以下是一道高一物理电路的改装题及例题:
【原题】
某同学为了测定一只电压表的内阻,给定器材如下:待测电压表(量程3V,内阻约为几千欧姆);电流表A(量程300mA);电阻箱(最大阻值为9999Ω);电源E(电动势为4V,内阻不计);滑动变阻器一只(最大阻值约为50Ω);单刀单掷开关K一个,导线若干。
(1)画出实验电路图;
(2)根据实验数据得到电压表内阻的表达式为Rg = 256.7r/I,式中I为电流表读数,r为电阻箱读数。请指出该实验的不足之处并说明理由。
【解题思路】
(1)根据题目所给器材,可以画出如下的实验电路图:电源E、开关K、滑动变阻器、电流表A和电阻箱串联起来,电压表并联在电阻箱两端。
(2)该实验的不足之处在于没有考虑电流表内阻对测量结果的影响。由于电流表的内阻未知,因此无法准确测量电压表内阻。
【例题】
某实验室有一台电源电压为6V的直流稳压电源,需要将其改装成电压为6V的直流电压表。实验室提供的器材有:电源E(电动势为9V,内阻不计);电流表A(量程为0~5mA,内阻约为20Ω);滑动变阻器R(最大阻值为10Ω);单刀单掷开关K一个,导线若干。请回答以下问题:
(1)画出实验电路图;
(2)写出实验步骤;
(3)若电流表读数为I,电压表读数为U,则电压表内阻的计算式为Rg = ____________。
【解题思路】
(1)根据题目所给器材,可以画出如下的实验电路图:电源E、开关K、滑动变阻器、电流表A和待测电源串联起来,电压表并联在滑动变阻器两端。
(2)实验步骤如下:
1. 连接好电路,将滑动变阻器调到最大;
2. 闭合开关K,调节滑动变阻器,使电流表读数达到满刻度;
3. 保持滑动变阻器位置不动,断开开关K;
4. 将电压表并联在待测电源两端,记录电压表读数U和电流表读数I;
5. 多次重复实验步骤3和4,求出平均值作为最终结果。
(3)根据题目中的实验数据,可以得到电压表内阻的计算式为Rg = (U/I) × (Rg/r),其中Rg为待测电源的内阻,r为电流表内阻。因此,本题中电压表内阻的计算式为Rg = (6/5mA) × (10Ω) = 120Ω。
以下是一道高一物理电路的改装题及解析:
问题:有一个电池组,电动势为18V,内阻为2欧姆。现在需要将其改装成电压表,使用时要求量程为0~3V。求:
1. 需要串联多大的电阻?
2. 改装后电压表的读数范围是多少?
解析:
1. 为了将电池组改装成电压表,需要串联一个电阻,使得通过串联电阻的电流与电池组的电流相等。根据串联电路的电压分配规律,可得到串联电阻的阻值:
R串 = (E - U表) / I = (18 - 3) / 16 = 1.5欧姆
2. 改装后电压表的读数范围为0~3V,由于串联电阻的分压作用,实际电压表读数应为:U表 = E - I(R电池 + R串) = 18 - 1.5 × 2 = 14V
因此,电压表的读数范围为14V~3V。
例题:有一个电池组,电动势为6V,内阻为2欧姆。现在需要将其改装成电流表,使用时要求量程为0~0.6A。求:
1. 需要并联多大的电阻?
2. 改装后电流表的读数范围是多少?
解析:
1. 为了将电池组改装成电流表,需要并联一个电阻,使得通过并联电阻的电流与电池组的电流相等。根据并联电路的分流规律,可得到并联电阻的阻值:
R并 = I / (I - I电池) = 0.6 / (0.6 - 6) = 5欧姆
2. 改装后电流表的读数范围为0~0.6A,由于并联电阻的分流作用,实际电流表读数应为:I表 = I电池 + I并 = 6 + 0.6 = 6.6A
因此,电流表的读数范围为6.6A~0.6A。
高一物理电路的改装题和相关例题常见问题
一、电源的改装
1. 电源的电动势和内阻的大小对电源的改装有何影响?
答:电源的电动势越大,电源的输出电压就越高,改装效果越好。电源的内阻越大,输出电压就越高,但电源的输出电流就越小,对电源的使用寿命有影响。
2. 怎样用电压表和电流表测量电源的电动势和内电阻?
答:可以使用电压表和电流表分别测量电源的路端电压和电流,再根据欧姆定律计算出电源的电动势和内电阻。也可以使用伏安法,通过实验数据求出电源的电动势和内电阻。
二、电流表的改装
1. 如何将小量程的电流表改装成大量程的电流表?
答:可以通过串联一个大电阻的方法将小量程的电流表改装成大量程的电流表。这样做的原理是串联电路中电流处处相等,通过串联电阻的分流作用,使得大量程的电流表内阻增大,分流作用减弱,从而起到扩大量程的作用。
2. 如何用改装后的电流表测量微小电流?
答:可以使用并联分流的方法用改装后的电流表测量微小电流。具体做法是在改装后的电流表上并联一个小电阻,这样当微小电流通过改装后的电流表时,大部分电流会通过小电阻分流,从而起到放大微小电流的作用。
三、电压表的改装
1. 如何将小量程的电压表改装成大量程的电压表?
答:可以通过并联一个大电阻的方法将小量程的电压表改装成大量程的电压表。这样做的原理是并联电路中电压处处相等,通过并联电阻的分压作用,使得大量程的电压表内阻减小,分压作用减弱,从而起到扩大量程的作用。
例题:
【例1】有一个小量程电流表G(内阻Rg=100Ω),满偏电流Ig=1mA,改装成一个量程为3V的电压表。需要( )
A. 在G表两端并联一个3000Ω的电阻B. 在G表两端并联一个3kΩ的电阻C. 在G表两端串联一个3kΩ的电阻D. 在G表两端串联一个3000Ω的电阻
【分析】
把电流表改装成电压表需要串联分压电阻,应用串联电路特点与欧姆定律可以求出串联电阻阻值。本题考查了电压表的改装原理与串并联电路特点的应用,知道电压表的改装原理是解题的前提与关键。
把电流表改装成电压表需要串联分压电阻,应用串联电路特点与欧姆定律可以求出串联电阻阻值。
【解答】
把电流表改装成电压表需要串联分压电阻,应用串联电路特点与欧姆定律可以求出串联电阻阻值:$R = frac{U}{I_{g}} - R_{g} = frac{3}{0.001} - 100 = 2990Omega$;故D正确;ABC错误;
故选D。
【例2】有一个小量程电流表G(内阻Rg=5Ω),满偏电流$Ig = 0.6A$,现要把它改装成一个量程为$3V$的电压表,需要一个阻值为多大的电阻?改装后电压表的内阻为多大?若再把它改装成一个量程为$6A$的电流表,还需要一个阻值为多大的电阻?此时所加的最大电压为多大?
【分析】
把电流表改装成电压表需要串联分压电阻,应用串联电路特点与欧姆定律可以求出串联电阻阻值与内阻;把电流表改装成大量程电流表需要并联分流电阻,应用欧姆定律可以求出并联电阻阻值与最大分担电压。
【解答】
把电流表改装成电压表需要串联分压电阻:$R = frac{U}{I_{g}} - R_{g} = frac{3}{0.6} - 5 = 4Omega$;则改装后电压表的内阻为:$R_{g}^{prime} = frac{U}{I_{g}^{prime}} = frac{3}{6} times 5 = 2.5Omega$;把电流表改装成大量程电流表需要并联分流电阻:$R^{prime} = frac{I_{g}R_{g}}{I_{g}^{prime}} = frac{0