電流表內(nèi)阻的測(cè)量

實(shí)驗(yàn)：電流表內(nèi)阻測(cè)量方法匯總【編者按】電流表內(nèi)阻測(cè)量是中學(xué)物理電學(xué)部分非常重要的內(nèi)容，在歷年高考中，實(shí)驗(yàn)部分電流表內(nèi)阻的測(cè)量一直是經(jīng)?？疾斓囊徊糠诌@。部分內(nèi)容學(xué)習(xí)平時(shí)要善于總結(jié)歸，納電學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，靈活運(yùn)用各種方法。下邊就具體講解一下電流表內(nèi)阻的測(cè)量主，要講解七種電流表內(nèi)阻測(cè)量的方法。靈敏電流表是用來測(cè)定電路中電流強(qiáng)度且靈敏度很高的儀表。它有三個(gè)參數(shù)：滿偏電流Ig、滿偏時(shí)電流表兩端的電壓Ug和內(nèi)阻如果rgo一般靈敏電流表的Ig為幾十微安到幾毫安,rg為幾十到幾百歐姆,Ug=Igrg也很小。將電流表改裝為其他電表時(shí)要測(cè)定它的內(nèi)阻，根據(jù)提供的器材不同，可以設(shè)計(jì)出不同的測(cè)量方案。練習(xí)用多種方法測(cè)定電流表的內(nèi)阻，可以培養(yǎng)學(xué)生思維的發(fā)散性、創(chuàng)造性、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和綜合實(shí)驗(yàn)技能。一、利用兩個(gè)電流表法測(cè)電流表的內(nèi)阻兩個(gè)電流表法是利用兩塊電流表測(cè)電阻的一種方法，這一方法的創(chuàng)新思維是運(yùn)用電流表測(cè)電壓（或算電壓），此方法適用于電壓表不能用或沒有電壓表等情形。設(shè)計(jì)電路時(shí)除考慮電流表的量程外，還要考慮滑動(dòng)變阻器分壓與限流的連接方式?！纠?】從下列器材中選出適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)一個(gè)電路來測(cè)量電流表A1的內(nèi)阻r1，要求方法簡(jiǎn)捷，有盡可能高的精確度，并測(cè)量多組數(shù)據(jù)。（1） 畫出實(shí)驗(yàn)電路圖：標(biāo)明所用器材的代號(hào)。（2）若選取測(cè)量中的一組數(shù)據(jù)來計(jì)算r1，則所用的表達(dá)式r1= ，式中各符號(hào)的意義是：. 。器材（代號(hào)）與規(guī)格如下：電流表A1，量程10mA，內(nèi)阻待測(cè)（約40Q）；電流表A2,量程500pA,內(nèi)阻熱，r2=750Q；電壓表V,量程10V，內(nèi)阻r2=10kQ電阻R1阻值約為100Q；滑動(dòng)變阻器R2,總阻值約50Q；電池E,電動(dòng)勢(shì)1.5V，內(nèi)阻很??；電鍵K,導(dǎo)線若干。分析：大多數(shù)考生看到此題，第一感覺考慮的就是伏安法，由于沒有考慮電表的量程，當(dāng)然做不正確。少數(shù)考生想到要滿足“有盡可能高的精確度”的條件，認(rèn)為電壓U的測(cè)定，不能選量程是10V的電壓表。因?yàn)殡娏鞅韮啥嗽试S施加的最大電壓約為0.4V因而電壓表不能準(zhǔn)確測(cè)出電流表的兩端的電壓，但由于缺乏創(chuàng)新精神，想不出其他方法，也做不正確。只有極少數(shù)有“安安”法新思路的考生才能做正確。解析：將電流表A2并聯(lián)在電流表A1的兩端，利用電流表測(cè)量電壓；要滿足“多測(cè)幾組數(shù)據(jù)”，滑動(dòng)變阻器R2采用分壓接法；實(shí)驗(yàn)電路如圖所示，其表達(dá)式r1=I2r2/I1,式中11、12、r1、r2分別表示通過電流表A1、A2的電流和它們的內(nèi)阻。二、利用“加R”法測(cè)電流表的內(nèi)阻“加R”法又叫“加保護(hù)電阻”法。在運(yùn)用伏安法測(cè)電阻時(shí)，由于電壓表或電流表的量程太小或太大，為了滿足安全、精確的原則，加保護(hù)電阻的方法就應(yīng)運(yùn)而生，設(shè)計(jì)電路時(shí)不僅要考慮電壓表和電流表的量程，還要考慮滑動(dòng)變阻器分壓與限流的連接方式?！纠?】某電流表的內(nèi)阻在0.1Q—0.2Q之間，現(xiàn)要測(cè)量其內(nèi)阻，可選用的器材如下：待測(cè)的電流表A1（量程0.6A）；電壓表V1（量程3V,內(nèi)阻約2kQ）；滑動(dòng)變阻器R1（最大電阻10Q）；定值電阻R2（阻值5Q）；電源E（電動(dòng)勢(shì)4V）電鍵S及導(dǎo)線若干。（1）畫出實(shí)驗(yàn)電路圖；（2）如測(cè)得電壓表的讀數(shù)為U,電流表的讀數(shù)為I,則電流b表A1內(nèi)阻的表達(dá)式為：RA= 。分析：許多考生讀完此題，就知道實(shí)驗(yàn)原理是伏安法，由于設(shè)計(jì)電路時(shí)沒有考慮電壓表和電流表的量程，當(dāng)然做不正確。少數(shù)考生想到電流表的內(nèi)阻0.1Q—0.2Q之間，量程為0.6A，電流表上的最大電壓為0.12V,因而電壓表不能并聯(lián)在電流表的兩端，由于缺乏創(chuàng)新意識(shí)，也做不正確。只有極少數(shù)有“加R”法新理念的考生才能做正確，因?yàn)楸绢}必須將一個(gè)阻值為5Q的定值電阻R2與電流表串聯(lián)，再與電壓表并聯(lián)，才滿足要求；再者量程為3V的電壓表其量程雖然小于電源電動(dòng)勢(shì)（4V），但可在電路中接入滑動(dòng)變阻器進(jìn)行保護(hù)；滑動(dòng)變阻器在本實(shí)驗(yàn)中分壓與限流的連接方式均符合要求，但考慮限流的連接方式節(jié)能些，因而滑動(dòng)變阻器采用限流的連接方式。故本題設(shè)計(jì)電路圖如圖所示；電流表A1內(nèi)阻的表達(dá)式為：R二—-RAI2三、半偏法這種方法教材中已做介紹。中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中常測(cè)定J0415型電流表的內(nèi)阻。此型號(hào)電流表的量程為0—200pA內(nèi)阻約為500Q，實(shí)驗(yàn)電路如圖所示。操作要點(diǎn)：按圖連好電路，S2斷開，S1閉合，調(diào)節(jié)變阻器R,使待測(cè)電流表G的指針滿偏。再將S2也閉合，保持變阻器R接在電路中的電阻不變，調(diào)節(jié)電阻箱R/使電流表G的指針半偏。讀出電阻箱的示值R/,則可認(rèn)為rg"R/.實(shí)驗(yàn)原理與誤差分析：認(rèn)為S2閉合后電路中的總電流近似不變，則通過電阻箱的電流近似為Ig/2。所以電流表內(nèi)阻與電阻箱的示值近似相等。實(shí)際上S2閉合后電路中的總電流要變大，所以通過電阻箱的電流要大于Ig/2，電阻箱的示值要小于電流表的內(nèi)阻值。為了減小這種系統(tǒng)誤差，要保證變阻器接在電路中的阻值R三100R/，從而使S閉合前后電路中的總電流基本不變。R越大，系統(tǒng)誤差越小，但所要求的電源電動(dòng)勢(shì)越大。實(shí)驗(yàn)中所用電源電動(dòng)勢(shì)為8—12V，變阻器的最大阻值為60kQ左右。四、電流監(jiān)控法實(shí)驗(yàn)中若不具備上述條件，可在電路中加裝一監(jiān)控電流表G/,可用與被測(cè)電流表相同型號(hào)的電流表。電源可用1.5V干電池，R用阻值為10kQ的滑動(dòng)變阻器，如圖所示。實(shí)驗(yàn)中，先將S2斷開，S1接通，調(diào)節(jié)變阻器R的值，使被測(cè)電流表G指針滿偏，記下監(jiān)控表G/的示值Igo再接通S2,反復(fù)調(diào)節(jié)變阻器R和電阻箱R/,使G的指針恰好半偏，而G/的示值不變。這時(shí)電阻箱R/的示值即可認(rèn)為等于G的內(nèi)阻rg。這樣即可避免前法造成的系統(tǒng)誤差。用圖所示電路測(cè)量電流表G的內(nèi)阻，也可不用半偏法。將開關(guān)S1、S2均接通，讀出被測(cè)電流表G的示值Ig、監(jiān)控表G/的示值Ig、電阻箱的示值R/,則可用公式：五、代替法按圖所示連接電路，G為待測(cè)電流表，G/為監(jiān)測(cè)表，S1為單刀單擲開關(guān)，S2為單刀雙擲開關(guān)。先將S2撥至與觸點(diǎn)1接通，閉合S1,調(diào)節(jié)變阻器R,使監(jiān)測(cè)表G/指針指某一電流值（指針偏轉(zhuǎn)角度大些為好），記下這一示值。再將單刀雙擲開關(guān)S2撥至與觸點(diǎn)2接通，保持變阻器R的滑片位置不變，調(diào)節(jié)電阻箱R/,使監(jiān)測(cè)表G/恢復(fù)原來的示值，則可認(rèn)為被測(cè)電流表G的內(nèi)阻等于電阻箱的示值。用這種方法，要求監(jiān)測(cè)表的示值要適當(dāng)大一些，這樣靈敏度較高，測(cè)量誤差較小。六、電壓表法原則上得知電流表兩端的電壓U和通過它的電流I,就可以利用rg=U/I計(jì)算出它的內(nèi)阻。但若測(cè)量J0415型電流表的內(nèi)阻，滿偏時(shí)它的電壓才是0.1V，用J0408型電壓表的3V量程測(cè)量，指針才偏轉(zhuǎn)一個(gè)分度。這樣因讀數(shù)會(huì)引起很大的偶然誤差。所以不宜用一般電壓表直接測(cè)量電流表兩端的電壓。可用如圖所示電路，將待測(cè)電流表G與電阻箱串聯(lián)后再與電壓表并聯(lián)。閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)變阻器和電阻箱，使電流表和電壓表的指針均有較大的偏轉(zhuǎn)，讀出電壓表的示數(shù)U、電流表的示值I和電阻箱的示值R/,則據(jù)公式得出：電源要用2節(jié)干電池，電壓表用3V量程，用最大阻值為1kQ左右的變阻