高二物理 第三章 第4节 多用电表电路分析与设计知识精讲 上科版选修3—1

用心 爱心 专心1 高二物理选修高二物理选修 3 3 1 1 第三章第三章 第第 4 4 节节 多用电表电路分析与设计上科版多用电表电路分析与设计上科版 本讲教育信息本讲教育信息 一 教学内容一 教学内容 选修 3 1 多用电表电路分析与设计 二 考点点拨二 考点点拨 本节课的相关内容在高考的实验考查中可以说是必考内容 是需要重点掌握的内容 三 跨越障碍三 跨越障碍 一 电表的改装 1 电压表的改装 1 将满偏电压为 内阻为的小量程电流表改装成量程为 U 的电压表 需要 g U g R 串联一个大电阻 2 将量程为 内阻为的小量程电流表改装成量程为 U 的电压表 量程扩大 g U g R 倍数为 需要串联的电阻为 R串 n 1 g U U n g R 3 改装后的电压表内阻很大 并联在电路中时 可作断路处理 2 电流表的改装 1 将满偏电流为 内阻为的小量程电流表改装成量程为的电流表 需要并 g I g RI 联一个小电阻 2 将满偏电流为 内阻为的小量程电流表改装成量程为的电流表 量程扩 g I g RI 大倍数为 需要并联的电阻为 R并 g I I n 1 n Rg 3 改装后的电流表内阻很小 串联在电路中时 可作短路处理 注意 电表的改装原理属于串并联电路特点的应用 改装电路的设计除要遵守串并联 电路的规律之外 还要考虑电路的安全性和方便性 用心 爱心 专心2 注意 1 电表改装的问题实际上是串并联电路中电流 电压的计算问题 只要把表 头看成一个电阻即可 g R 2 无论表头改装成电压表还是电流表 它的三个参量 是不变的 即 g U g I g R 通过表头的最大电流并不改变 3 电表的校对 按图所示的电路对改装成的电表进行校对 校对时注意搞清楚改装后电表刻度盘每一 小格表示多大的数值 4 电流表 电压表在测量时对电路的影响 a 测电压时 电压表由于并联在电路中 使整个电路的电阻减小 电压表量程越大 内阻越大 测量时对电路的影响越小 b 测电流时 电流表由于串联在电路中 使整个电路的电阻增大 电流表量程越大 内阻越小 测量时对电路的影响越小 注意 实际测量时 并不是所选电表的量程越大越好 如果电表量程太大 测量时指 针偏角就太小 读数时误差较大 所以使用时应选择适当的量程 既要确保所测电压 电 流的最大值不超出仪表的量程 又要使测量时表针偏转角的大小合适 二 测量电阻的方法 伏安法 1 测量原理 根据欧姆定律 用电压表测出电阻两端的电压 用电流表测出通过电阻的电流 I U R 用心 爱心 专心3 从而求出电阻的测量方法叫伏安法 2 伏安法测电阻的两种接法 如图中 a 就是电流表的外接法 b 就是电流表的内接法 伏安法测电阻是欧姆定律的具体应用 在测量时 若采用电流表外接 由于电压表的 分流作用 电流表测出的电流比通过电阻 R 的电流要大一些 所以采用电流表外接法测电 阻计算出的电阻要比真实值小些 若采用电流表内接 由于电流表的分压 电压表测出的 电压比电阻 R 两端的电压要大一些 故采用内接法所测的电阻比真实值要大一些 当时用外接法 测量值比真实值小 xV RR 当时用内接法 测量值比真实值大 Ax RR 三 滑动变阻器的两种接法 1 滑动变阻器的限流接法 限流电路如图所示 其中滑动变阻器的作用是用来控制电路中的电流 移动滑动变阻 器的滑动触头 P 可以改变连入电路中的阻值 从而控制负载 R 中的电流大小 图中滑动触 头滑至 B 端时 连入电路中的电阻值为最大值 此时电流最小 因此 在一些具体电路中 在闭合开关前 应使 P 移至 B 端 设电源电压为 E 则负载电压的变化范围为 E 0 RR RE 2 滑动变阻器的分压接法 分压电路如图所示 其中滑动变阻器的作用是用来调节负载 R 上的电压 由电路分析 可知 连接方式为 AP 间的电阻与 R 并联 然后与 PB 间的电阻串联 因此当滑动触头由 A 向 B 移动时 加在 R 上的电压逐渐增大 所以 在一些具体电路中 在闭合开关之前 应使 P 移到 A 端 此时 R 上的电压为零 设电源电压为 E 则负载电压的变化范围为 0 E 3 两种接法的比较 限流接法起降压 限流作用 分压接法起分压 分流作用 限流接法时 负载电压 电流的调节范围比分压电路小 在同样的负载电压下 电路 消耗的功率比分压电路小 4 滑动变阻器用分压式还是限流式的选择原则 用心 爱心 专心4 1 要求用电器的电压从零开始可连续变化 只能选分压式 2 题目所提供的实验仪器 电表量程或电阻的最大允许电流不够大 则应选分压式 3 当变阻器电阻远小于用电器电阻 即时 应用分压式 此时 用电部 x RR 0 分可看成断路 用电器电压变化均匀 4 若无 1 2 中的问题 且差不多 分压 限流都可以时 考虑到限流 x RR 和 0 时能耗小 应采取限流式 5 当有两个变阻器供选择 在满足电压 电流调节范围的情况下 选小电阻 这样 调节的电压 电流变化就较均匀 移动相同的距离 阻值变化小 注意 滑动变阻器接入电路时 金属杆的两个端点不能同时接入电路 否则电流从 金属杆流过而造成滑动变阻器短路 在限流电路中 一般变阻器上 下各有一个接线柱接入电路 分压电路中变阻器上 电阻丝两端的接线柱同时接入电路 而金属杆两端的接线柱只能有一个接入电路 典型例题典型例题 例例 1 某电流表内阻为 200 满偏电流为 2 mA 如按图 a b 改装成量 g R g I 程为 0 1A 和 l A 两个量程的电流表 试求在图 a b 两种情况下 R1和 R2各为多少 解析 解析 当电流达到改装后电流表的量程时 表头的电流达到满偏电流 按照并联电 g I 路的有关知识进行求解 按图 a 接法 量程为 0 1A 时 由并联电路中电流跟电阻成反比可得 08 4 200 1021 0 102 3 3 1 1g g g R II I R 4 0200 1021 102 3 3 2 2g g g R II I R 按图 b 接法 量程为 1 A 时 R2和串联后与 Rl并联 g R 分别得 12 1 RIRRI ggg 1 0 21 RRIRI ggg 解得 R1 0 41 R2 3 67 通过本例可以学到改装两个量程的电流表的两种方法 其中 b 图接法比 a 图接 法好 虽图 a 接法中各分流电阻独立 便于计算和调节 但万一开关 S 接触不良 没有 接通 或测量时交换量程的过程中 电流全部流经表头 将把表头烧坏 例例 2 将满偏电流 300 内阻未知的电流表改装成电压表并进行核对 g IA G 用心 爱心 专心5 1 利用如图所示的电路测量电流表的内阻 图中电源的电动势 E 4V 先闭合G 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 使电流表指 R 针偏转到满刻度的 读出此时的阻值为 200 则电流表内阻的测量值 3 2 R g R 2 将该表改装成量程为 3 V 的电压表 需 填 串联 或 并联 阻值 为 R0 的电阻 3 把改装好的电压表与标准电压表进行核对 试画出实验电路图和实物连接图 解析 解析 将电阻箱与电流表 G 并联后 由于并联电阻比滑动变阻器的电阻小得多 可以 认为电路中电流不变 根据变阻箱与电流表 G 的电流关系求出电阻关系 校对电表要求各 个部分的电压都要进行校对 需要采用分压式接法 1 闭合 S2后 电流表 G 与并联 流过电流表的电流为 则流过的电流 R 3 2 g I R 为 由并联电路的分流特点知 3 g I 100 2 R Rg 2 将该表改装为量程为 3 V 的电压表 需串联一个分压电阻 R0 9900 10300 100103003 3 6 6 0 g gg I RI R 3 如图 例例 3 如图所示为用伏安法测定一个定值电阻阻值实验所需的器材实物图 器材规格如 下 用心 爱心 专心6 1 待测电阻 约 100 x R 2 直流毫安表 量程 0 20 mA 内阻 50 3 直流电压表 量程 0 3 V 内阻 5 k 4 直流电源 输出电压 6 V 5 滑动变阻器 阻值范围 0 15 允许最大电流 1 A 6 开关 1 个 导线若干 根据器材规格及实验要求 在本题的实物图上连线 解析 解析 先根据待测电阻确定电流表应选用内接法还是外接法 然后分析实验电路 确 定滑动变阻器的接法 限流式或分压式接法 1 先确定采用电流表的内接电路还是外接电路 不满足内接 2 50 100 A x R R 的要求 又 满足电流表外接的要求 所以电流表应外接 50 100 5000 x V R R xV RR 2 再确定变阻器是采用限流式还是分压式接法 若采用限流式 则滑动变阻器阻值达到最大时 电路中电流达到最小 已超过电流表量程 故必须采用滑动变阻器分压式电路 mA RRR E I Ax 36 min 实验电路和实物连线如图所示 四 小结四 小结 本节主要是实验的相关内容 要注重在理解的基础上记忆 要会举一反三 五 预习导学 选修五 预习导学 选修 3 1 第三章第五节逻辑电路与集成电路第三章第五节逻辑电路与集成电路 1 逻辑电路是 2 在门电路中通常规定 断 为 通 为 3 三种基本的门电路是 4 集成电路是 模拟试题模拟试题 答题时间 45 分钟 1 一个电流表的满偏电流 1 mA 内电阻为 200 现要把它改装成一个量程为 0 5 g I 用心 爱心 专心7 A 的电流表 则应在电流表上 A 并联一个 0 4的电阻 B 串联一个 0 4的电阻 C 并联一个 200的电阻 D 串联一个 200的电阻 2 关于电流表和电压表 下列说法中正确的是 A 理想电压表和电流表的内阻不计 是因为它们都为零 B 理想电压表和电流表的内阻不计 是因为它们都极大 C 理想电压表的内阻极大 而理想电流表的内阻为零 D 在电路中 理想电压表可认为短路 理想电流表可认为开路 3 以下关于电流表和电压表的说法正确的是 A 都是由电流表 G 与电阻并联改装而成的 B 都是由电流表 G 与电阻串联改装而成的 C 它们本身都有内阻 且电流表内阻很大 电压表内阻很小 D 电流表内阻肯定比用来改装的电流表 G 的内阻小 而电压表内阻肯定比用来改装 的电流表 G 的内阻大 4 电流表 G 的内阻为 用它测量电压时 量程为 U 用它改装成较大量程的电流 g R 表的内阻是 RA 量程为 则这些物理量之间的关系正确的是I A B gA RR g R I U gA RR I U C D gA RR g R I U gA RR I U 5 一个电流表 刻度盘的每一小格代表 1 内阻为 如果把它改装成量程较大的A g R 电流表 刻度盘的每一小格代表 n 则A A 给它串联一个电阻 阻值为 n g R B 给它串联一个电阻 阻值为 n 1 g R C 给它并联一个电阻 阻值为nRg D 给它并联一个电阻 阻值为 1 nRg 6 将一块内阻为 600 满偏电流为 50的电流表 G 改装成量程为 0 6A 的电流表 A 应该 联一个阻值为 的电阻 改装后的电流表的内阻为 7 有一个电压表的量程为 3 V 内阻为 900 由于没有电流表 需要将其改装成一 个量程为 0 6 A 的电流表 则应该 联一个阻值为 的电阻 当用改装好的电 流表去测某电流时 指针的读数为 1 2 V 则对应的电流为 A 8 某待测电阻约为 100 直流毫安表 量程 0 10 mA 内阻 50 直流电压表 量程 0 3 V 内阻 5 k 要准确地测量待测电阻的阻值 需要用 接法 测量值比真实 值偏 9 有下列器材 要用伏安法较准确地测定一个约几十欧的电阻 假设电阻不随温度变化 备用器材有 A 电流表 0 0 6 A 内阻 2 B 电压表 0 15 V 内阻 15 k 用心 爱心 专心8 C 滑动变阻器 0 200 D 蓄电池 12 V E 电键和导线 可采用的电路是图中的 10 一个电压表由电流表 G 和电阻 R 串联而成 如图所示 若在使用中发现电压表的 示数总比准确值稍小一些 采取下列哪种措施可以改进 A 在 R 上串联一个比 R 小得多的电阻 B 在 R 上串联一个比 R 大得多的电阻 C 在 R 上并联一个比 R 小得多的电阻 D 在 R 上并联一个比 R 大得多的电阻 11 电压表 V1 V2是由两个完全相同的 表头改装而成 两改装的电压表的量程分别为 0 1 V 0 3 V 现将两个电压表串联起来 接在电路中 如图所示 则两电压表指针偏 转的角度之比为 A 1 3 B 3 1 C 1 1 D 不能确定 12 用电压表 V1和 V2分别测量图中 a b 两点间的电压 读数分别是 12 7V 和 12 3V 则下列结论中正确的是 A a b 两点间的实际电压略大于 12 7 V B a b 两点间的实际电压略小于 12 7 V C 电压表 Vl的内阻大于电压表 V2的内阻 D 电压表 Vl的内阻小于电压表 V2的内阻 13 一个电流表 G 的内阻为 36 刻度盘上共有刻度 20 格 当通入 100 mA 的电流时 指针偏转了 4 格 当该电流表 G 接入 4的分流电阻而改装成电流表 A 时 其量程是 A 若接入 144的分压电阻而改装成电压表 V 时 其量程是 V 14 有一只量程为 1 mA 的小量程电流表 刻度共 50 格 若给它并联一个 0 01的电阻 则可将它改装成一个量程为 1 A 的电流表 若要把这个量程为 1 mA 的电流表改装成一个 量程为 10 V 的电压表 应在电流表上串联 的电阻 将这个电压表接在某段电路上 指针偏转 40 格 这段电路两端的电压是 V 用心 爱心 专心9 试题答案试题答案 1 A 解析 RIIRI ggg 4 0R 2 C 解析 电压表电阻大相当于断路 电流表内阻小相当于短路 3 D 解析 电压表改装时串联一个大电阻 总电阻变大 电流表改装时