电流表改装电压表是高中物理非常重要的一个实验,也是高考物理常考的电学实验之一。
电流表改装电压表两大步骤
实验第一步:测量电流表的内电阻;
实验第二步:为电流表串联固定阻值的电阻;
借助半偏法测电流表内阻
利用半偏法测量电流表内阻的电路图如上图所示。
实验器材
待测电流表g、电源、滑动变阻器、电阻箱、电键2个、导线若干。
具体操作步骤
1.按上图连接电路图,保持两个电键处于打开位置,使滑动变阻器r1置于最大电阻位置。
2.闭合电键s1,调整滑动变阻器r1,使电流表g指针满偏。
3.保持滑动变阻器r1调整好的触头位置不变,闭合电键s2。
4.调整电阻箱r2的阻值,使电流表g指针半偏。
5.读取r2的示数,该示数即为电流表g的内阻。
上述实验是有系统误差的,这也是此实验的必考点。误差分析,在这篇文章《半偏法及其误差》中有详细的解释。
串联固定阻值的电阻
电流表改装电压表,利用的是电流i与u之间函数关系。当电压与电流之间满足u=f(i),存在一一对应的映射关系时,我们可以利用i的测量数据描述u的大小。
举个例子来说明。通过第一步中,我们测定了电流表阻值是0.2ω,电流表的最大量程是0.3a(满偏示数)。
我们要将这个电流表改装为15v的电压表。
换句话说:
当电流表的指针偏转到最右端时(0.3a),映射的是15v的电压。
当电流表的指针偏转到表盘中央位置时(0.15a),映射的是7.5v的电压。
……
如上图所示,我们的r的阻值,依照部分电路欧姆定律,必须满足这样的关系:
i(rg+r)=u
我们取最大值带一下,就能得到r的电阻值。
0.3*(0.2+r)=15v
可得r=49.8ω;同样同学们可以带一下0.15a和7.5v,得到的结果也是一样的。
这里举例子,是便于同学们理解,遇到其他的考试,类比下即可求解r的数据。
小结
这就是我们电流表改装电压表的实验步骤,这个实验主要包括两部分。
(1)测量电流表的内电阻;
(2)串联固定阻值的电阻;