(2010?北京)(1)甲同學要把一個量程為200μA的直流電流計G,改裝成量范圍是0~4V的直流電壓表.
①她按圖1所示電路、用半偏法測定電流計G的內(nèi)電阻rg,其中電阻R0約為1kΩ.為使rg的測量值盡量準確,在以下器材中,電源E應選用
B
B
,電阻器R1應選用
C
C
,電阻器R2應選用
F
F
(選填器材前的字母).
A.電源(電動勢1.5V)B.電源(電動勢6V)
C.電阻箱(0~999.9Ω)D.滑動變阻器(0~500Ω)
E.電位器(一種可變電阻,與滑動變阻器相當)(0~5.1kΩ)
F.電位器(0~51kΩ)
②該同學在開關斷開情況下,檢查電路連接無誤后,將R2的阻值調至最大.后續(xù)的實驗操作步驟依次是:
B
B
C
C
,
A
A
E
E
,最后記錄R1的阻值并整理好器材.(請按合理的實驗順序,選填下列步驟前的字母)
A.閉合S1
B.閉合S2
C.調節(jié)R2的阻值,使電流計指針偏轉到滿刻度
D.調節(jié)R2的阻值,使電流計指針偏轉到滿刻度的一半
E.調節(jié)R1的阻值,使電流計指針偏轉到滿刻度的一半
F.調節(jié)R1的阻值,使電流計指針偏轉到滿刻度
③如果所得的R1的阻值為300.0Ω,則圖1中被測電流計G的內(nèi)阻rg的測量值為
300
300
Ω,該測量值
略小于
略小于
實際值(選填“略大于”、“略小于”或“等于”).
④給電流計G
聯(lián)(選填“串”或“并”)一個阻值為
19.7
19.7
kΩ的電阻,就可以將該電流計G改裝為量程4V的電壓表.
(2)乙同學要將另一個電流計G改裝成直流電壓表,但他僅借到一塊標準電壓表V0、一個電池組E、一個滑動變阻器R′和幾個待用的阻值準確的定值電阻.
①該同學從上述具體條件出發(fā),先將待改裝的表G直接與一個定值電阻R相連接,組成一個電壓表;然后用標準電壓表V0校準.請你畫完圖2方框中的校準電路圖.
②實驗中,當定值電阻R選用17.0kΩ時,高整滑動變阻器R′的阻值,電壓表V0的示數(shù)是4.0V時,表G的指針恰好指到滿量程的五分之二;當R選用7.0kΩ時,調整R′的阻值,電壓表V0的示數(shù)是2.0V,表G的指針又指到滿量程的五分之二.由此可以判定,表G的內(nèi)阻rg
3.0
3.0
kΩ,滿偏電流Ig
0.50
0.50
mA.若要將表G改裝為量程是15V的電壓表,應配備一個
27.0
27.0
kΩ的電阻.
分析:(1)①對于儀器的選擇,要根據(jù)實驗原理,結合題目中數(shù)據(jù)并根據(jù)實驗原理通過計算來確定.
②該題考查半偏法測電阻的實驗步驟.需牢記.也可依據(jù)實驗原理推出實驗步驟.
③由半偏法測電阻實驗原理知,當調節(jié)電阻箱,使電流表半偏時,由于干路電流幾乎未變,電阻箱與電流計中的電流相等,電阻必然相等.故半偏時R1的阻值等于rg
實際上電阻箱R1并入后,電路的總電阻減小了,干路電流增大了,電流計半偏時,流過電阻箱的電流大于流過電流計的電流,電阻箱接入的電阻小于電流計的電阻.所以,該測量值“略小于”表頭內(nèi)阻實際值.
④改裝為電壓表需串聯(lián)一個電阻,串聯(lián)電阻(分壓電阻)阻值R可由IgRg+IgR=U來計算,其中U為改裝后電壓表的滿篇電壓(量程),該題中U=4V.
(2)①校對改裝成的電壓表,應使電壓表與標準電壓表并聯(lián),而且兩端的電壓應從零開始變化,觀察兩表示數(shù)的差值,確定對改裝時串接給電流計的分壓電阻增大些還是減小些.所以滑動變阻器應采用分壓式接法.
②由于V0和改裝后的電壓表并聯(lián),由題意知當選用R=17.0KΩ時,U=IgRg+IgR=4V,
當選用R=7.0KΩ時,U=IgRg+IgR=2V,將兩次的數(shù)值帶入U=IgRg+IgR,組成二元一次方程組,即可求解.
解答:解:(1)①由于要求改裝后的電壓表量程為0~4V,故選B;
由實驗原理知R1應能讀出具體數(shù)值,故選C;
閉合S2,電路中電流I不能大于200μA,由I=
E
R2+R0
R2=
E
I
-R0
,代入數(shù)據(jù)得:R2≈30KΩ,故選F;
故答案為:B;C;F
②半偏法測電阻實驗步驟:第一步,按原理圖連好電路;第二步,閉合電鍵S2,調節(jié)滑動變阻器R2,使表頭指針滿偏;第三步,閉合電鍵S1,改變電阻箱R1的阻值,當表頭指針半偏時記下電阻箱讀數(shù),此時電阻箱的阻值等于表頭內(nèi)阻rg
故應選B;C;A;E
故答案為:B;C;A;E
③當調節(jié)電阻箱,使電流表半偏時,由于干路電流幾乎未變,電阻箱與電流計中的電流相等,電阻必然相等.如果所得的R1的阻值為300.0Ω,則圖中被測電流計G的內(nèi)阻rg的測量值為300.0Ω.
實際上電阻箱并入后的,電路的總電阻減小了,干路電流增大了,電流計半偏時,流過電阻箱的電流大于流過電流計的電流,電阻箱接入的電阻小于電流計的電阻.所以,該測量值“略小于”實際值.
故答案為:300;略小于
④將電流計改裝成電壓表,應串連接入一分壓電阻R,由歐姆定律及串聯(lián)電路分壓規(guī)律有:U=IgRg+IgR其中U為改裝后電壓表的滿偏電壓,則R=
u
Ig
-Rg
代入數(shù)據(jù)解得:R=19.7kΩ.
故答案為:串;19.7
(2)①校對改裝成的電壓表,應使電壓表與標準電壓表并聯(lián),兩端的電壓從零開始變化,觀察兩表示數(shù)的差值,確定對改裝時串接給電流計的分壓電阻增大些還是減小些.所以滑動變阻器應采用分壓式接法,校對電路如圖3所示.
 

 
  對電壓表,由歐姆定律有:U=
2
5
Ig(R+Rg)
,帶入兩次的R、標準電壓表示數(shù)U解得:
rg=3.0KΩ,Ig=0.50mA.
   若要改裝成量程為15V的電壓表,由歐姆定律及串聯(lián)電路分壓規(guī)律有:U=IgRg+IgR,代入數(shù)據(jù)解得,應串聯(lián)的分壓電阻為:R=27kΩ.
故答案為:3.0;0.50;27
點評:該題難度較大,需掌握半偏法測電阻的方法,電表改裝原理及誤差分析等內(nèi)容才能解答次題.
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