Question

12．电学实验补充题
把电流表改装成电压表的实验中，所用电流表G的满偏电流I_g为200μA，内阻r_g估计在400Ω-600Ω之间．现用如图1的电路测定电流表的内阻r_g，其供选用的器材如下：
A．滑动变阻器（阻值范围0～200Ω）
B．滑动变阻器（阻值范围0～40KΩ）
C．滑动变阻器（阻值范围0～60KΩ）
D．电阻箱（阻值范围0～999.9Ω）
E．电阻箱（阻值范围0～99.9Ω）
F．电源（电动势6V，内阻约为0.3Ω）
G．电源（电动势12V，内阻约为0.6Ω）
H．电源（电动势20V，内阻约为1Ω）
I．校对电流表 G′（满偏电流为500μA，内阻未知）
（1）依据实验要求，R应选用C、R′应选用D，电源E应选用F．（填入选用器材前的字母代号）
（2）该实验操作的步骤有：
①接通S₁，调节电阻R，使电流表指针偏转到满刻度
②接通S₂，调节电阻R′，使电流表指针偏转到满刻度的一半
③读出R′的阻值，即认为r_g=R′
接通S₁之前，电阻R的滑片应位于a端（填“a端”、“b端”或“ab中间”），用此方法测得电流表内阻的测量值与真实值相比偏小（填“偏大”、“不变”或“偏小”）
（3）由此实验测出电流表内阻r_g=500Ω，现通过串联一个24.5kΩ的电阻把它改装成为一个电压表，则改装后电压表的量程为5V．
（4）用改装的电压表测量某一恒压电源的电压，则改装电压表的示数偏小（选填“大”或“小”）
（5）采用如图所示的电路测电流表G的内阻总会有系统误差．某同学在图中的干路上串联一个校对电流表G′，其目的是保证电键S₂闭合后干路上的总电流一直不变．请问电键S₂闭合后应将滑动变阻器的R稍微向a滑动（填“a”或“b”）

Answer 1

分析 （1）选择实验器材：因并联电阻后认为总电流不变，则要求所串的电阻要大，所并联的电阻要与电流表的内阻相当故R应选大的，R′应选小的．因总电阻要大故所选电动势要大一些．
（2）滑动变阻器采用限流接法，为保护电路安全闭合开关前滑片要置于阻值最大处；应用串并联电路特点与欧姆定律分析实验误差．
（3）应用串联电路特点与欧姆定律可以求出电压表的量程．
（4）根据串联电路特点与欧姆定律分析实验误差．
（5）根据并联电路特点判断开关闭合后电路电阻阻值如何变化，然后应用欧姆定律分析答题．

解答 解：（1）闭合开关S₂后电流表与电阻箱的并联阻值变小，电路总电流变大，串联在干路中的滑动变阻器阻值越大，闭合开关引起的电路电流变化越小，实验误差越小，为减小实验误差应选择最大阻值较大的滑动变阻器，因此滑动变阻器R应选择C；电阻箱阻值应与电流表内阻相差不多，电流表内阻r_g估计在400Ω-600Ω之间，则电阻箱R′应选D；电源内阻越小实验误差越小，因此电源应选F．
（2）滑动变阻器采用分压接法，为保护电路安全，接通S₁之前，电阻R的滑片应位于a端；
当S₂闭合时，R′和r_g并联，并联后总阻值R_并＜r_g，而电阻R不变，S₂闭合后干路总电阻变小，干路电流比闭合前的总电流要大，即电流大于I_g，而此时电流表支路的电流等于$\frac{{I}_{g}}{2}$，那么R′支路的电流要大于$\frac{{I}_{g}}{2}$，那么R′的电阻肯定要小于R_g，所以用此方法测量的电流表内阻的测量值比真实值要偏小．
（3）改装后电压表的量程：U=I_g（R_g+R）=200×10^-6×（500+24.5×10³）=5V．
（4）用半偏法测得的电流表内阻偏小，改装后电压表内阻偏小，由U=IR可知，改装后电压表量程偏小．
（5）电键S₂闭合后电流表与电阻箱并联阻值减小，为保证干路电流不变，应保证电路总阻值不变，滑动变阻器接入电路的电阻应变大，滑动变阻器滑片应向a端稍微移动．
故答案为：（1）C；D；F；（2）a端；偏小；（3）5；（4）小；（5）a．

点评 本题考查半偏法测电流表内阻、电压表的改装，知道半偏法测内阻的原理与电压表的改装原理、应用串并联电路特点与欧姆定律即可正确解题；要会应用串并联电路特点与欧姆定律分析实验误差．