Question

12．電學(xué)實驗補充題
把電流表改裝成電壓表的實驗中，所用電流表G的滿偏電流I_g為200μA，內(nèi)阻r_g估計在400Ω-600Ω之間．現(xiàn)用如圖1的電路測定電流表的內(nèi)阻r_g，其供選用的器材如下：
A．滑動變阻器（阻值范圍0～200Ω）
B．滑動變阻器（阻值范圍0～40KΩ）
C．滑動變阻器（阻值范圍0～60KΩ）
D．電阻箱（阻值范圍0～999.9Ω）
E．電阻箱（阻值范圍0～99.9Ω）
F．電源（電動勢6V，內(nèi)阻約為0.3Ω）
G．電源（電動勢12V，內(nèi)阻約為0.6Ω）
H．電源（電動勢20V，內(nèi)阻約為1Ω）
I．校對電流表 G′（滿偏電流為500μA，內(nèi)阻未知）
（1）依據(jù)實驗要求，R應(yīng)選用C、R′應(yīng)選用D，電源E應(yīng)選用F．（填入選用器材前的字母代號）
（2）該實驗操作的步驟有：
①接通S₁，調(diào)節(jié)電阻R，使電流表指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度
②接通S₂，調(diào)節(jié)電阻R′，使電流表指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半
③讀出R′的阻值，即認(rèn)為r_g=R′
接通S₁之前，電阻R的滑片應(yīng)位于a端（填“a端”、“b端”或“ab中間”），用此方法測得電流表內(nèi)阻的測量值與真實值相比偏小（填“偏大”、“不變”或“偏小”）
（3）由此實驗測出電流表內(nèi)阻r_g=500Ω，現(xiàn)通過串聯(lián)一個24.5kΩ的電阻把它改裝成為一個電壓表，則改裝后電壓表的量程為5V．
（4）用改裝的電壓表測量某一恒壓電源的電壓，則改裝電壓表的示數(shù)偏小（選填“大”或“小”）
（5）采用如圖所示的電路測電流表G的內(nèi)阻總會有系統(tǒng)誤差．某同學(xué)在圖中的干路上串聯(lián)一個校對電流表G′，其目的是保證電鍵S₂閉合后干路上的總電流一直不變．請問電鍵S₂閉合后應(yīng)將滑動變阻器的R稍微向a滑動（填“a”或“b”）

Answer 1

分析 （1）選擇實驗器材：因并聯(lián)電阻后認(rèn)為總電流不變，則要求所串的電阻要大，所并聯(lián)的電阻要與電流表的內(nèi)阻相當(dāng)故R應(yīng)選大的，R′應(yīng)選小的．因總電阻要大故所選電動勢要大一些．
（2）滑動變阻器采用限流接法，為保護電路安全閉合開關(guān)前滑片要置于阻值最大處；應(yīng)用串并聯(lián)電路特點與歐姆定律分析實驗誤差．
（3）應(yīng)用串聯(lián)電路特點與歐姆定律可以求出電壓表的量程．
（4）根據(jù)串聯(lián)電路特點與歐姆定律分析實驗誤差．
（5）根據(jù)并聯(lián)電路特點判斷開關(guān)閉合后電路電阻阻值如何變化，然后應(yīng)用歐姆定律分析答題．

解答 解：（1）閉合開關(guān)S₂后電流表與電阻箱的并聯(lián)阻值變小，電路總電流變大，串聯(lián)在干路中的滑動變阻器阻值越大，閉合開關(guān)引起的電路電流變化越小，實驗誤差越小，為減小實驗誤差應(yīng)選擇最大阻值較大的滑動變阻器，因此滑動變阻器R應(yīng)選擇C；電阻箱阻值應(yīng)與電流表內(nèi)阻相差不多，電流表內(nèi)阻r_g估計在400Ω-600Ω之間，則電阻箱R′應(yīng)選D；電源內(nèi)阻越小實驗誤差越小，因此電源應(yīng)選F．
（2）滑動變阻器采用分壓接法，為保護電路安全，接通S₁之前，電阻R的滑片應(yīng)位于a端；
當(dāng)S₂閉合時，R′和r_g并聯(lián)，并聯(lián)后總阻值R_并＜r_g，而電阻R不變，S₂閉合后干路總電阻變小，干路電流比閉合前的總電流要大，即電流大于I_g，而此時電流表支路的電流等于$\frac{{I}_{g}}{2}$，那么R′支路的電流要大于$\frac{{I}_{g}}{2}$，那么R′的電阻肯定要小于R_g，所以用此方法測量的電流表內(nèi)阻的測量值比真實值要偏�。�
（3）改裝后電壓表的量程：U=I_g（R_g+R）=200×10^-6×（500+24.5×10³）=5V．
（4）用半偏法測得的電流表內(nèi)阻偏小，改裝后電壓表內(nèi)阻偏小，由U=IR可知，改裝后電壓表量程偏�。�
（5）電鍵S₂閉合后電流表與電阻箱并聯(lián)阻值減小，為保證干路電流不變，應(yīng)保證電路總阻值不變，滑動變阻器接入電路的電阻應(yīng)變大，滑動變阻器滑片應(yīng)向a端稍微移動．
故答案為：（1）C；D；F；（2）a端；偏小；（3）5；（4）��；（5）a．

點評 本題考查半偏法測電流表內(nèi)阻、電壓表的改裝，知道半偏法測內(nèi)阻的原理與電壓表的改裝原理、應(yīng)用串并聯(lián)電路特點與歐姆定律即可正確解題；要會應(yīng)用串并聯(lián)電路特點與歐姆定律分析實驗誤差．