开封高中2013届电学实验讲义1--电表的改装和读数滑动变阻器的连接

高中物理电学实验讲义滑动变阻器的分压、限流接法：滑动变阻器在电路中主要有两种连接方式：如图（甲）为限流式接法；如图（乙）是分压式接法，接线方式是电源与滑动变阻器组成闭合电路，而被测电路与滑动变阻器的一部甲乙分电阻并联，该接法对待测电阻供电电压的调节可以从0开始。

选取接法的原则：要求负载上电压或电流变化范围大，且从零开始连续可调，须用分压式接法。

描绘小电珠的伏安特性曲线实验器材：干电池、电压表、电流表、滑动变阻器、小灯泡、开关，导线实验步骤：分框分步连接电路，调节滑动变阻器，记录多组U、I数据，得到I-U图线。

注意事项:①小灯泡的电阻会随着电压的升高，灯丝温度的升高而增大，所以得出的U-I曲线不是直线。

②灯泡两端的电压应该由零逐渐增大到额定电压(电压变化范围大)。

所以滑动变阻器必须选用分压接法。

③开始时滑动触头应该位于最小分压端（使小灯泡两端的电压为零）。

④实验结论：灯丝的电阻随电压升高而增大。

练习使用多用电表实验步骤：1．机械调零，用小螺丝刀旋动定位螺丝使指针指在左端电流零刻度处，并将红、黑表笔分别接入“+”、“－”插孔。

2．选挡：选择开关置于欧姆表“×1”挡。

3．短接欧姆调零：在表笔短接时调整欧姆挡的调零旋钮使指针指在右端电阻零刻度处。

4．测量读数:将表笔搭接在待测电阻两端,读出阻值,随即断开表笔。

5．换一个待测电阻，重复以上2、3、4过程。

6．多用电表用完后，将选择开关置于“OFF ”挡或交变电压的最高挡，拔出表笔。

注意事项:1． 每次换档必须重新欧姆调零。

2． 选择合适的倍率档，使指针在刻度表中间附近时误差较小。

若指针偏角太大，应改换低挡位；若指针偏角太小，应改换高挡位。

每次换挡后均要重新短接调零，读数时应将指针示数乘以挡位倍率。

3． 不能用两手同时握住两表笔金属部分测电阻。

4． 测电阻前，必须把待测电阻同其它电路断开。

5． 测完电阻，要拔出表笔，并把选择开关置于“OFF ”档或交流电压最高档。

实验：把电流表改装成大量程电流表和电压表弥勒市第四中学 张辉一、实验目的：1、用半偏法测电流表的内阻2、将电流表改装为电压表二、实验仪器电流计（表头） 滑动变阻器 开关 电阻箱 电源 导线若干三、实验原理电表在电学测量中有着广泛的应用，因此如何了解电表和使用电表就显得十分重要。

电流计（表头）由于构造的原因，一般只能测量较小的电流和电压，如果要用它来测量较大的电流或电压，就必须进行该装，以扩大其量程。

万用表的原理就是对微安表头进行多量程改装而来，在电路的测量和故障检测中得到了广泛的应用。

常见的磁电式电流计主要由放在永久磁场中的由细漆包线绕制的可以转动的线圈、用来产生机械反力矩的游丝、指示用的指针和永久磁铁所组成。

当电流通过线圈时，载流线圈在磁场中就产生一磁力矩M 磁，使线圈转动并带动指针偏转。

线圈偏转角度的大小与线圈通过的电流大小成正比，所以可由指针的偏转角度直接指示出电流值。

用Ig 表示电流计（表头）的满偏电流，Ug 表示电流计（表头）的满偏电压，Rg 表示电流计的内阻，则Ug=IgRg 即：满偏电压等于满偏电流与内阻的乘积。

1、把内阻为Rg ，满偏电流为Ig 的电流计改装成量程为U 的电压表。

所谓改装成量程为U 的电压表，其实质就是在电流计的两端加上U 的电压电流计刚好满偏，如图1所示为即将要改装的电流计，但是我们不能直接把电压U 加在电流计两端，因为电流计的满偏电压Ug=IgUg 非常小会烧坏电流计。

为了使电流计两端加上U 的电压而使电流计刚好满偏，得在电流计上串联一个电阻R 来分压，如图2所示当串联一个电阻R 后，在电流计G 和R 电阻的两端加上U 的电压，在R 的阻值为某一值时，电流计G 两端的电压刚好为满偏电压Ug ，那么如图3所示 虚线框内电流计和电阻R 就可以看成是一个量程为U 的电压表。

R=3、把内阻为Rg ，满偏电流为Ig 的电流计改装成量程为I 的电流表，所谓改装成量程为I 的电流表，其实质就是在电流计的两端加上I 的电流，电流计刚好满偏，如图1所示为即将要改装的电流计，但是我们不能直接把电流I 加在电流计两端，因为电流计的满偏电流Ig 非常小会烧坏电流计，为了使电流计两端加上电流IIg Rg 图1Ig Rg R 图2 图3而使电流计满偏，得在电流计上并联上一个电阻R 来分流，如图4所示，当并联一个电阻R 后，在电流计G 和R 电阻的两端加上I 的电流，在R 的阻值为某一值时，电流计G 两端的电流刚好为满偏电流Ig ，那么如图5所示 虚线框内电流计和电阻R 就可以看成是一个量程为I 的电流表。

高中物理电学实验讲义（精简版）前言：既然是讲电学实验，自然都离不开电表的使用，所以，我们打破教材、教辅常规顺序，从电表的内部结构和工作原理开始，由浅入深逐节讲解近些年高考试题中涉及的电学系列实验知识要点，并将实验结论、误差的产生和控制等复杂的逻辑推理过程尽量归纳为公式、模板或口诀的形式予以简化，并烂熟于心，以便同学们在答题时，提高解题效率，减少不必要的思考和推导过程。

另外，在每一小节单元模块后都附有近十年全国高考实验真题索引，以便于同学们对照学习或自我检查测试。

一、电表的改装1.电表的内部结构及工作原理我们在实验室中使用的电表，如：电流表（安培表）、电压表（伏特表）都是由量程较小的电流表（又称表头G）经过改装而来。

表头G的内部结构主要由两块永久磁铁、金属线圈、螺旋弹簧、指针和表盘等构成。

其工作原理是利用通电金属线圈在磁场中受到安培力的作用发生旋转而制成。

2．表头G的三个参数之间的关系表头的三个参数是指表头线圈电阻Rg 、满偏电流Ig和满偏电压Ug。

三者的关系符合欧姆定律，即：Ig=Ug/Rg3.将小量程的表头G改装为大量程的电流表（安培表）若使扩大后的电流表量程为原来表头满偏电流的n倍（即：n=I/ Ig），则必须给表头G并联．．一个小电阻R来分流多余的电流I R, 如下图。

由并联电路的特点，知：Ig*Rg=（I-Ig）*R又 n=I/ Ig所以，解得：R= Rg/（n-1）…………………公式①（必须熟记）4.将小量程的表头G改装为大量程的电压表（伏特表）若使扩大后的电压表量程为原来表头满偏电压的n倍（即：n=U/Ug），则必须给表头G 串联．．一个大电阻R来分担多余的电压U R,如图：由串联电路的特点，知：U = Ug +（Ug /Rg）*R又 n=U/ Ug所以，解得：R=（n-1）Rg…………………公式②（必须熟记）以上公式①、②很重要，也很好记。

口诀：并小串大（必须熟记）（附：关于“电表改装”相关高考题，如：2019全国Ⅰ卷23题；2018全国Ⅱ卷22题；2016海南卷12题；2015全国Ⅰ卷23题；2013全国Ⅱ卷23题；2010北京卷21题）5.将小量程的表头G改装为欧姆表欧姆表的内部结构是由小量程的电流表表头G、定值电阻R（起保护电路作用）、滑动变阻器R，以及电池等构成。

电表的改装一、电流表量程的扩大——并联一个小电阻由(I-I g) R= I g R gR= I g R g／(I-I g)若I =n I g则 R= I g R g／(I-I g) = R g／(n-1)例. 若电流表的内阻R g=1000Ω, 满偏电流I g=100μA, 怎样把它改装成量程为10mA的电流表？解：R= I g R g／(I-I g) =0.1×1000 ／9.9=10.1Ω或R=R g／(n-1)=1000 ／99=10.1Ω二、双量程电流表、如图示是一个双量程电流表，I g=0.5mA，R g=200 Ω，计算R1和R2的阻值。

解：（R1+R2） (I1-I g) = I g R g①R1+R2= I g R g／(I1-I g) = 100÷0.5=200 ΩI g（R g+ R2）=(I2-I g) R1②（R g+ R2）=(I2-I g) R1／ Ig = 19R1∴R1=20ΩR2=180Ω三、电压表量程的扩大——串联一个大电阻若U=nU g则有例. 若电流表的内阻R g=1000Ω，满偏电流I g=100μA ，怎样把它改装成量程为U=3V的电压表？解：U g=I g R g=0.1V n=U/U g=30 ∴R=(n-1)R g=29000 Ω=29 kΩ四、双量程电压表、如甲、乙图示是一个双量程电压表， I g=1mA，R g=100 Ω，计算R1和R2的阻值。

解：甲图, U g= I g R g =0.1V，n1=30 n2=150R1=（ n1-1）R g=2900 ΩR2=（ n2-1）R g=14900 Ω乙图, 同样求出R1R1=（ n1- 1）R g=2900 ΩR g+R1+R2=15V÷1mA=15 KΩR2= 12 KΩ五、改装电压表的校对电路图如图示V为标准电压表，R为滑动变阻器(分压器接法),虚线框中为改装电压表。

物理高中实验电表改装教案
实验目的：通过改装电表，让学生了解电表的工作原理和调试方法，培养学生动手能力和
创新思维。

实验材料：电表、各种电子元件（例如电阻、电容、电感等）、焊接工具、电源供应器、
示波器等。

实验步骤：
1. 准备工作：将电表的外壳打开，观察电表内部的结构和各部件的布局。

2. 改装电表：根据实验要求，选择合适的电子元件，按照电路图的要求连接到电表的相应
位置，并进行焊接固定。

3. 调试电路：将改装后的电表连接到电源供应器和示波器，调整电源供应器的电压和电流，观察电表的显示情况，并用示波器检测电表输出的波形。

4. 分析实验结果：根据实验结果，结合理论知识分析电表的工作原理和改装效果，总结实
验经验。

实验注意事项：
1. 在操作电子元件和焊接过程中，要注意防止静电和过热，避免损坏元件和设备。

2. 在调试电路时，要小心操作电源供应器和示波器，避免触电或短路。

3. 实验结束后，要做好实验设备和元件的清理和归还工作。

拓展实验：
1. 利用不同类型的电子元件，改装不同功能的电表，如频率表、电阻表等。

2. 结合数字电路原理，设计并改装数字电表，实现更多功能和显示方式的实验。

实验评价：
学生完成实验时能独立进行实验操作，理解电表的工作原理和改装过程，具备一定的动手
能力和创新思维，实验结果符合实验要求，能够合理分析实验结果并总结实验经验。

⼤学物理实验报告电表的改装实验报告电表的改装⼀般电流计（表头）只允许通过微安级（低等级的也有毫安级的）电表，只能测量较⼩的电流或电压。

⽽实际测量的电流和电压都较⼤，要将表头改装，扩⼤其量程，常使⽤的各种电表都是⼯⼚设计、改装完成的。

有些电表为了测量交流电压或电流，在表内配上了整流元件。

关键词：电流计；表头；电流；电压⼀、实验⽬的1．掌握扩⼤电表量程的原理和⽅法；2．了解欧姆表的改装和定标。

⼆、实验原理1．表头的两个参数Ig 和Rg的测定要将表头改装成电表，必须知道表头的两个参数——使表头偏转到满刻度的电流Ig和表头内阻Rg。

这两个参数在表头出⼚时都会给出。

下⾯介绍实验测定这两个参数的⽅法，测量原理和线路如图9-1-1所⽰。

图9-1-1 表头I g，R g测定电路图（1）Ig的测定⾸先置滑线变阻器滑动触点C于输出电压最⼩处（A端），将开关S2合于“1”处时，表头G与微安表串联（图9-1-1中微安表⽐待测表头有较⾼准确度的“标准表”，若改⽤mA 级表头，则“标准表”相应地改为较⾼级别的mA表）。

接通开关S1，移动滑动触点C，逐渐增⼤输出电压，使表头G指针偏转到满刻度，此时微安表上读出的电流值即为Ig，记下这个值。

（2）Rg的测定保持上述电路状态不变（即不改变电源电压和C点的位置），使可变电阻R（采⽤电阻箱）为较⼤值，将开关S2拨于“2”处，连续减⼩R的值，使微安表重新指到Ig处，此时R的值即为Rg，这种⽅法称为替代法。

Ig 和Rg是表头的两个重要参数。

在选择表头时，这两个参数值越⼩越好。

2.电流表量程的扩⼤表头不能测量较⼤电流，如图9-1-2所⽰，若并上⼀个低值电阻R s ，则可以扩⼤其量程。

由图9-1-2，并联电阻R s 的值通过计算可以得到（I-I g ）R s =I g R g （9-1-1）所以R s =（9-1-2）若令n=，则R s =（9-1-3）式中，I 为扩充后的量程，n 为量程的扩⼤倍数。

电学实验专题1：电表改装1．电压表与电流表改装对比改装成电压表 改装成电流表 原理串联分压并联分流改装电路连接电阻大小 R 串＝U RU g R g ＝(n －1)R gR 并＝I g I R R g ＝R gn －1与扩程倍数n 的关系串联的电阻是原电表内阻的n－1倍并联的电阻是原电表内阻的1/(n－1)校准电路2.双量程电压表与电流表的原理(1)双量程电压表 如图1所示，对于量程U 1，由U 1I g ＝R g ＋R 1可得：R 1＝U 1I g－R g ； 对于量程U 2，由U 2I g ＝R g ＋R 1＋R 2可得：R 2＝U 2I g－R g －R 1， 结合上述方程可得：R 2＝U 2－U 1I g. (2)双量程电流表 如图2所示，对于量程I 1，电阻R 1、R 2串联而后与电流表并联， 可得：I 1－I g I g ＝R gR 1＋R 2； 对于量程I 2，电流表先与R 2串联，而后与R 1并联， 可得：I 2－I g I g ＝R 2＋R gR 1；结合上述两方程可得：R1＝I1I g R gI2（I1－I g）；R2＝（I2－I1）I g R gI2（I1－I g）.例(2016·海南)某同学改装和校准电压表的电路图如图所示，图中虚线框内是电压表的改装电路．(1)已知表头G满偏电流为100 μA，表头上标记的内阻值为900 Ω.R1、R2和R3是定值电阻．利用R1和表头构成量程为1 mA的电流表，然后再将其改装为两个量程的电压表．若使用a、b两个接线柱，电压表的量程为1 V；若使用a、c两个接线柱，电压表的量程为3 V．则根据题给条件，定值电阻的阻值应选R1＝________ Ω，R2＝________ Ω，R3＝________ Ω.(2)用量程为3 V，内阻为2 500 Ω的标准电压表对改装表3 V挡的不同刻度进行校准．所用电池的电动势E为5 V；滑动变阻器R有两种规格，最大阻值分别为50 Ω和5 kΩ.为了方便实验中调节电压，图中R应选用最大阻值为________ Ω的滑动变阻器．(3)校准时，在闭合开关S前，滑动变阻器的滑动端P应靠近________(填“M”或“N”)端．(4)若由于表头G上标记的内阻值不准，造成改装后电压表的读数比标准电压表的读数偏小，则表头G内阻的真实值________(填“大于”或“小于”)900 Ω.【答案】(1)100910 2 000(2)50(3)M(4)大于【解析】(1)根据题意，R1与表头G构成量程为1 mA的电流表，则：I g R g＝(I－I g)R1，整理：R1＝100 Ω；若使用a、b两个接线柱，电压表的量程为 1 V，则R2＝U ab－I g R gI＝1－0.091×10－3Ω＝910 Ω；若使用a、c两个接线柱，电压表的量程为 3 V，则R3＝U ac－I g R g－IR2I＝3－0.09－1×10－3×9101×10－3Ω＝2 000 Ω.(2)电压表与之并联之后，电阻小于2 500 Ω，对于分压式电路，要求滑动变阻器的最大阻值远小于并联部分，同时还要便于调节，故滑动变阻器选择小电阻，即选择50 Ω的电阻．(3)在闭合开关S前，滑动变阻器的滑动端P应靠近M端，这样把并联部分电路短路，起到一种保护作用．(4)造成改装后电压表的读数比标准电压表的读数偏小，说明通过表头G的电流偏小，则实际其电阻偏大，故其实际阻值大于900 Ω.1．(2018·课标全国Ⅱ)某同学组装一个多用电表，可选用的器材有：微安表头(量程100 μA，内阻900 Ω)；电阻箱R1(阻值范围0～999.9 Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～99 999.9 Ω)；导线若干．要求利用所给器材先组装一个量程为1 mA的直流电流表，在此基础上再将它改装成量程为3 V的直流电压表．组装好的多用电表有电流1 mA 和电压3 V两挡．回答下列问题：(1)在虚线框内画出电路图并标出R1和R2，其中*为公共接线柱，a和b分別是电流挡和电压挡的接线柱．(2)电阻箱的阻值应取R1＝________ Ω，R2＝________ Ω(保留到个位)答案 (1)如解析图所示 (2)100；2 910解析 (1)微安表并联一个小电阻改装成大量程的电流表，串联一个大电阻改装成大量程的电压表．改装图如图所示：(2)当接o 、a 接线柱时当电流表用， 根据并联电路特点得：I g R g ＝(I －I g )R 1代入数据解得：R 1＝I g R gI －I g ＝100×10－6×9001×10－3－100×10－6 Ω＝100 Ω当接o 、b 接线柱时当电压表用， 根据串联电路的特点得：I g R g ＋IR 2＝U解得：R 2＝U －I g R g I ＝3－100×10－6×9001×10－3Ω＝2 910 Ω.1.将满偏电流300μA g I =、内阻未知的电流表G 改装成电压表(1)利用如图所示的电路测量电流表G 的内阻(图中电源的电动势4V E =)：先闭合1S ,调节R ,使电流表指针偏转到满刻度；再闭合2S ,保持R 不变,调节'R ,使电流表指针偏转到满刻度的2/3,读出此时'R 的阻值为200Ω,则电流表内阻的测量值g R =________Ω。

高中电学实验基础夏邑高级中学 汪领峰一、电表的读数和改装 （一）电表的读数方法 1. 明确量程和分度值 2. 估读原则：分度值为“1”者，估读到下一位；分度值为“2”、“5”者估读到本位.例1.如图所示为某次测量时电压表的刻度盘的情形，若当时使用的是该表的0～3 V 量程，那么电压表读数为________V ，若当时使用的是该表的0～15 V 量程，那么电压表读数应为分析:（1）量程3V →分度值0.1V →结果1.15V. （2）量程15V →分度值0.5V →结果5.8V. （二）电表的改装1.小量程的电流表改装成大量程的电压表（1）内部电路 （2）改装原理 （3）改装后的量程串联分压 U ＝I g (R ＋R g )（4）量程扩大的倍数（5）改装后的总内阻Rv=Rg+R=nRg.2.小量程的电流表改装成大量程的电流表表（1）内部电路 （2）改装原理 （3）改装后的量程并联分流 IgRg=(I-Ig)R（4）量程扩大的倍数（5） 改装后的总内阻例2.小明在实验室测量某金属丝的电阻率时，经分析需要一个量程为6 V 的电压表与一个量程为0.6 A 的电流表，但实验室为其提供的器材有两个满偏电流为I g ＝3 mA 、内阻为R g ＝120 Ω的电流表，两个最大阻值为9 999.9 Ω的电阻箱。

现用以上器材改装成满足上述要求的电压表和电流表，要得到量程为 6 V 的电压表需将__________联的电阻箱调到__________Ω，要得到量程为0.6 A 的电流表需将__________联的电阻箱调到__________ Ω。

分析：1.改装成6V 的电压表须串联一个电阻R 1，由U=Ig(Rg+R 1)得 R 1=1880Ώ2.改装成0.6A 的电流表须并联一个电阻R 2，由IgRg=（I-Ig)R 2得 R 2=0.6Ώ.二.电表的选取原则1. 安全原则：被测量不超过电表的路程.2. 精确原则：指针指在刻度盘的2/3左右.3. 在器材不足，即电表不能直接采用的情况下，常采用如下方法：（1）替代法：用定值电阻替代电表用.但另一可用电流表A 必用外接法（这样可以避免因电流表分压引起的误差）.采用替代法时所选定值电阻与被测电阻大小相近. （2）改装法：用小量程的已知内阻的电流表和定值电阻结合改装. 两种方法的优先选取原则：能替代不改装装，这样避免对实验人员由于改装电表造成的麻烦.gU Un =nRgRg R RRg R A =+=gI I n =三.电流表的内外接法 1. 电流表的内接法 （1）电路（2）误差原因：电流表分压U 测=U x +U A 引起， （3）适应条件：R x >>R A ，适于测量大电阻.（口诀适应于电压表、电流表的内阻未知的情况，若电流表内阻已知必内接法） （4）口诀：“大内偏大” .即被测电阻远大于电流表的内阻采用内接法，但测量值偏大. 2.电流表的外接法（1）电路 （2）误差原因：电压表分流I 测=I x +I V 引起. （3）适应条件：R x <<R V ,适应于测小电阻. （4）口诀：“小外偏小”，即被测电阻远小于电压表的内阻采用外接法，但测量值偏大. 3.两种电路的选取（1）电阻比较法：与电压表、电流表的内阻比较，Rx 较小时宜采用外接法；Rx 较大时宜采用内接法.口诀记忆“大内偏大，小外偏小”. （2）临界值法：时采用内接法.R R 时采用外接法，R R R R A V x A V x >< （3）试触法：按图示接法，让电压表的一根接线柱P 先后 与a 、b 处接触一下，若电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，则采用电流表外接法；若电流表的示数有较大的变化， 而电压表的示数变化不大，则采用电流表内接法.四.滑动变阻器的连接方式—限流式和分压式. 选取原则：（1）安全原则 （2）操作方便的原则. 1. 限流式 （1）电路图 （2）R 上的电压调节范围：（2）R 上的电流调节范围： （4）S 闭合前P 的位置：b 端.（5）适应条件：滑动变阻器的电阻大于被测电阻.2.分压式（1）电路图 （2）R 上的电压调节范围：0≤U ≤E.（3）R 上的电流调节范围：0≤I ≤E/R.（4）S 闭合前P 的位置：a 端（5）适应条件：滑动变阻器的电阻小于或略等于被测电阻. （6）必须选用分压式的3种情况①若采用限流式不能控制电流满足实验要求，即变阻器的阻值调到最大时，被测电阻上的电流（电压）仍超过电表的量程，或超过被测电阻的额定电流（电压）. ②被测电阻比变阻器的总电阻大得多，以至于滑片从一端滑到另一端，被测电阻上的电流（电压）变化不明显.③实验要求电压从0开始调节.，测量值大于真实值.R R R I UR x A x 测测测>+==测量值小于真实值.R R R RR I U R x Vx V x 测测测<+==E.U E R R R ab≤≤+R E I R R E ab ≤≤+三. 器材的选取和电路设计 1. 明确提供的实验器材2. 首选唯一性器材，并分析其可用性.（如电源、定值电阻、开关等）.3. 根据电源电动势E 或被测电压值，确定选取的电压表.4. 根据电路中的最大电流或被测电流值，确定选取的电流表.5. 根据电流表的内外连接方式，确定电流表的内外接法.6. 根据要求或被测电阻与滑动变阻器的最大阻值关系，确定变阻器的连接方式.若是限流式，本着安全、操作方便的原则选取适当的变阻器，一般选取阻值不太大，额定电流较大的变阻器.例3.为了测量某待测电阻R x 的阻值(约为30 Ω)，有以下一些器材可供选择。