第10期 串联电路和并联电路 实验：练习使用多用电表【数理报】新教材2023-2024学年高二物理必修第三册同步学案（人教版2019）

书 一、电表的改装原理 １．根据串联电路的“分压原理”，串联电阻可将小 量程电流表改装成有较大电压量程的电压表，改装后的 电压表内阻大大增加了； ２．根据并联电路的“分流原理”，并联电阻可将小 量程电流表改装成有较大量程的电流表，改装后的电流 表的内阻一般远小于表头内阻Ｒｇ． 二、读数与偏角 例．有两个由相同“表头”改装成的量程不同的电 流表Ａ１和Ａ２，Ａ１的量程是Ａ２的２倍，则 （　　） Ａ．若将两表串联起来，正确的接入电路中，两表指 针偏角θ１ ＜θ２，且两表示数相等 Ｂ．若将两表串联起来，正确的接入电路中，两表指 针偏角相等，且Ａ１示数大于Ａ２示数 Ｃ．若将两表并联起来，正确的接入电路中，两表指 针偏角相等，Ａ１示数大于Ａ２示数 Ｄ．若将两表并联起来，正确的接入电路中，两表指 针偏角θ１ ＞θ２，两表示数相等 解析：电流表是由表头并联上电阻改装成的，电流 表量程不同并联的电阻阻值就不同，量程大的并联的电 阻小．当两电流表串联时如图甲所示连接．其中 Ｒ１ ＜ Ｒ２，由串并联特点可知Ａ１两端电压小，故流过表头的电 流小，偏角小．但因两电流表串联，表针指示的是总电 流，故示数相同． 两电流表并联时如图乙所示连接，两表头两端的电 压相同，流过的电流相同，故偏角相同，但因 Ａ１的量程 大，故Ａ１的示数大于Ａ２的示数．故ＡＣ正确． 答案：ＡＣ 点评：对于这类问题最好画出相应的电路图，另外 我们还要掌握以下几点： （１）改装后，表盘刻度相应变化，但小量程电流表 的参数（Ｒｇ、Ｉｇ）并没有改变； （２）小量程电流表指针的偏转角度与通过小量程 电流表的实际电流成正比； （３）改装后的电流表的读数为通过表头 Ｇ与分流 小电阻Ｒ所组成并联电路的实际电流强度． 跟踪练习：两只电压表Ｖ１和Ｖ２是由完全相同的两 只电流表改装而成的，Ｖ１的量程是 ５Ｖ，Ｖ２的量程是 １５Ｖ．为了测量１５～２０Ｖ的电压，我们把Ｖ１和Ｖ２串联 起来用，在这种情况下 （　　） Ａ．Ｖ１和Ｖ２的读数相等 Ｂ．Ｖ１和Ｖ２指针偏转角度相等 Ｃ．Ｖ１和Ｖ２读数之比等于两只电压表的内阻之比 Ｄ．Ｖ１和Ｖ２指针偏转角度之比等于两只电压表的 内阻之比 提示：处理这类问题可以先把改装后的表还原成改 装成前的结构，再进行分析，这样就容易理解了，但要注 意改装后的电压表读数是指表头Ｇ与分压大电阻 Ｒ所 组成串联电路两端的实际电压，而且还要注意改装后的 电压表的每一小格表示的大小不同． 答案：ＢＣ 书 大量程电表都是由小量程电流表应用串并联电路 改装而成的，因此电表改装的实质是对串并联电路的具 体应用． 一 、小量程电流表工作原理 小量程电流表一般是毫安级甚至 是微安级电流表，允许通过的电流很 小，但内阻较大．小量程电流表一般由 永久磁铁、线圈、螺旋弹簧和指针及刻 度盘构成，如图１所示．磁铁中间是共轴 的线圈、螺旋弹簧和指针．一般将小量 程电流表串联在待测电流电路中，当电流通过线圈时由 于磁力矩的作用线圈开始转动（类似电动机）并带动螺 旋弹簧和指针转动．当磁力矩与螺旋弹簧力矩相平衡 时，指针静止．指针转动的角度与线圈中通过的电流成 正比，因此刻度盘上刻度是均匀的． 二、将小量程电流表改装成大量程电流表 当测量大电流（相对于小量程电流表量程而言）时， 如果直接将小量程电流表串联接入电路，由于通过电流 表的电流过大，电流表很容易烧毁．显然必须使小量程 电流表允许通过电流（量程）之外的电流“旁路”而过方 可，即采用并联分流． 设小量程电流表的量程、内 阻分别为 ＩＧ、ＲＧ．需要改装成能 够测量最大电流为 Ｉ的电流表， 那么需要将Ｉ－ＩＧ的电流通过定 值电阻Ｒ进行分流，如图２所示．Ｒ与小量程电流表并联， 由此可知它们两端电压相等，即：ＩＧＲＧ ＝（Ｉ－ＩＧ）Ｒ．可得 Ｒ＝ ＩＧＲＧ Ｉ－ＩＧ ． 设ｎ＝ ＩＩＧ （电流量程放大倍数），则Ｒ＝ １ｎ－１ＲＧ．可 见，将小量程电流表改装成大量程电流表时需要并联一 个小阻值电阻，之后将表盘刻度放大ｎ倍即可． 例１．有一个电流表Ｇ，内阻Ｒｇ＝２５Ω，满偏电流Ｉｇ ＝３ｍＡ，要把它改装为量程为０～０．６Ａ的电流表，要并 联一个多大的电阻？改装后电流表的内阻是多大？ 解析：改装后电流表测量范围比原来放大的倍数为 ｎ，则ｎ＝ ０．６ ３×１０－３ ＝２００ 根据Ｒ＝ １ （ｎ－１）Ｒｇ得 Ｒ＝ １ （２００－１）×２５Ω ＝０．１２６Ω 改装后的电流表的总内阻为 ＲＡ ＝ ＲＲｇ Ｒ＋Ｒｇ ＝２５×０．１２６２５＋０．１２６Ω ＝０．１２５Ω． 三、将小量程电流表改装成大量程电压表 当测量高电压（相对于小量程电流表电压量程而 言）时，如果直接将小量程电流表并联接入电路，由于电 流表两端的电压过大，电流表很容易烧毁．显然必须将 除去小量程电流表允许加载的电压（量程）