题目内容

20.研究性学习小组围绕一个量程为30mA的电流计展开探究.
(1)为测量该电流计的内阻,同学甲设计了如图(a)所示电路.图中电源电动势未知,内阻不计.闭合
开关,将电阻箱阻值调到20Ω时,电流计恰好满偏;将电阻箱阻值调到95Ω时,电流计指针指在如图(b)所示位置,则电流计的读数为12.0mA.由以上数据可得电流计的内阻Rg=630Ω.
(2)同学乙将甲设计的电路稍作改变,在电流计两端接上两个表笔,如图(c)所示,设计出一个简易的欧姆表,并将表盘的电流刻度转换为电阻刻度:闭合开关,将两表笔断开,调节电阻箱,使指针指在“30mA”处,此处刻度应标阻值为∞Ω(填“0”或“∞”);再保持电阻箱阻值不变,在两表笔间接不同阻值的已知电阻找出对应的电流刻度.则“10mA”处对应表笔间电阻阻值为6Ω.
(3)若该欧姆表使用一段时间后,电池内阻变大不能忽略,电动势不变,但将两表笔断开,调节电阻箱指针仍能满偏,按正确使用方法再进行测量,其测量结果与原结果相比将不变(填“变大”、“变小”或“不变”).

分析 (1)由图示电流表表盘确定其分度值,读出其示数;应用闭合电路欧姆定律求出电流表内阻.
(2)欧姆表的工作原理是闭合电路的欧姆定律,应用闭合电路欧姆定律分析答题.
(3)根据闭合电路的欧姆定律分析实验误差.

解答 解:(1)由图(b)所示表盘可知,其分度值为1mA,示数为12.0mA,
将电阻箱阻值调到20Ω时,电流计恰好满偏,
根据闭合电路欧姆定律:E=Ig(R+Rg),即E=0.03(20+Rg)…①
将电阻箱阻值调到95Ω时,电流计的读数为12mA,
根据闭合电路欧姆定律:E=0.012(95+Rg)…②
联立①②得:Rg=30Ω
(2)将两表笔断开,即相当于所测电阻无穷大,则指针指在“30mA”处,此处刻度应标阻值为∞;
根据闭合电路欧姆定律将两表笔断开时有:Ig=$\frac{E}{r+R+{R}_{g}}$=30mA…①,
当两表笔接上电阻RX时有:I干=$\frac{E}{r+R+{R}_{g}+{R}_{X}}$…②,
根据分流公式可得通过电流表的电流为:I=$\frac{{R}_{X}}{{R}_{g}+{R}_{X}}$…③
联立①②③并将E=1.5V,Rg=30Ω,代入解得:Rx=6Ω.
根据闭合电路欧姆定律可知电池新时有:Ig=$\frac{E}{r+{R}_{g}+R}$=$\frac{E}{(r+R)+{R}_{g}}$,
测量电阻时电流表示数为:I=$\frac{E}{(R+r)+\frac{{R}_{g}{R}_{X}}{{R}_{g}+{R}_{X}}}$,
欧姆表用一段时间调零时有:Ig=$\frac{E}{r′+{R}_{g}+R′}$=$\frac{E}{(r′+R′)+{R}_{g}}$,
测量电阻时:I=$\frac{E}{(r′+R′)+\frac{{R}_{g}{R}_{X}′}{{R}_{g+{R}_{X}′}}}$,比较可知r+R=r′+R′,
所以若电流相同则Rx=Rx′,即测量结果不变.
故答案为:(1)12.0;30;(2)∞;6;(3)不变.

点评 此题的易错之处在于两表笔不是接在干路上,而是接在电流表两端,故应根据电路图结合分流公式写出通过电流表的电流表达式,在解方程得出结果.

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