5、利用已知電動勢的電源和電阻箱測量

量程為3v的電壓表,其內阻約為,現要求測出該電壓表內阻,實驗器材有:電源,電動勢,內阻不計;變阻器r,阻值範圍,額定電流;開關和導線若干,實驗電路如圖所示,由於電源的電動勢準確給出,只需調節r記下阻值,讀出對應的電壓值u,由串聯分配規律可得:。

6、 利用電流錶和定值電阻測量

實驗電路如圖所示,圖中e為電源(電動勢為4v),r為滑動變阻器(最大阻值為),為已知定值電阻(阻值為),a為電流錶(量程為),v為乙個有刻度但無刻度值的電壓表(量程約3v,內阻約),現要測電壓表v的內阻。實驗步驟如下:閉合開關、,調節r的滑動觸頭使電壓表v滿偏,設滿偏電壓為,讀出電流錶a示數為,有①

電表內阻的測量及改裝

一 半偏法 這種方法教材中已做介紹。中學物理實驗中常測定j0415型電流錶的內阻。此型號電流錶的量程為0 200 a內阻約為500 實驗電路如圖所示。操作要點 按圖連好電路,s2斷開,s1閉合,調節變阻器r,使待測電流錶g的指標滿偏。再將s2也閉合,保持變阻器r接在電路中的電阻不變,調節電阻箱r 使...

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