文档介绍:
电压表与电流表内电阻的测量
在高考物理实验考查中,电阻的测量是重点考查内容,也是热点考查内容。而电流表、电压表内阻的测量,是电阻测量在特殊情况下的应用,也是常考的内容。电压表、电流表内阻的测量与一般电阻的测量不同,自有它的特殊性及规律性,它们不仅是被测量的对象,同时又是测量工具。在测量条件变化时,测量电路也可有较多的变化,可以较灵活地考查考生对电路的理解和设计电路的能力,值得我们下大力气去研究。
一、电压表内阻的测量
【例1】 电压表V量程为0~3V,内阻3~3.5kΩ,现要求测其内电阻RV,实验室提供下列器材:
待测电压表V;电流表A1(量程100μA,内阻2kΩ);电流表A2(量程1mA,内阻100Ω);电流表A3,(量程10mA,内阻40Ω);滑动变阻器R(最大阻值50Ω),电源E(电动势4V),开关、导线。
(1)所提供的电流表中,应该选用 (填字母代号);
(2)为了尽量减少误差,要求测量多组数据,画出符合要求的电路图。
图1
分析:电流表应选A2,因为它与V表的满偏电流最接近;测量电路如图1,若电压表、电流表的读数分别为U、I,则电压表内阻RV=U/I。图1中,A2表也可用一个与待测电压表满偏电流差不多的内阻已知的电压表(如量程5V,内阻5kΩ)代替,不过此时电源的电动势也要相应的调大些,以保证电表指针的偏角较大。因为指针的偏角越小,测量的系统误差越大。
例1中,若电流表只有A1,同时还有两个定值电阻R1=220Ω,R2=330Ω,如何测RV?
图2
显然A1的量程太小。A1表满偏时,V表指针的偏角约为满偏的1/10,测量的系统误差较大。
可选R1与A1并联,以“放大”A1的量程,使A1、V表可几乎同时达到满偏。局部电路如图2所示。若测量时V、A1表读数分别为U、I,A1表内阻为rA,通过R1的电流为
IR,则:IR=IrAR1,RV=UI+IR=UR1I(R1+rA)。
例1中,若电流表只提供了A3,同时提供上述两个电阻R1=220Ω,R2=330Ω,如何测RV?
图3
此时A3量程太大,当V表满偏时,A3指针偏角太小;可选R2与V表并联,让R2分流,以控制通过V表的电流,使A3、V表可几乎同时达到满偏,局部电路如图3所示。若测量时V、A3表的读数分别为U、I,通过V表的电流为IA,则有:
IV=I-UR2,RV=UIV=UR2IR2-U。
可见,在电流表量程不合适时,测量电路也要作相应的改变,以保证两表几乎同时达到满偏。
上例中,如果没有电流表,但增加一个0~9999Ω的电阻箱R0,如何测量电压表的内阻呢?
图4
分析:实验电路如图4所示,闭合开关S前,变阻器滑动片P置于A端,电阻箱阻值调为零。闭合开关S,调节滑动片P,使V表满偏;再调R0,使V表半偏。此时,R0的读数即为RV的测量值。这种测量通过将RV与R0进行比较,求出RV的大小,统称为半偏法。本实验中,RV的测量值偏大,