11.4串联电路与并联电路专题：电压表和电流表校准 讲义-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

电压表和电流表校准 郭雪鹏 临泉一中 电表校准方法 1.电压表校准 电压表改装完成后，需要和标准电压表读数进行对比，对电压表进行校准，校准电路如图。图中V是标准电压表，虚线框内是改装好的电压表。 、 校准电路的滑动变阻器必须接成分压器电路，这样可以校准零点附近的电压值。标准电压表的量程的和改装电压表的量程相同。闭合S，把滑动变阻器的触头从最左端逐渐向右移动，使标准电压表的示数分别为0.5V,1.0V1.5V.2.0V……时，在改装电压表上读出相应的电压值。打开开关,拆除线路。 以横轴表示标准电压表的读数，纵轴表示改装电压表的读数,在图上描出各个校准点，然后用折线将各校准点(包括原点)依次连接起来,便得到一校准图线。使用改装电压表测量电压时,可根据表上读到的电压数,利用校准图线找到真正的电压值。 注意：校准图像一般作成折线。中间取的数据点越多。校准准确度越高。 读数不准原因分析 若发现改装表示数总是小于标准电压表示数，设标准电压表读数为U标，改装表示数为U改，U标>U改。虽然示数小于标准电压表示数，但是改装表两端的电压真实值依然是U标，有U标=i（Rg+ R），R为串联的电阻箱阻值，i为通过表头的电流。改装表示数小于标准表示数，说明通过表头的电流i偏小，指针偏转角度偏小，指示的读数就小于标准电压表示数。根据上式可知，原因是(Rg+R)偏大。若表头内阻准确，则说明串联的电阻箱阻值太大，需要将阻值调小。 2.电流表校准 校准电路 校准时，滑动变阻器必须采用分压式接法，可以校准零点附近的电流值。图中R0为保护电阻，A为标准电压表。标准电流表和改装电流表需要串联。校准时，将滑动变阻器R’触点调到最左端后,合上开关S,调节R’,依次读出相应的改装安培表和标准安培表的读数,直至满量程。 以横轴表示标准电流表的读数，纵轴表示改装电流表的读数,在图上描出各个校准点，然后用折线将各校准点(包括原点)依次连接起来,便得到一校准图线。使用改装电流表时,可根据表上读到的电流值,利用校准图线找到相应的真正的电流值。 读数不准原因分析 标准电流表和改装电流表为串联。若发现改装表读数I小于标准电流表读数I标，虽然读数不准，但通过表头的电流与电阻箱电流之和依然等于I标。 I标= i为通过表头电流，Rg为表头内阻，R为电阻箱阻值。改装表读数偏小，说明通过表头的电流i偏小，指针偏转角度小，导致读数偏小。根据上式，若表头内阻准确，则原因为电阻箱阻值偏小。需要增大电阻箱阻值。 练习题 1. 如图所示，一电流表由灵敏电流计G和电阻R并联而成，在使用过程中发现此电流表的读数总比准确值稍大一些，为校准电表，则可在R上（　　） A．并联一个比R大得多的电阻 B．并联一个比R小得多的电阻 C．串联一个比R小得多的电阻 D．串联一个比R大得多的电阻 2．在电学实验中，改装后的电表测量值略偏小，为校准电表，可以将一个阻值较小的电阻（　　） A．与电阻串联 B．与电阻并联 C．与电阻串联 D．与电阻并联 3. 某实验小组要将电流表G（铭牌标示：Ig=500μA,Rg=800Ω）改装成量程为1 V和3 V的电压表，并用标准电压表对其进行校准。选用合适的电源、滑动变阻器、电阻箱、开关和标准电压表等实验器材，按图（1）所示连接电路，其中虚线框内为改装电路。 （1）开关S1闭合前，滑片P应移动到______（填“M”或“N”）端。 （2）根据要求和己知信息，电阻箱R1的阻值已调至1200Ω，则R2的阻值应调至_____。. （3）当单刀双掷开关与a连接时，电流表G和标准电压表V的示数分别为I、U，则电流表G的内阻可表示为________。（结果用U、I、、表示） （4）校准电表时，发现改装后电压表的读数始终比标准电压表的读数偏大，经排查发现电流表G内阻的真实值与铭牌标示值有偏差，则只要________即可。（填正确答案标号） A. 增大电阻箱阻值 B. 减小电阻箱的阻值 C. 将滑动变阻器的滑片P向M端滑动 （5）校准完成后，开关与b连接，电流表G的示数如图（2）所示，此示数对应的改装电压表读数为________V。（保留2位有效数字） 4. 一只演示电流表G，表盘既无刻度值又不知其内阻值．为测量该电流表的参数，某同学进行了下列操作： (1)将G按图a所示接入电路，为确保安全，开关闭合前，滑动变阻器R2的滑片应置于________(填“最左端”“最右端”或“正中间”)； (2)将电阻箱R调为300.0 Ω，闭合开关，调节R2的滑片使G的指针指到满偏Ig，此时V的示数为1.20 V； (3)保持V的示数不变，反复调整R的阻值和R2滑片的位置，使G的指针指到Ig，此时电阻箱R的阻值为700.0 Ω； (4)可知G的内阻为________ Ω，满偏电流Ig为________ mA； (5)将G改装成量程为3 V的电压表，电阻箱的值需调为R0，则R0＝________ Ω. (6)在用图b的电路对改装的电压表进行校准时，发现其示数总是精密电压表的0.9倍．若测得的电流表量程Ig的值是准确的，而内阻及R0可能存在误差或错误，则可采用的矫正方法是将电阻箱的值调为________．(填正确答案标号) A．R0－ Ω B．R0－ Ω C.R0 D.R0 5. 图（a）为某同学改装和校准毫安表的电路图，其中虚线框内是毫安表的改装电路。 （1）已知毫安表表头的内阻为100Ω，满偏电流为1mA；R1和R2为阻值固定的电阻。若使用a和b两个接线柱，电表量程为3mA；若使用a和c两个接线柱，电表量程为10mA。由题给条件和数据，可求出R1= Ω，R2= Ω。 （2） 现用一量程为3mA、内阻为150Ω的标准电流表对改装电表的3mA挡进行校准，校准时需选取的刻度为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0mA。电池的电动势为1.5V，内阻忽略不计；定值电阻R0有两种规格， 阻值分别为300Ω和1000Ω；滑动变阻器R有两种规格，最大阻值分别为750Ω和3000Ω。则R0应选用阻值为__________ Ω的电阻，R应选用最大阻值为 Ω的滑动变阻器。 （3）若电阻R1和R2中有一个因损坏而阻值变为无穷大，利用图（b）的电路可以判断出损坏的电阻。图（b）中的为保护电阻，虚线框内未画出的电路即为图（a）虚线框内的电路。则图中的d点应和接线柱 （填“b”或“c”）相连。判断依据是： 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 1A 解析：电流表的读数总是比准确值稍大一点，即指针偏转角度稍大一点，说明通过表头G的电流稍微大了一点，引起的原因是并联电阻R稍微大了一点，为了校准，需要将电阻R稍微减小一点，即可以在R上并联一个比R大得多的电阻。故选A。 2.C 解析：改装后测量值略偏小，即电表示数偏小，即通过的电流偏小，因此为了增大电流，需要减小串联的电阻，即一个阻值较大的电阻与R1并联，AB错误；右图所示,R2与电表并联，电表改装为了大量程的电流表。改装后测量值略偏小，即电流表示数偏小，通过的电流偏大，因此为了增大电流计的电流，需要一个阻值较小的电阻与R2串联，C正确，D错误。 3. （1）M（2）4000（3） （4）A（5）0.86 解析：（1）由图可知，该滑动变阻器采用分压式接法，为了电路，在开关S1闭合前，滑片P应移到M端； (2)当开关S2接b时，电压表量程为1V，根据欧姆定律 当开关S2接a时，电压表量程为3V，根据欧姆定律 其中 联立解得 (3)当开关S2接a时，根据欧姆定律 可得电流表G的内阻可表示为 (4)校准电表时，发现改装后电压表的读数始终比标准电压表的读数偏大，可知电流表G内阻的真实值小于铭牌标示值，根据闭合电路的欧姆定律可以增大两电阻箱的阻值。故选A。 （5）根据闭合电路欧姆定律 4.答案：(1)最右端　(4)100　3　(5)900　(6)B 解析：(1)防止电表示数过大被烧坏，电压应从0开始逐渐增大，滑动变阻器R2的滑片应置于最右端． (4)由(2)(3)两步可以列式 4．2 V＝(300 Ω＋Rg)Ig，1.2 V＝(700 Ω＋Rg) 解得Rg＝100 Ω，Ig＝3 mA. (5)由3 V＝(R0＋Rg)×3 mA 解得R0＝900 Ω. (6)改装的电压表示数总是精密电压表的0.9倍，说明改装电压表满偏电压为 V，即 Ig(R0＋R′g)＝ V 需要调整电阻箱的阻值，让改装电压表满偏电压为3 V，则Ig(R′0＋R′g)＝3 V 其中，Ig＝3 mA，则R′0＝103 Ω－R′g 解得R′0＝R0－ Ω 故选B项． 5.（1）15 35（2）300 3000 （3）c 闭合开关时，若电表指针偏转，则损坏的电阻是R1，若电表指针不动，则损坏的电阻是R2 解析：（1）定值电阻和毫安表都是并联关系，电压相等， 电流和电阻成反比，若使用a和b两个接线柱，量程为3mA，则通过R1和R2的为2mA，电流比为1:2，所以电阻比为2:1，可得。若使用a和c两个接线柱，电表量程为10mA，通过R1的电流为9mA，电流比为1:9，可得电阻比为9:1，即，整理可得，。 （2）根据校准刻度，当电流为0.5mA时，电路最大电阻为1.5V/0.5mA=3000Ω，最小电阻为1.5V/3mA=500Ω。定值电阻若选择1000Ω，则无法校准3mA，所以定值电阻选择300Ω。最大阻值为3000Ω，滑动变阻器要选择3000Ω。 (3)因为只有一个损坏，所以验证R2是否损坏即可。所以d点应和接线柱c连接，若电流表无示数，则说明R2短路，若电流表有示数，则说明R1断路。 $$