11.4.2 电表的改装 讲义-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

人教版（2019）必修三第十一章电路及其应用讲义二次备课 第19讲 电表的改装 教学目标： 1.物理观念（理解本质、掌握原理、形成概念、理解内阻）： 深刻理解电流表表头(G)的工作原理 (通电线圈在磁场中受力偏转)及其核心参数 (满偏电流 Ig、内阻 Rg、满偏电压Ug=Ig* Rg) 。 牢固建立电表改装的物理基础：串联分压 (用于改装电压表)和并联分流 (用于改装电流表)原理。 能清晰阐述改装后电压表和电流表的量程含义，理解量程与表头参数、分压/分流电阻之间的关系。 掌握改装后电压表 (内阻很大)和电流表 (内阻很小)内阻的概念及其对测量电路的影响 (系统误差的来源)。 2.科学思维： 能将实际的表头抽象为理想表头 (Ig，Rg)与附加电阻(分压电阻 R 或分流电阻 R)组合的等效电路模型。 能基于串并联电路特点和欧姆定律，严谨推导出改装电压表所需分压电阻R=(U/Rg和改装电流表所需分流电阻|R=(Ig*Rg)/(I-Ig)的计算公式。 能分析解释为何电压表内阻大、电流表内阻小的原因。 能思考并讨论“为什么不能直接用表头测量大电压/大电流?”、“改装后刻度盘如何重新标定?”、“改装带来的误差来源是什么?”等问题，培养批判性思维。 能运用物理原理和数学推导，论证改装方案的可行性和计算公式的正确性。 3.科学探究： 能在实际测量需求 (被测电压/电流超出表头量程)的情境下，提出“如何扩大电表量程?”的科学问题。 能根据改装原理 (串分压、并分流)，设计出将小量程电流表改装成电压表和大量程电流表的具体电路方案。 能设计对改装后的电表进行校准的实验方案 (绘制校准曲线)。 数据处理与解释： 能根据实验数据计算所需的分压电阻或分流电阻值。 能进行校准实验，绘制校准曲线，分析改装后电表的准确度等级 (精度)和误差来源 (主要是系统误差) 。 能在实验过程中与小组成员有效沟通、分工协作，共同完成改装、测量和校准任务，并清晰表述实验过程和结论。 4.科学态度与责任： 在理论推导、电阻计算、实验操作 (尤其是连接电路、调节电阻、读取数据)和数据处理 (校准曲线绘制)过程中，培养严谨、细致、实事求是的科学态度。 深刻认识电学实验的安全规范 (如检查电路、合理选择量程、避免短路、注意仪表保护)，养成安全操作的习惯。理解不当改装或操作可能损坏仪器 (烧坏表头)甚至引发危险。 知识电表是精密测量仪器，其准确性和可靠性对科学研究、工业生产、日常生活 (如电能计量)至关重要。理解改装技术是满足多样化测量需求的重要手段，认识到物理知识在工程技术中的应用价值。 通过亲手将一个小量程表头“变身”为不同量程的电压表或电流表，体验物理原理的应用魅力和解决问题的成就感，激发对电学实验和物理学习的持续兴趣 重难点： 重点：理解改装原理 (串分压、并分流)；掌握分压电阻和分流电阻的计算公式；理解改装后电表内阻的特点；进行实际的改装与校准实验。 难点：理解改装后电表内阻的概念及其对测量的影响 (系统误差)；校准曲线的绘制与误差分析。 自主学习（带着问题研读教材）： 问1、表头有何特点？写出其三个参数的关系。 问2、画出把表头G改装成电压表、大量程电流表的电路结构图 ；写出将表头G改装成量程为U的电压表、量程为I的电流表需串联、并联的电阻阻值的表达式（已知表头内阻为Rg、满偏电流为Ig）。 问3、 分别画出改装后的电压表、电流表进行校对电路图。把一个小量程的电流表改装成一个大量程的电流表后，通过校对发现电流表的量程偏大，若要符合改装要求，应怎样更换与其并联的电阻？ 问4、怎样获得两个量程的电流表和两个量程的电压表？ 请分别画出电路图。 怎样获得测电压和电流的两用表？请画出电路图。 自我诊断找差距： 1.如图所示，某同学用微安表头(量程0100 μA,内阻900 Ω)改装成一个量程为01mA 的直流电流表，在此基础上再将它改装成量程为03V 的直流电压表.则R₁ 和R₂的阻值分别为 A.100 Ω 29100 Ω B.100Ω 2910Ω C.10Ω 29100Ω D.10Ω 2910Ω 2.一小量程电流表G,满偏电流为500μA,内阻为100 Ω.将它改装成测量范围为01 mA、010 mA 的两电流表，电路如图所示.下列说法正确的是( ) A.开关S接b时电流表测量范围较大 B. R1与R₂串联后的总电阻等于100Ω C.用测量范围为01mA 改装表测出的电流为0.5 mA 时,流过G表的电流为200 μA D.将图中R₁与R₂的位置互换，两量程都会发生变化 3.某同学将四个相同的小量程电流表(表头)分别改装成两个电流表A₁、A₂和两个电压表 V₁、V₂.已知电流表 A₁的量程大于 A₂ 的量程，电压表 V₁的量程小于 V₂的量程，改装好后把它们按如图所示的接法连入电路，则( ) A.电流表 A₁ 的示数等于电流表A₂的示数 B.电流表 A₁ 指针的偏转角等于电流表A₂指针的偏转角 C.电压表 V₁的示数大于电压表 V₂的示数 D.电压表V₁指针的偏转角小于电压表V₂指针的偏转角 4.实验室有一量程为2mA、内阻阻值标记为100 Ω的毫安表，由于实验需要，物理兴趣小组的同学们要将该毫安表改装成量程为2 V 的电压表，他们进行了以下操作。 (1)同学们经计算后将一阻值为 Ω的电阻R与该毫安表 (选填“并联”或“串联”)进行改装。 (2)利用一标准电压表 V 对改装后的电压表进行校准。当标准电压表的示数为1.1V 时，毫安表的指针位置如图所示，由此可以推测出所改装的电压表量程不是预期值，而是 V。 (3)产生上述问题的原因可能是 。(填正确答案标号) A.毫安表内阻标记错误，实际内阻大于100Ω B.毫安表内阻标记错误，实际内阻小于100 Ω C. R值计算错误，接入的电阻偏小 D. R值计算错误，接入的电阻偏大 (4)若毫安表内阻标记错误，R值计算无误，则要达到预期目的，只需将一个阻值为 Ω的电阻与 R (选填“并联”或“串联”)即可 诊断报告 我做错的题目有：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 我有待掌握的教材考点有：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 我的疑难问题有：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 精讲精练补短板： 一、题型剖析 1.电压表、电流表改装原理及校对 电表改装原理实际上是串、并联电路中电流和电压的计算问题，把表头看成一个阻值为 Rg的电阻，将电流表的示数根据欧姆定律换算成电压值或较大的电流值.无论表头G改装成电压表还是电流表。它的三个特征量 Ug、Ig、Rg是不变的，即通过表头的最大电流 Ig并不改变。改装后电压表的满偏值（量程）是表头满偏时对应的电阻与表头串联后的总电压。改装后电流表的满偏值（量程）是表头满偏时对应的电阻与表头并联后的总电流。 若改装表示数总是比标准表小，说明改装的电流表并联的分流电阻偏小，或改装的电压表串联的分压电阻偏大；若改装表示数总是比标准表大，说明改装的电流表并联的分流电阻偏大，或改装的电压表串联的分压电阻偏小。 例1.一个小量程电流表允许通过的最大电流(满偏电流)为Ig=1 mA,内阻Rg=10 Ω。若将其改装成最大测量值为0.1 A的电流表,应　　　　(选填“串联”或“并联”)一个电阻,该电阻阻值为　　　　Ω(保留3位有效数字)。如图所示,这是某同学改装后的电压表,在使用中发现改装后的电压表的读数总比真实值偏小一些,若要调准,可采用的措施是　　　　。  A.在电阻R上并联一个比其大得多的电阻 B.在电阻R上并联一个比其小得多的电阻 C.在电阻R上串联一个比其大得多的电阻 D.在电阻R上串联一个比其小得多的电阻 例2.某同学要将一微安表先改装成量程为0~1 mA的电流表,再改装成量程为0~3 V的电压表,并与标准电压表对比校准。图甲是改装后电压表与标准电压表对比校准的电路图,虚线框中是改装后电压表电路,V0是量程为0~3 V、内阻约为3 kΩ的标准电压表。已知微安表满偏电流为250 μA,标记的内阻为600 Ω,电阻箱R1、R2调节范围为0~9 999 Ω。实验步骤如下: (1)微安表改装。根据题给条件,图甲中电阻箱的阻值应分别调节为R1=　　　　Ω,R2=　　　　Ω。  (2)选择合适的器材按照图甲正确连接电路,所用电池的电压为4.5 V,滑动变阻器R有两种规格可选: 滑动变阻器R3(最大阻值50 Ω) 滑动变阻器R4(最大阻值5 kΩ) 为了方便实验中调节电压,图中R应选用　　　　　(填器材的字母代号)。  (3)对比校准。当标准电压表V0的示数为1.60 V时,微安表的指针位置如图乙所示,由此可以推测出改装的电压表量程不是预期值,而是0~　　　V(保留2位有效数字)。  (4)校正改装表。通过检测发现,电阻箱R1、R2的阻值是准确的,而微安表标记的内阻不准确。要使改装电压表量程的真实值为0~3 V,不必重新测量微安表内阻,只需适当调节电阻箱R1、R2。以下调节方案可行的有　　　(填序号)。  A.保持R1不变,将R2增大到合适值 B.保持R1不变,将R2减小到合适值 C.保持R2不变,将R1增大到合适值 D.保持R2不变,将R1减小到合适值 2.改装电表的指针偏角与读数问题 表头改装成电流表(电压表)后，量程变化，但通过表头的最大电流保持不变；通过表头的电流大小决定表头指针的偏角大小，指针偏角相同时，量程大的示数大. 两种情况分析：①用两相同表头改装的电流表(电压表)并联(串联)，通过两表头的电流相同，指针偏角相同，量程大的示数大；②用两相同的表头改装的电流表(电压表)串联(并联)时，改装后的电表示数相同，量程大的指针偏角小。 例3.四个相同的表头分别改装成两个电流表A1、A2和两个电压表V1、V2,A1的量程大于A2的量程,V1的量程大于V2的量程,把它们接入如图所示的电路,闭合开关后(　　) A.A1的读数比A2的读数大 B.V1的读数比V2的读数小 C.A1指针偏转角度比A2指针偏转角度小 D.V1指针偏转角度比V2指针偏转角度小 二、巩固练 A组　夯实基础 1.如图所示，电流计的内阻 ，满偏电流 900 Ω, 则下列说法正确的是( ) A.当S₁和S₂均断开时，虚线框中可等效为电流表，最大量程是1 A B.当S₁和S₂均断开时，虚线框中可等效为电压表，最大量程是10 V C.当S₁和S₂均闭合时，虚线框中可等效为电压表，最大量程是0.1 V D.当S₁和S₂均闭合时，虚线框中可等效为电流表，最大量程是1 A 2.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 3.将两只完全相同的表头分别改装成一只电流表和一只电压表.将它们串联起来接入电路中，如图所示，开关闭合时 ( ) A.由于串联，两只电表的指针偏转角度相同 B.电流表指针的偏转角度小于电压表指针的偏转角度 C.电流表指针的偏转角度大于电压表指针的偏转角度 D.由于电压表内阻太大，两只电表的指针都不偏转 4.(多选)某学习小组将一个小量程的电流表(内阻为5Ω，量程为100 mA)改装成以下三个量程的电表：①量程为0~0.6A 的电流表；②量程为0~3 A 的电流表;③量程为0~5 V的电压表,设计了如图所示的电路图。下列说法正确的是 () A.当使用O、B接线柱时，该电表是量程为0~3A的电流表 B.当使用O、C接线柱时，该电表是量程为0~5V 的电压表 5.(多选)电压表、电流表都是由小量程电流表改装而成的，如图甲、乙所示分别是电压表、电流表的改装图，以下说法正确的是 ( ) A.若改装后的电流表示数比标准表稍小一些，可以给并联电阻再串联一个较大的电阻 B.若改装后的电压表示数比标准表稍小一些，可以给串联电阻再并联一个较大的电阻 C.小量程电流表内阻为 Rg，给它并联一个电阻R，改装后的电流表量程是原来的 倍 D.为实现对改装电表的逐格校准，需要采用分压式电路 B组　素养提升 6.某学校物理兴趣小组的同学利用如图甲所示的电路将满偏电流Ig=100 mA、内阻rg=10 Ω的小量程电流表改装为多量程电表。开关S1、S2均断开时为电压表,量程为0~3 V;S1、S2都闭合时为电流表,量程为0~0.6 A。 　 (1)图甲中定值电阻R1=　　　　Ω,定值电阻R2=　　　　Ω。  (2)同学们对改装后量程为0~3 V的电压表进行校正,改装后的电压表与量程为0~3 V的标准电压表并联。若当标准电压表的示数为2.44 V时,小量程电流表的指针如图乙所示,则改装后的电压表的实际量程为0~　　　　V。  7.某同学利用如图所示电路测量最大量程为2.5V的电压表V的内阻(内阻为数千欧姆)、可供选择的器材有：电阻箱 R(最大阻值99999.9Ω).滑动变阻器R1(最大阻值50Ω).滑动变阻器R2(最大阻值5kΩ)、直流电源E(两端电压为3 V)，开关1个，导线若干、 实验步骤如下： ①按电路原理图连接线路； ②将电阻箱阻值调节为0.将滑动变阻器的滑片移到与图中最左端所对应的位置，闭合开关S； ③调节滑动变阻器，使电压表满偏； ④保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为2.0V.记下电阻箱的阻值.回答下列问题： (1)实验中应选择滑动变阻器 (填“R1”或“R2”). (2)根据电路将图中实物图连线. (3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0Ω.若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变，计算可得电压表的内阻为 Ω(结果保留到个位). (4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的最大电流为 (填正确答案标号). A.100 μA B.250μA C.500 μA D.1mA 8.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900Ω，R1和R2是定值电阻.利用R1和表头构成量程1mA 的电流表，然后再将其改装为量程为1V的电压表.则根据题给条件，定值电阻的阻值应选 R₂= Ω. (2)用量程为3 V、内阻为2500 Ω的标准电压表 V 对改装电压表进行校准.在闭合开关S前，滑动变阻器的滑片 P 应靠近 端(填“A”或“B”). (3)若表头G内阻的真实值小于900 Ω，则会造成改装后电压表的读数与标准电压表的读数相比 (填“偏大”或“偏小”) 教学反思： 第19讲 电表的改装参考答案 自主学习（带着问题研读教材）： 问1、表头特点：表头为高灵敏度的小量程电流表，符号一般为G.从电路的角度看，表头就是一个电阻，同样遵从欧姆定律.表头与其他电阻的不同在于，通过表头的电流是可以从刻度盘上读出来的； 表头的三个参数：电流表内阻（表头内电阻）Rg、满偏电流（指针偏转到最大刻度时的电流）Ig、满偏电压（表头通过满偏电流时，加在它两端的电压）Ug。由欧姆定律可知， 问2、 问3、 在并联电路中，电流与电阻成反比，因为改装的电流表量程偏大，说明并联的电阻偏小，所以应该换一个阻值大的电阻。。 问4、 自我诊断找差距： 1.B 2. B 3.B 4.(1)900 串联 (2)2.2 (3)AD (4)7200 并联 精讲精练补短板： 一、题型剖析 例1.并联　0.101　A 例2.　(1)200　2 850　(2)R3　(3)2.5　(4)AD 例3.C 二、巩固练 A组　夯实基础:1.D 2.A 3.B 4.BD 5. BCD B组　素养提升 6.(1)20　2　(2)3.05 7.(1)R₁ (2) (3)2520 (4)D 8.(1)100 2 910 (2)A (3）偏大 - 4 - 学科网（北京）股份有限公司 $