例析測量電表內(nèi)阻的幾種方法(下)

◇　山東　吳　強　毛慧穎

(作者單位：山東省泰山中學(xué))

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例析測量電表內(nèi)阻的幾種方法(下)

◇山東吳強毛慧穎

2　非常規(guī)方法

2.1半偏法

1) 測電壓表內(nèi)阻.

圖9

(1) 圖9虛線框內(nèi)為某同學(xué)設(shè)計的測量電壓表內(nèi)阻的電路圖的一部分,將電路圖補充完整.

(2) 根據(jù)設(shè)計的電路,寫出實驗步驟____________．

圖10

(2) 移動滑動變阻器的滑片,以保證通電后電壓表所在支路分壓最小.閉合開關(guān)S1、S2,調(diào)節(jié)R1,使電壓表指針滿偏.保證滑動變阻器的滑片的位置不變,斷開S2,調(diào)節(jié)電阻箱R0,使電壓表的指針半偏，讀取電阻箱所示的電阻值,即為測得的電壓表內(nèi)阻．

(3) >.斷開S2,調(diào)節(jié)電阻箱使電壓表成半偏狀態(tài),電壓表所在支路的總電阻增大,分得的電壓也增大,此時R0兩端的電壓大于電壓表的半偏電壓,故

2) 測電流表內(nèi)阻.

圖11

(1) 實驗過程包含以下步驟,其合理的順序依次為________(填步驟的字母代號);

A合上開關(guān)S2;

B分別將R1和R2的阻值調(diào)至最大;

C記下R2的最終讀數(shù);

D反復(fù)調(diào)節(jié)R1和R2的阻值,使○G1的示數(shù)仍為I1,使○G2的指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半,此時R2的最終讀數(shù)為r;

E合上開關(guān)S1;

F調(diào)節(jié)R1使○G2的指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度,此時○G1的示數(shù)為I1,記下此時○G1的示數(shù).

(2) 僅從實驗設(shè)計原理上看,用上述方法得到的○G2內(nèi)阻的測量值與真實值相比________(填“偏大”“偏小”或“相等”);

(3) 若要將○G2的量程擴(kuò)大為I,并結(jié)合前述實驗過程中測量的結(jié)果,寫出須在○G2上并聯(lián)的分流電阻RS的表達(dá)式,RS=________.

(3) 若要將○G2的量程擴(kuò)大為I,需并聯(lián)一個分流電阻RS,○G2滿偏時通過分流電阻RS的電流應(yīng)為I-I1,此時分流電阻RS兩端的電壓與○G2的滿偏電壓相等,為I1r,所以RS=I1r/(I-I1)．

2.2等效替代法

測電表內(nèi)阻時,將待測電表視為一個待測電阻,利用單刀雙擲開關(guān)分別把待測電表和電阻箱接入同一電路中(電路的其他部分必須為完全相同)．若使電路中總電流相同,則待測電表的內(nèi)阻與電阻箱接入電路的相應(yīng)阻值相等,這種測電阻的方法叫等效替代法．

圖12

(1) 將S撥向接點1,接通S1,調(diào)節(jié)____,使待測表頭指針偏轉(zhuǎn)到適當(dāng)位置,記下此時____的讀數(shù)I;

(2) 然后將S撥向接點2,調(diào)節(jié)____,使____,記下此時RN的讀數(shù);

(3) 多次重復(fù)上述過程,計算RN讀數(shù)的________,此即為待測微安表頭內(nèi)阻的測量值．

(2) 將S撥向2,保持R0不變,調(diào)節(jié)電阻箱RN,使標(biāo)準(zhǔn)電流表A0的示數(shù)仍為原來的值I,記下此時RN的讀數(shù),則微安表頭的內(nèi)阻等于電阻箱RN此時的示數(shù).

(3) 為減小偶然誤差,要多次重復(fù)上述過程,要計算RN讀數(shù)的平均值．

2.3歐姆表法

多用電表可以用來測電阻、電壓及電流,但測量誤差較大．測量電表內(nèi)阻時,可將待測電表等效為一未知電阻,可直接用多用電表的歐姆檔測得電表內(nèi)阻．這樣便可以利用伏阻法或安阻法測得多用電表對應(yīng)歐姆檔電源的電動勢和內(nèi)阻．

1) 歐姆表測電壓表的內(nèi)阻與對應(yīng)歐姆檔電源的內(nèi)阻.

圖13

(1) 將多用電表檔位調(diào)到電阻“×1 k”檔,再將紅表筆和黑表筆________,調(diào)零點．

(2) 將圖13中多用電表的紅表筆和________(填“1”或“2)端相連,黑表筆連接另一端．

(3) 將滑動變阻器的滑片調(diào)到適當(dāng)位置,使多用電表的示數(shù)如圖14所示,這時電壓表的示數(shù)如圖15所示．多用電表和電壓表的讀數(shù)分別為________kΩ和________V．

圖14　　　　　　　　　　　圖15

圖16

(4) 調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片,使其接入電路的阻值為0．此時多用電表和電壓表的讀數(shù)分別為12.0 kΩ和4.00 V．從測量數(shù)據(jù)可知,電壓表的內(nèi)阻為________kΩ．

(5) 多用電表電阻檔內(nèi)部電路可等效為由一個無內(nèi)阻的電池、一個理想電流表和一個電阻串聯(lián)而成的電路組成,如圖16所示．根據(jù)前面的實驗數(shù)據(jù)計算可得,此多用電表內(nèi)電池的電動勢為________V,電阻“×1 k”檔內(nèi)部電路的總電阻為________kΩ．

(2) 多用表測量時電流從紅表筆流入,由黑表筆流出,所以紅表筆應(yīng)與接線柱1連接．

(3) 歐姆表讀數(shù)時,指針?biāo)幍奈恢米钚「翊? kΩ,所以讀數(shù)時要估讀到下一位,即15.0×1 kΩ=15.0 kΩ;電壓表最小刻度表示0.1 V,所以要估讀到0.01 V,即3.60 V.

(4) 滑動變阻器接入電路中的阻值為0,所以歐姆表測量的是電壓表的內(nèi)阻為12.0 kΩ;

2) 歐姆表測電流表的內(nèi)阻與對應(yīng)歐姆檔電源的內(nèi)阻.

圖17

完成下列填空:

(1) 儀器連線如圖17所示(a和b是多用電表的2個表筆)．若2電表均正常工作,則表筆a為________(填“紅”或“黑”)色．

(2) 若適當(dāng)調(diào)節(jié)電阻箱后,圖17中多用電表、電流表與電阻箱的示數(shù)分別如圖18～20所示,則多用電表的讀數(shù)為________Ω,電流表的讀數(shù)為________mA,電阻箱的讀數(shù)為________Ω．

圖18　　　　　　　　　　　　圖19

圖20

(3) 將圖17中多用電表的2表筆短接,此時流過多用電表的電流為________mA．(保留3位有效數(shù)字)

(4) 計算得到多用電表內(nèi)電池的電動勢為________V．(保留3位有效數(shù)字)

(2) 多用電表讀數(shù)為R=14.0Ω;電流表讀數(shù)為I=53.0mA;電阻箱讀數(shù)為

4×1Ω+6×0.1Ω=4.6Ω．

(4) 設(shè)多用電表內(nèi)阻為r,已知外電路電阻為R=14.0Ω,多用電表接外電路時E=I(r+R),多用電表2表筆短接時E=I0r,聯(lián)立解得多用電表內(nèi)電池的電動勢E=1.54V．

總之,測量電表內(nèi)阻的方法頗多,在諸測量方法中,首先都要把待測電表等效為可讀出自身電壓或電流的特殊電阻,然后根據(jù)題目中提供的儀器的參量及電學(xué)實驗的安全、準(zhǔn)確、方便的原則,利用歐姆定律和閉合電路的歐姆定律設(shè)計原理,智慧地選擇恰當(dāng)?shù)姆椒ㄓ枰詼y量,以提升實驗探究能力，培養(yǎng)實驗素養(yǎng)．

(作者單位：山東省泰山中學(xué))