2022年高考物理实验提升特训11 半偏法测电表的内阻和电表的校准（解析版）

2022年高考创新实验特训提升专题11半偏法测电表的内阻和电表的校准1．用半偏法测量电流表G的内阻，某同学设计了如图甲所示电路，器材如下：A．待测电流表G（量程200μA）；B．电动势E=1.5V；C．电动势E=3V；D．电阻箱：；E．滑动变阻器：；F．滑动变阻器：；G．开关两个，导线若干； （1）连接电路时，图甲中的电源应选择______（选填“B”或“C”），滑动变阻器R1应选择______（选填“E”或“F”）（2）用画线代替导线，按图甲电路在图乙中把实物图连接完整______；（3）操作步骤如下：①断开S1、S2，将R1调到最大，连接好电路；②闭合S1，调节R1，使电流表G满偏；③保持R1的滑片不动，再闭合S2，调节R2，使电流表G的示数为100μA，此时，电阻箱示数如图丙，由此可得出电流表G的内阻rg=______Ω；（4）为修正上述测量的系统误差，该同学再找来量程为250μA的电流表G1，将其串接在干路上，重复上述步骤①②，再闭合S2，调节______（选填“R1”、“R2”或“R1和R2”），使电流表G的示数为100μA时，电流表G1的示数为200μA，此时，由上述半偏法可更准确得出rg的值。【答案】BER1和R2【详解】（1）[1]如果电动势选择3V，当灵敏电流计满偏时，电路中的总电阻为滑动变阻器没有这么大的量程，因此选择1.5V；[2]由于电流表半偏时，认为电路中的总电流不变，所以只有滑动变阻器的阻值远远大于电流表的内阻才近似电流未变，故滑动变阻器选最大阻值，即选择E； （2）[3]按电路图连接完成的实物连接，如下图所示（3）③[4]根据电流半偏法特点，电阻箱的阻值与电流G的阻值相等，则（4）[5]利用此法测电流表G的内阻时，没有系统误差，测量的内阻更准确，则可以同时调节和，使电流表G的示数为100μA时，电流表G1的示数为200μA，此时，由上述半偏法可更准确得出rg的值。2．如图是测定电流表内电阻实验的电路图，电流表的内电阻约为，满偏电流为。除开关、导线外，还有下列器材可选用。A．电阻箱B．电阻箱C．电阻箱D．电池组（电动势，内阻很小）E.电池组（电动势，内阻很小）(1)电路图中电位器应选用__________，电池组应选用__________（均填写器材的字母代号）。 (2)某学生进行的实验步骤如下：①先将的阻值调到最大，合上，调节的阻值，使电流表的指针偏转到满刻度；②合上，保持的阻值不变，调节的阻值，使电流表的指针偏转到满刻度的一半；③记下的阻值为。则电流表内电阻的测量值为__________。(3)现在要把它改装成量程为的电压表，则应串联的分压电阻__________。(4)以下四种说法正确的是__________（填正确说法前的字母）。A．上述电流表内电阻的测得值比其真实值小，这一因素使得用上述改装成的电压表测定电压时，其读数比电压表两端的实际电压小B．上述电流表内电阻的测得值比其真实值大，这一因素使得用上述改装成的电压表测定电压时，其读数比电压表两端的实际电压小C．上述电流表内电阻的测得值比其真实值小，这一因素使得用上述改装成的电压表测定电压时，其读数比电压表两端的实际电压大D．上述电流表内电阻的测得值比其真实值大，这一因素使得用上述改装成的电压表测定电压时，其读数比电压表两端的实际电压大(5)下列对此电压表加以改进的措施，其中正确的是__________（填正确说法前的字母）。A．在上串联一比小得多的电阻B．在上串联一比大得多的电阻C．在上并联一比小得多的电阻D．在上并联一比大得多的电阻【答案】CDAD 【详解】(1)[1][2]若电源电动势选择，电源选择电动势为的电池组；电源选择电动势为，电阻箱选择。(2)[3]在原理上不考虑闭合后干路中电流的变化；(3)[4]应串联的分压电阻(4)[5]考虑闭合后干路中电流的变化，；解得由于电流表内电阻的测得值比其真实值小，改装成的电压表测定电压时，流过电流表的电流小，其读数比电压表两端的实际电压小。故选A。(5)[6]要使流过电流表的电流稍微变大一点，应在上并联一个比大得多的电阻，故选D。3．某同学欲测量电流表的内阻。电流表的满偏电流为，内阻在150-250Ω之间。电路如图所示，利用半偏法测定电流表G的内阻，其供选用的器材如下：A．电阻箱（阻值范围0~999Ω）B．电阻箱（阻值范围0~99999Ω）C．电源（电动势3V，内阻约为1Ω）D．电源（电动势30V，内阻约为3Ω）实验主要步骤如下：a.连接好电路接通，调节电阻，使电流表指针偏转到满刻度 b.接通，保持电阻不变，调节电阻，使电流表指针偏转到满刻度的一半c.读出的阻值为198Ω，即认为（1）根据该实验要求和实验过程，以下说法正确的是（______）A．该实验中最好选用阻值范围为0~999Ω的电阻箱B．该实验中最好选用电动势3V的电源C．该实验的要求是的值应远大于电流表的内阻D．该实验存在系统误差，且电流表内阻的测量值与真实值相比偏小（2）为了更准确测出电流表的内阻，另一同学利用以下仪器去测量：待测电流表，另外一个电流表（量程为，内阻约40Ω）；定值电阻阻值为200Ω；电源E（电动势约为3V内阻不计），滑动变阻器R（阻值范围为0-20Ω），单刀单掷开关一个，导线若干，要求实验中尽可能准确地测量电流表阻值，且能够获得多组实验数据①请在虚线方框中画出测量电路图，并在图中标明选用器材的符号（______）②若实验中读得表和表的读数为和，且电表读数十分准确，则表的内阻___________。③实验中把测量值与真实值之差除以真实值叫做测量结果的相对误差（），结合实验（1）（2），实验（1）中的相对误差为___________%（该问结果保留两位有效数字）。【答案】CD；210Ω；5.7 【详解】(1)[1]A．利用半偏法测定电流表G的内阻时，因为电流表G的满偏电流很小，所以该实验中的电阻很大，最好选用阻值范围为0~99999Ω的电阻箱，故A错误；B．电流表的满偏电压为为了减小测量误差，Ug远小于电源电动势，该实验中最好选用电动势30V的电源，故B错误；C．为了减小测量误差，电路中电流变化非常小，所以该实验的要求的值应远大于电流表的内阻，故C正确；D．K2闭合时，R2与rg并联，并联电阻小于rg，所以K2闭合后的干路电流大于闭合前的，此时电流表的电流是满偏的一半，则通过R2的电流大于满偏的一半，所以该实验存在系统误差，且电流表内阻的测量值与真实值相比偏小，故D正确。故选CD；(2)①[2]滑动变阻器R的阻值较小，采用分压式接法，定值电阻与的内阻差不多，采用并联，所以电路图如下②[3]根据并联电路的特点可得③[4]实验(1)中的相对误差4．一电流表的内阻Rg约在1kW～2kW之间，现要测量它的内阻，提供的器材有：A．待测电流表G（量程250mA）B．电源E（4V，内阻0.6W） C．电阻箱RA（0－9999W）D．滑动变阻器R1（0－20W，1A）E.滑动变阻器R2（0－250W，0.6A）F.滑动变阻器R3（0－1kW，0.3A）G.标准电流表G（量程250mA）H.电键S1、S2及导线若干有甲、乙两同学，用不同的测量方法来测出内阻。设计的电路如图(1)和(2)A、甲同学利用图(1)的电路图来测量内阻，其实验步骤如下：①先按电路图一接好各元件，并使滑动触头P先置a端，断开电键S1，且使电阻箱阻值为零②闭合电键S1，调节滑动触头P于某一位置，使G表满刻度Ig③保持滑动触头P的位置不变，调节电阻箱RA，使G表的读数变为半偏（），记下此时的电阻箱数值R④实验完毕后断开电键，即得待测电流表内阻Rg=RB、乙同学利用图(2)的电路图来测得内阻，其实验步骤如下：①先按电路图(2)接好各元件，并使滑动触头P先置于a端，断开电键S1、S2，且使电阻箱阻值为零②闭合电键S和S1，调节滑动触头P于某一位置，使表满刻度Ig ③断开电键S1，闭合电键S，调节电阻箱电阻值，使表电流仍为Ig，记下电阻箱数值R④实验完毕后断开电键，即得待测电流表内阻Rg=R请回答以下问题：(1)在不考虑操作过程中的失误的前提下，仅就电路设计而言，能更准确地测出电流表内阻值的是______同学设计的方案。(2)甲、乙两同学在操作过程中有一名同学有失误，请你指出是那名同学并改正：______(3)对测量精度较差的那个设计方案中，回答以下问题：（a）其测量误差的主要来源，以下分析正确的是______A．电阻箱两端电压大于B．aP端的电压增大C．G表两端电压由IgRg减为D．电阻箱R分压作用（b）这一测量值对实际的内阻而言是偏大还是偏小？答：______（c）要使这一测量值的误差尽量小，则可变电阻应选择_______。【答案】乙电阻箱R阻值应先置于2kW以上，不应先置于零AB偏大R1【详解】(1)[1]乙同学的方案能更准确地测出电流表内阻值；因为甲同学的方案中，调节电阻箱电阻值，使G表电流为时，由于外电路总电阻增大，变阻器输出的电压增大，即电流表与电阻箱串联的总电压已增大，电阻箱的电压将大于电流表的电压，根据串联电路分析特点可知，测量值将大于电流表内阻真实值。乙同学采用等效替代的方法，没有系统误差；(2)[2]乙同学的失误是电阻箱阻值在测量前应先置于2kΩ以上不应先置于零，从而使得闭合开关后电路电流较小，保证电流表的安全；(3)[3]图甲的半偏法测电流表内阻的误差为电阻箱 的接入使得A平间阻值增大，分压怎大，使得电阻箱两端电压大于，故选AB；[4]由上分析可知，甲同学方案中，所得到的电流表内阻测量值偏大；[5]为调节方便要选小滑动变阻器，要用分压式保证总电阻变化小，变阻器也要选小阻值，则应选择R1。5．利用如图所示电路测量一量程为300mV的电压表的内阻约为300Ω。实验步骤如下：①按电路图正确连接好电路，把滑动变阻器R的滑片P滑到a端，闭合开关，并将电阻箱的阻值调到较大；②闭合开关，调节滑动变阻器滑片P的位置，使电压表的指针指到满刻度；③保持开关闭合和滑动变阻器滑片的位置不变，断开开关，调整电阻箱的阻值大小，使电压表的指针指到满刻度的一半，读出此时电阻箱的阻值，即为电压表内阻的测量值。实验提供的器材除待测电压表、电阻箱（最大阻值999.9Ω）、电池（电动势约1.5V，内阻可忽略不计）、导线和开关之外，还有如下可供选择的实验器材：A．滑动变阻器（最大阻值150Ω）；B．滑动变阻器（最大阻值10Ω）；C．定值电阻（阻值约20Ω）； D．定值电阻（阻值约200Ω）。根据以上设计的实验方法，回答下列问题：（1）对于上述测量方法，从实验原理分析可知，在测量无误的情况下，实际测出的电压表内阻的测量值______真实值（填“大于”“小于”或“等于”）。（2）为了使测量比较精确，从可供选择的实验器材中，滑动变阻器应选用______，定值电阻R’应选用______（填字母代号）。（3）在其他元件不变的情况下，为使测量更准确，可换用一电动势更______（填“大”或“小”）的电池（内阻可忽略）。【答案】大于BC大【详解】（1）[1]从实验原理分析可知，当再闭合开关S2，调整电阻箱R0的阻值，从而使得滑动变阻器两端电压变大，即使电压表示数为一半，而电阻箱R0的电压偏大，导致所测电阻也偏大，所以测量电阻大于真实电阻。（2）[2]该实验中，滑动变阻器采用了分压接法，因此要选择总阻值较小的。故选B。[3]定值电阻R'的阻值不能过大，否则R'分得的电压偏大，影响实验的准确性。故选C。（3）[4]为使测量更准确，可换用一电动势更大的电池6．有一电压表V，量程为3V，要求测量其内阻RV，内阻约为几千欧。可选用的器材有：滑动变阻器甲，最大阻值；滑动变阻器乙，最大阻值；电阻箱，最大阻值9999.9Ω；电源，电动势约为4V，内阻不计；电源，电动势约为10V，内阻不计；电压表V0，量程6V；开关两个，导线若干； (1)小兰采用如图甲所示的测量电路图。连接好实验电路后，小兰进行实验操作，请你补充完善下面操作步骤：①断开开关S2和S1，将R1的滑片移到最左端的位置；②闭合开关S2和S1，调节R1，使V满偏；③断开开关S2，保持________（选填“R1”或“R2”）阻值不变，调节_______（选填“R1”或“R2”），使V示数为2.00V，读取并记录此时电阻箱的阻值为R0，为使得测量结果尽量准确，滑动变阻器R1应选择________（选填“甲”或“乙”），电源应选择________（选填“”或“”），小兰测出的电压表内阻________，它与电压表内阻的真实值RV相比，________RV（选填“＞”、“=”或“＜”）；(2)小兵同学采用了如图乙所示的测量电路图，实验步骤如下：①断开开关S2和S1，将R1的滑片移到最左端的位置；②闭合开关S2和S1，调节R1，使V满偏，记下此时V0的读数；’③断开开关S2，调节R1和R2，使V示数达到半偏，且V0的读数不变；读取并记录此时电阻箱的阻值为，理论上分析，小兵测出的电压表V内阻的测量值与真实值相比，________RV（选填“＞”、“=”或“＜”）。 【答案】R1R2甲E1＞=【详解】（1）[1][2][3][4][5][6]断开开关S2，保持R1阻值不变，调节R2使V示数为2.00V，读取并记录此时电阻箱的阻值为R0，电路采用了分压接法测电阻，所以应该选用电阻较小的滑动变阻器甲，为使得测量结果尽量准确，电源应选择电压值为4V的，原来电路电压表满偏即3V，现在电压表读数为2V，所以电压表内阻，由于回路中电阻增大，电流减小，分支上的实际电压之和大于3V，而电压表读数为2V时电阻箱两端电压大于1V，则实际上电压表内阻小于2R0，所以它与电压表内阻的真实值RV相比，＞RV（2）[7]．此测量方法中，S2闭合时电压表两端电压等于S2断开时电压表和R2两端的电压之和，则当S2断开时电压表半偏时，电压表的内阻等于电阻箱R2的阻值，此方法测量无误差产生，即=RV7．如图电路可以同时测量两个电压表的阻值，以下器材备选用A．待测电压表V1量程06V，内阻约20kΩ，测量读数用U1表示B．待测电压表V2量程010V，内阻约30kΩ，测量读数用U2表示C．滑动变阻器R1：020ΩD．滑动变阻器R2：0500ΩE.电阻箱R3：099.9ΩF.电阻箱R4：099999.9ΩG.电源电动势E=18VH.开关两个，导线若干(1)本次实验中，滑动变阻器选___，电阻箱选___（填写器材前标号）； (2)实验步骤如下(i)实验时闭合K1和K2，调整滑动变阻器使____满偏（填“V1”或“V2”），并记录此时两电压表的读数为U1和U2；(ii)断开K2，保持滑动变阻器的滑片位置不变，调整电阻箱使原来满偏的电压表半偏，此时记录电阻箱阻值R；(iii)通过测量记录的读数来表示电压表V1的内阻RV1=____，电压表V2的内阻RV2=____（用测量物理量U1、U2和R表示）；(3)实验测得电压表的内阻与其真实值相比___（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）【答案】CFV1偏大【详解】(1)[1][2]本实验采用半偏法测电压表内阻，要求电压表半偏时分压电路分压几乎不变，则滑动变阻器的阻值要远小于电压表阻值，它们相差越大，接入电阻时对分压电路分压影响越小，因此要选择最大阻值较小的滑动变阻器，滑动变阻器应选择C，电阻箱阻值要与两电压表阻值之和相等，由题意可知，电阻箱应选择F(2)[3]两电压表串联，只能使量程小的电压表V1满偏，并记录此时两电压表的读数为U1和U2[4][5]闭合K2时，电压表V1满偏，示数为6V，流过电流表电流断开K2时，分压电路两端电压不变，电阻箱两端电压为分压电路总电压的一半，电阻箱阻值与电压表电阻相等，即解得，(3)[6]断开K2时，分压电路的电阻增大，分压电路的电压增大，电阻箱两端电压大于分压电路总电压的一半，由于两电压表与电阻箱串联，所以用电阻箱的阻值代替电压表的内阻则实验测得电压表的内阻与其真实值偏大8．某同学把量程为500mV但内阻未知的电压表改装成量程为5V的电压表，步骤如下： （1）测量电压表的内阻，测量电路如图甲所示，将R1的滑片移至最左侧闭合开关S1、S2，滑动R1的滑片，使电压表的指针指在500mV处；断开S2，调节电阻箱R2，使电压表的指针指在300mV处，此时电阻箱R2的示数如乙图所示为_________，则电压表的内阻RV=_________；（2）为把电压表改装成量程为5V的电压表需要_________（选填“并”或“串”）联一个电阻R0的阻值为_________的电阻；（3）用丙图所示电路对改装电压表进行校对，由于内阻测量造成的误差，当标准电压表示数为5V时，改装电压表示数为0.49V。为了尽量消除改装后的电压表测量电压时带来的误差，R0的阻值应调至_________（小数点后面保留一位）。【答案】580870串78307656.4【详解】(1)[1][2]此时电阻箱R2的示数如乙图所示为580，由欧姆定律可得可得电压表的内阻RV=870。(2)[3][4]由欧姆定律可得可得R0=7830，即要串联一个分压电阻R0，阻值为7830。(3)[5]当电压表示数为0.49V时，电压表所在支路电流为电压表的实际内阻为当电压表正常显示0.5V时应满足联立解得故R0的阻值应调至7656.4。9．将一微安表先改装成量程1mA的电流表，再改装成量程5V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6V的标准电压表。已知微安表满偏电流为250μA，标记的内阻为600Ω，电阻箱R1、R2调节范围为0~9999.99Ω。(1)微安表改装：图甲中电阻箱的阻值分别调节到R1=_______Ω，R2=______Ω。(2)实物连线：选用合适的器材，按照图甲正确连接电路。(3)对比校准：正确连接电路后，闭合开关，调节滑动变阻器，当标准电压表的示数如图乙所示时，微安表（改装后电压表）的示数如图丙所示，由此可以推测出改装电压表量程的真实值________5V。（选填“大于”或“小于”）(4)重新调整：通过检测发现：电阻箱R1、R2阻值是准确的，而微安表标记的内阻不准确，这是改装电压表量程的真实值不是5V的原因。再通过调节电阻箱R1、R2的阻值，使改装电压表量程的真实值为5V，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【答案】2004850小于AD【详解】(1)[1]微安表并联电阻改装为1mA的电流表，有即解得 [2]改装后的电流表满偏电流为1mA，内阻为再改装为6V的电压表，串联电阻R2，有即解得(3)[3]标准电压表的精度为0.2V，指针对应的真实电压为3.2V；微安表的精度为5，读数为170，根据偏角和电压成正比有解得即改装电压表量程的真实值小于5V；(4)[4]因电压表的量程偏小，改装关系为；则保持R1不变，即保持不变，可将R2增大到合适值，从而使U增大；另保持R2不变，将R1减小到合适值，即将变大，也能使U增大，故选AD。10．某同学要将一满偏电流为的毫安表G改装为量程为的电流表。他先测量出毫安表G的内阻，然后对表进行改装，最后再利用—标准毫安表，对改装后的电流表进行校正。具体实验步骤如下：①按电路原理图甲连接线路；②将的阻值调到最大，闭合开关后调节的阻值，使毫安表G的指针偏转到满刻度；③闭合S2，保持不变，调节的阻值，使毫安表G的指针偏转到满刻度的一半的位置，记下的阻值。(1)若按正确操作步骤读出的阻值为95Ω，则毫安表G内阻的测量值______Ω，与毫安表内阻的真实值相比，______（选填“大于”“等于”或“小于”）；(2)若忽略实验的误差，将上述毫安表G改装成量程为的电流表，则需要______（选填“串”或“并”）联一个阻值______Ω（保留两位有效数字）的电阻； (3)根据图乙所示电路对改装后的电表进行校正。改装表的指针位置如图丙所示，若改装的电流表准确，则标准毫安表的示数为______。（保留三位有效数字）【答案】95小于并5.060.0【详解】(1)[1]由于指针指在满刻度一半的位置，说明分得的电流和毫安表的电流相等，所以毫安表的内阻等于，即毫安表的内阻为[2]闭合后，与的并联值，所以，此时电阻R2两端的电流大于毫安表的电流，即(2)[3]毫安表G改装成量程为的电流表需要并联一个电阻[4]由并联电路分流特点，并联电阻阻值为(3)[5]改装后的电流表显示为，因量程扩大20倍，故标准毫安表的示数为