高三物理高考专项训练电流表和电压表 电阻的测量.docx

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高三物理高考专项训练电流表和电压表电阻的测量

电流表和电压表电阻的测量

【基础知识梳理】

【电压表和电流表】

1．电流表原理：

电流表G是根据通电线圈在磁场中受磁力矩作用发生偏转的原理制成的，且指什偏角θ与电流强度I成正比，即θ=kI，故表的刻度是均匀的。

2．电流表的主要参数

表头内阻Rg：

即电流表线圈的电阻；满偏电流Ig：

即电流表允许通过的最大电流值，此时指针达到满偏；满偏电压Ug：

即指针满偏时，加在表头两端的电压，故Ug＝IgRg

3．电流表改装成电压表：

〖方法〗_____联一个______电阻R，如图所示，若量程扩大n倍（n=U/Ug），则根据分压原理，需____联的电阻值R=______=（_________）Rg，故量程扩大的倍数越高，串联的电阻值越大。

4．电流计扩大量程：

〖方法〗：

______联一个_______电阻R，如图所示，若量程扩大n倍（n＝I/Ig），则根据分流原理，需要_____联的电阻值R=______=（_________）Rg，故量程扩大的倍数越高，并联的电阻值越小。

5．例题

〖例1〗一毫安表头满偏电流为9.90mA，内阻约为300Ω．要求将此毫安表头改装成量程为1A的电流表，其电路原理如图所示．图中A是量程为2A的标准电流表，R0为电阻箱，R为滑动变阻器，S为开关，E为电源．

⑴完善下列实验步骤：

①将虚线框内的实物图按电路原理图连线；

②将滑动变阻器的滑动头调至端（填“a”或“b”），电阻箱R0的阻值调至零；

③合上开关；

④调节滑动变阻器的滑动头，增大回路中的电流，使标准电流表读数为1A；

⑤调节电阻箱R0的阻值，使毫安表指针接近满偏，此时标准电流表的读数会（填“增大”、“减小”或“不变”）；

⑥多次重复步骤④⑤，直至标准电流表的读数为，同时毫安表指针满偏．

⑵回答下列问题：

①在完成全部实验步骤后，电阻箱使用阻值的读数为3.1Ω，由此可知毫安表头的内阻为__________Ω．

②用改装成的电流表测量某一电路中的电流，电流表指针半偏，此时流过电阻箱的电流为_________A．

③对于按照以上步骤改装后的电流表，写出一个可能影响它的准确程度的因素：

。

【电阻的测量】

1．实验原理：

原理是欧姆定律.因此只要用电压表测出电阻两端的电压，用安培表测出通过电流，用R=U/I即可得到阻值.

2．伏安法测电阻的两种电路形式

3．实验电路选择

⑴测量电路

连接方式

误差来源

测量值与真实值关系

适用范围

外接法

内接法

⑵测量电路选择方法

①直接比较法：

当待测电阻Rx较小且远小于电压表内阻RV时，应选用外接法；当待测电阻Rx较大且远大于电流表内阻RA时，应选用内接法。

②临界值法：

当待测电阻Rx<_______时，视Rx为小电阻，应选用外接法；当Rx>______时，视Rx为大电阻，应选用内接法；当Rx=_________时，两种接法均可。

⑶控制电路——滑动变阻器分压式、限流式接法选取

如图所示的两种电路中，滑动变阻器（最大阻值为R0）对负载RL的电压、电流强度都起控制调节作用，通常把图（a）电路称为限流接法，图（b）电路称为分压接法。

负载RL上电压调节范围（忽略电源内阻）

负载RL上电流调节范围（忽略电源内阻）

相同条件下电路消耗的总功率

限流接法

分压接法

比较

分压电路调节范围较大

分压电路调节范围较大

限流电路能耗较小

⑷滑动变阻器的限流接法与分压接法的选择方法

滑动变阻器以何种接法接入电路，应遵循安全性、精确性、节能性、方便性原则综合考虑，灵活择取。

①下列三种情况必须选用分压式接法：

（i）要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节时（如：

测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路），即大范围内测量时，必须采用分压接法.

（ii）当用电器的电阻RL远大于滑动变阻器的最大值R0，且实验要求的电压变化范围较大（或要求测量多组数据）时，必须采用分压接法.因为按图（b）连接时，因RL>>R0＞Rap，所以RL与Rap的并联值R并≈Rap，而整个电路的总阻约为R0，那么RL两端电压UL=IR并=

·Rap，显然UL∝Rap，且Rap越小，这种线性关系越好，电表的变化越平稳均匀，越便于观察和操作。

（iii）若采用限流接法，电路中实际电压（或电流）的最小值仍超过RL的额定值时，只能采用分压接法。

②下列情况可选用限流式接法：

（i）测量时电路电流或电压没有要求从零开始连续调节，只是小范围内测量，且RL与R0接近或RL略小于R0，采用限流式接法.

（ii）电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压式接法的要求时，采用限流式接法.

（iii）没有很高的要求，仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时，可考虑安装简便和节能因素采用限流式接法.

4．例题

〖例2〗]用伏安法测量某一电阻Rx阻值，现有实验器材如下：

待测电阻Rx（阻值约5Ω，额定功率为1W）；电流表A1（量程0~0.6A，内阻0.2Ω）；电流表A2（量程0~3A，内阻0.05Ω）；电压表V1（量程0~3V，内阻3kΩ）；电压表V2（量程0~15V，内阻15kΩ）；滑动变阻器R0（0~50Ω），蓄电池（电动势为6V）、开关、导线。

为了较准确测量Rx阻值，电压表、电流表应选______，并画出实验电路图。

5．在“伏安法测电阻”的实验中，一般选用总阻值较小的滑动变阻器，可方便调节。

①在滑动变阻器作限流作用时，为使负载RX既能得到较宽的电流调节范围，又能使电流变化均匀，选择变阻器时，应使其总电阻R0大于RX，一般在2—5倍为好。

②在滑动变阻器作为分压作用时，一般取滑动变阻器的总电阻R0在0.1RX—0.5RX之间为好。

〖例题3〗某电流表的内阻在0.1Ω～0.2Ω之间，现要测量其内阻，可选用的器材如下：

A．待测电流表A1：

量程0.6AB．电压表V1：

量程3V，内阻约2kΩ

C．电压表V2：

量程15V，内阻约10kΩD．滑动变阻器R1：

最大电阻10Ω

E．定值电阻R2：

阻值5ΩF．电源E：

电动势4V

G．电键S及导线若干

⑴电压表应选用_____________；

⑵画出实验电路图；

⑶如测得电压表的读数为V，电流表的读数为I，则电流表A1内阻的表达式为：

RA=______________。

【实验方案的设计】

1．器材选择的原则：

①准确性原则：

选用电表量程应可能减小测量值的相对误差，电压表、电流表在使用时尽可能使指针接近满量程，若指针偏转不到满偏角度的1/3，读数误差较大。

②安全性原则：

通过电源，电表，滑动变阻器，用电器的电流不能超过其允许的最大电流。

③便于操作原则：

选择控制电路时，既要考虑供电电压的变化范围是否满足实验要求，又要注意便于操作。

④经济性原则：

成本小。

2．实物图连线技术：

无论是分压接法还是限流接法都应该先把伏安法部分接好；对限流电路，只需用笔画线当作导线，从电源正极开始，把电源、电键、滑动变阻器、伏安法四部分依次串联起来即可（注意电表的正负接线柱和量程，滑动变阻器应调到阻值最大处）。

对分压电路，应该先把电源、电键和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来，然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头，比较该接头和滑动触头两点的电势高低，根据伏安法部分电表正负接线柱的情况，将伏安法部分接入该两点间。

〖例4〗用以下器材测量一待测电阻的阻值（900-1000Ω）

电源：

具有一定内阻，电动势约为9.0V

电压表V1：

量程为1.5V，内阻r1=750Ω

电压表V2：

量程为5V，内阻r2=2500Ω

滑动变阻器：

最大阻值约为100Ω

单刀单掷开关,导线若干.

⑴测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3，试画出测量电阻RX的一种实验电路原理图（原理图中的元件要用题图中相应的英文字母标注）。

⑵若电压表V1的读数用U1表示，电压表V2的读数用U2表示，则由已知量和测得量表示RX的公式为_____________________。

【描绘小灯泡的伏安特性曲线】

1．实验电路原理电路如图所示，因为小电珠（即小灯泡）的电阻较小（10Ω左右）所以应该选用安培表外接法。

2．小灯泡的电阻会随着电压的升高，灯丝温度的升高而______，所以U-I曲线不是直线。

为了反映这一变化过程，灯泡两端的电压应该由零逐渐增大到额定电压。

所以滑动变阻器必须选用_______接法。

若选用的是标有“3.8V0.3A”的小灯泡，电流表应选用0-0.6A量程；电压表开始时应选用0-3V量程，当电压调到接近3V时，再改用0-15V量程。

〖例题5〗用下列器材组装成描绘电阻R伏安特性曲线的电路，请将实物图连线成为实验电路。

微安表μA：

程200μA，内阻约200

电压表V：

量程3V，内阻约10K

电阻R：

阻值约20k

滑动变阻器R：

最大阻值50

，额定电流1A

电池组E：

电动势3V，内阻不计

开关S及导线若干

〖例6〗现要测定一个额定电压4V、额定功率1.6W的小灯泡的伏安特性曲线。

要求所测电压范围为0.1V～4V。

现有器材：

直流电源E：

电动势4.5V，内阻不计

电压表V：

量程4.5V，内阻约为4×104Ω

流表A1：

量程250mA，内阻约为2Ω

电流表A2：

量程500mA，内阻约为1Ω

滑动变阻器R：

最大阻值约为30Ω）

开关S，导线若干

如果既要满足测量要求，又要测量误差较小，应该选用的电流表是       ，有图示甲、乙两个电路应该选用的是          。

【测定金属的电阻率】

1．被测电阻丝的电阻较小，所以选用电流表外接法。

2．本实验不要求电压调节范围，可选用限流电路。

因此选用上面左图的电路。

开始时滑动变阻器的滑动触头应该在右端。

本实验通过的电流不宜太大，通电时间不能太长，以免电阻丝发热后电阻率发生明显变化。

〖例7〗在“测金属丝的电阻率”的实验中，需要用刻度尺测出金属丝的长度l，用螺旋测微器测出金属丝的直径d，用电流表和电压表测出金属丝的电阻Rx。

⑴请写出测金属丝电阻率的表达式：

ρ=（用上述测量量的字母表示）。

⑵若实验中测量金属丝的长度和直径时，刻度尺和螺旋测微器的示数如图所示，则金属丝长度的测量值为l=cm，金属丝直径的测量值为d=mm。

⑶用电流表和电压表测金属丝的电阻时，由于电压表、电流表内阻的影响，不论使用电流表内接法还是电流表外接法，都会产生系统误差。

按如图示电路进行测量，可以消除由于电表内阻造成的系统误差。

利用该电路进行实验的主要操作过程是：

第一步：

先将R2的滑动头调到最左端，单刀双掷开关S2向1闭合，闭合电键S1，调节滑动变阻器R1和R2，使电压表和电流表的示数尽量大些（在不超过量程的情况下），读出此时电压表和电流表的示数U1、I1。

第二步：

保持两滑动变阻器滑动头位置不变，将单刀双掷开关S2向2闭合，读出此时电压表和电流表的示数U2、I2。

请写出由以上记录数据计算被测电阻Rx的表达式，Rx=_______________。

【练习使用多用电表】

1．欧姆表构造

2．测量原理I=____________________

所以：

Rx=_____________________

注意：

指针偏转的角度与通过表头的电流大小成正比，但被测电阻的大小与流过表头的电流大小所成的关系如上，既不成正比，也不成反比．

3．使用多用电表时首先应该根据被测物理量将选择开关旋到相应的位置。

使用前应先进行机械调零，用小螺丝刀轻旋调零螺丝，使指针指左端零刻线。

使用欧姆挡时，还应进行欧姆调零，即将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指右端零刻线处。

4．欧姆挡的使用

⑴选挡：

一般比被测电阻的估计值低一个数量级，如估计值为200Ω就应该选×10的倍率

⑵调零：

将红黑表笔接被测电阻两端进行测量

⑶读数：

将指针示数乘以倍率，得测量值

⑷测量结束：

将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡

⑸注意：

用欧姆挡测电阻，如果指针偏转角度太小，应增大倍率；如果指针偏转角度太大，应减小倍率。

〖例8〗多用电表表头的示意图如图。

在正确操作的情况下：

⑴若选择开关的位置如灰箭头所示，则测量的物理量是______，测量结果为__________。

⑵若选择开关的位置如白箭头所示，则测量的物理量是______，测量结果为__________。

⑶若选择开关的位置如黑箭头所示，则测量的物理量是______，测量结果为__________。

⑷若选择开关的位置如黑箭头所示，正确操作后发现指针的偏转角很小，那么接下来的正确操作步骤应该依次为：

________，_________，_________。

⑸全部测量结束后，应将选择开关拨到______或者_______。

⑹无论用多用电表进行何种测量（限于直流），电流都应该从色_____表笔经______插孔流入电表。

【典型习题分析】

〖例9〗一直流电压表V，量程为1V，内阻为1000Ω。

现将一阻值在5000～7000Ω之间的固定电阻R1与此电压表串联，以扩大电压表的量程。

为求得扩大后量程的准确值，再给定一直流电源（电动势E为6～7V，内阻可忽略不计），一阻值R2=2000Ω的固定电阻，两个单刀开关S1、S2及若干导线。

⑴为达到上述目的，将对应的图连成一个完整的实验电路图。

⑵连线完成以后，当S1与S2均闭合时，电压表的示数为0.90V；当S1闭合，S2断开时，电压表的示数为0.70V，由此可以计算出改装后电压表的量程为V，电源电动势为V.

〖例10〗图为一电学实验的实物连线图．该实验可用来测量待测电阻Rx的阻值（约500Ω）．图中两只电压表量程相同，内阻都很大．实验步骤如下：

①调节电阻箱，使它的阻值R0与待测电阻的阻值接近；将滑动变阻器的滑动头调到最右端．

②合上开关S．

③将滑动变阻器的滑动头向左端滑动，使两个电压表指针都有明显偏转．

④记下两个电压表V1和V2的读数U1和U2

⑤多次改变滑动变阻器滑动头的位置，记下V1和V2的多组读数U1和U2；求Rx的平均值．

回答下面问题:

⑴根据实物连线图在虚线框内画出实验的电路原理图，其中电阻箱的符号为

，滑动变阻器的符号为

，其余器材用通用的符号表示。

⑵不计电压表内阻的影响，用U1、U2和R0表示Rx的公式为Rx=___________

⑶考虑电压表内阻的影响，用U1、U2、R0、V1的内阻r1、V2的内阻r2表示Rx的公式为Rx=__________________

〖例11〗图为一正在测量中的多用电表表盘。

⑴如果是用×10

档测量电阻，则读数为Ω。

⑵如果是用直流10mA档测量电流，则读数为mA。

⑶如果是用直流5V档测量电压，则读数为V。

〖例12〗有一电流表A，量程为1mA，内阻rg约为100Ω。

要求测量其内阻。

可选用的器材有：

电阻箱R0，最大阻值为99999.9Ω；滑动变阻器甲，最大阻值为10kΩ；滑动变阻器乙，最大阻值为2kΩ；电源E1，电动势约为2V，内阻不计；电源E2，电动势约为6V，内阻不计；开关2个，导线若干。

采用的测量电路图如图所示，实验步骤如下：

①断开S1和S2，将R调到最大；②合上S1，调节R使A满偏；③合上S2，调节R1使A半偏，此时可认为的A的内阻rg=R1。

试问：

⑴在上述可供选择的器材中，可变电阻R1应该选　　　　；为了使测量尽是精确，可变电阻R应该选择　　　　；电源E应该选择　　　　。

⑵认为内阻rg=R1，此结果与的rg真实值相比　　　。

（填“偏大”、“偏小”、“相等”）

〖例13〗检测一个标称值为5Ω的滑动变阻器。

可供使用的器材如下：

A．待测滑动变阻器Rx，全电阻约5Ω（电阻丝绕制紧密，匝数清晰可数）

B．电流表A1，量程0.6A，内阻约0.6ΩC．电流表A2，量程3A，内阻约0.12Ω

D．电压表V1，量程15V，内阻约15KΩE．电压表V2，量程3V，内阻约3KΩ

F．滑动变阻器R，全电阻约20ΩG．直流电源E，电动势3V，内阻不计

H．游标卡尺I．毫米刻度尺J．电键S导线若干

⑴用伏安法测定Rx的全电阻值，所选电流表___________；所选电压表为_________。

⑵画出测量电路的原理图，并根据所画原理图将下图中实物连接成测量电路。

电路原理图和对应的实物连接如图

⑶为了进一步测量待测量滑动变阻器电阻丝的电阻率，需要测量电阻丝的直径和总长度，在不破坏变阻器的前提下，请设计一个实验方案，写出所需器材及操作步骤，并给出直径和总长度的表达式。

【综合练习】

1．如图所示是测定电流表内阻的电路图。

电流表的内阻约100Ω左右，满偏电流为500µA，用电池做电源。

⑴现备有以下可变电阻：

A．电阻箱，阻值范围为0~100Ω

B．电阻箱，阻值范围为0~999.9Ω

C．滑动变阻器，阻值范围为0~200Ω

D．滑动变阻器，阻值范围为0~20KΩ

在上述可变电阻中，电路图中的R应选用，R′应选用。

⑵某同学进行的实验步骤如下：

①先将R的阻值调到最大，合上S1，调节R的阻值，使电流表的指针转到满刻度。

②合上S2，调节R′和R的阻值，使电流表的指针转到满刻度的一半。

③记下R′的阻值

指出上述实验步骤中有什么错误。

答：

2．将满偏电流Ig=300μA、内阻未知的电流表G改装成电压表并进行核对。

⑴利用如图所示的电路测量电流表G的内阻（图中电源的电动势E=4V）：

先闭合S1，调节R，使电流表指针偏转到满刻度；再闭合S2，保持R不变，调节R′，使电流表指针偏转到满刻度的2/3，读出此时R′的阻值为200Ω，则电流表内阻的测量值Rg=    Ω。

⑵将该表改装成量程为3V的电压表，需    （填“串联”或“并联”）阻值为R0=    Ω的电阻。

⑶把改装好的电压表与标准电压表进行核对，画出实验电路图和实物连接图。

3．现要测量某一电压表V的内阻。

给定的器材有：

待测电压表V（量程2V，内阻约为4kΩ）；电流表mA（量程1.2mA，内阻约500Ω）；直流电源E（电动势约2.4V，内阻不计）；固定电阻3个：

R1=4000Ω，R2=10000Ω，R3=15000 Ω；电键S及导线若干。

要求测量时两电表指针偏转均超过其量程的一半。

⑴试从3个固定电阻中选用1个，与其它器材一起组成测量电路，并在虚线框内画出测量电路的原理图。

（要求电路中各器材用题中给定的符号标出。

）

⑵电路接通后，若电压表读数为U，电流表读数为I，则电压表内阻RV=           。

4．图中R为已知电阻，Rx为待测电阻，K1为单刀单掷开关，K2为单刀双掷开关，V为电压表（内阻极大），（E为电源（内阻不可忽略）。

现用图中电路测量电动势E及电阻Rx。

1写出操作步骤：

⑵由R及测得的量，可得E=，Rx=。

5．图所示为伏安法测电阻的一种常用电路。

以下分析正确的是（）

A．此接法的测量值大于真实值

B．此接法的测量值小于真实值

C．此接法要求待测电阻值小于电流表内阻

D．开始实验时滑动变阻器滑动头P应处在最左端

6．利用图中给定的器材测量电压表V的内阻Rv。

图中B为电源（内阻可忽略不计），R为电阻箱，K为电键。

⑴将图中实物连接为测量所用的电路。

⑵写出实验中必须记录的数据（用符号表示）,并指出各符号的意义：

____________________

⑶用⑵中记录的数据表示RV的公式为RV=________。

7．两只完全相同的电流表，分别改成一只电流表和一只电压表，一位同学不小心做实验时误将两只表串起来连接在电路中，则两只表的指针可能出现下列哪种现象（）

A．两表的指针都不偏转

B．两表指针偏转角度相同

C．两表指针都偏转，电流表的指针偏转角度大得多

D．两表指针都偏转，电压表的指针偏转角度大得多

8．有甲乙两个不同的电流表，每个表的指针偏转与电流成正比且刻度均匀。

把阻值为R1的电阻与甲表串联，阻值未知的另一电阻与乙表串联，把改装后的甲、乙两个电流表串联，接到电路A、B的两端，如图

（1）所示，发现甲、乙两表的指针偏转格数分别是n1、n2，然后将这两个表并联，再接到电路A、B的两端，如图

（2）所示，发现甲、乙两表的指针偏转格数分别是n3、n4，试求电阻R2的阻值。

9．图中电源电动势为E，内阻可忽略不计；电流表mA具有一定的内阻，电压表V的内阻不是无限大，S为单刀双掷开关，R为待测电阻。

当S向电压表一侧闭合时，电压表读数为U1，电流表读数为I1；当S向R一侧闭合时，电流表读数为I2。

⑴根据已知条件与测量数据，可以得出待测电阻R=______________。

⑵根据所给出的电路，将各器件实物图之间画出连接的导线。

10．有一电阻R，其阻值大约在40Ω至50Ω之问，需进一步测定其阻值，现有下列器材：

电池组ε，电动势为9V，内阻忽略不计；

电压表Ｖ，量程为0至10Ｖ，内阻20Ω；

电流表A1，量程为0至50ｍＡ，内阻约20Ω；

电流表A2，量程为0至300mＡ，内阻约4Ω；

滑动变阻器R1，阻值范围为0至100Ω，额定电流1A；

滑动变阻器R2，阻值范围为0至1700Ω，额定电流0.３Ａ，

开关Ｓ及导线若干．

实验电路图如图所示，实验中要求多测几组电流、电压厦．在实验中应选　　　电流表和　　　　滑动变阻器．

11．小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大。

某同学为研究这一现象，用实验得到如下数据（I和U分别表示小灯泡上的电流和电压）：

⑴在左下框中画出实验电路图。

可用的器材有：

电压表、电流表。

滑线变阻器、（变化范围0－10Ω）、电源、小灯泡、电键、导线若干。

⑵画出小灯泡的U-I曲线。

⑶将小灯泡接在电动势是1.5V，内阻是2.0Ω的两端，小灯泡的实际功率是多少？

（简要写出求解过程；若需作图，可直接画在第⑵小题的方格图中）

12．在测量金属丝的电阻率的实验中，已知电阻丝的电阻约为10Ω，现备有下列器材供测量电阻丝的电阻时选用，应选用的器材有：

___________。

A．量程0～0.6A，内阻是0.5Ω的电流表B．量程0～3A，内阻是0.1Ω的电流表

C．量程0～3V，内阻是6kΩ电压表E．阻值0～1kΩ、额定电流0.5A滑动变阻器，

F．阻值是0～20Ω、额定电流为2A的滑动变阻器G．蓄电池（6V）

H．开关一个，导线若干

画出用伏安法测上述电阻丝电阻的电路图，然后根据电路图连接实物图。

13．一多用电表的电阻档有三个倍率，分别是×1、×10、×100。

用×10档测量某电阻时，操作步骤正确，发现表头指针偏转角度很小，为了较准确地进行测量，应换到______档。

如果换档后立即用表笔连接待测电阻进行读数，那么缺少的步骤是______，若补上该步骤后测量，表盘的示数如图，则该电阻的阻值是_______Ω。

14．一学生用多用电表测电阻。

他在实验中有违反使用规则之处。

他的主要实验步骤如下：

①选择开