非理想电表在创新实验中的应用

山西 石有山

创新是物理实验考查永远的方向。

非理想电表在创新实验中的应用

电流表与电压表都是由灵敏电流计改装的，电流计并联一个小电阻即为电流表，电流计串联一个大电阻即为电压表。在许多情况下，电压表和电流表都被视为理想的，即电压表内阻无穷大，电流表内阻为零，此时电表对电路是没有影响的，但在许多题目中电表并不是理想的，这时的电表既是一个测量仪表，又是连接在电路中的一个电阻，具有二重性。近几年的高考试题来源于课本的基本实验，但又高于课本的基本实验，注重实验创新，下面谈非理想电表在创新实验中的应用。

创新一 电流表当电压表使用

【例1】测量一个长约5 cm、电阻R1约为30 Ω、横截面为圆形、粗细均匀的导电材料的电阻率，所用器材如下：

游标卡尺(20分度)；

螺旋测微器；

直流电源E(电动势为18 V，内阻可忽略不计)；

标准电流表A1(量程1．5 A，内阻r1=6 Ω)；

电流表A2(量程2 A，内阻r2约为5 Ω)；

滑动变阻器R2(最大阻值10 Ω)；

开关S，导线若干。

(1)用游标卡尺测得该材料的长度如图1所示，读数L=________cm；用螺旋测微器测得该材料的直径如图2所示，读数D=________mm。

(2)请根据给出的仪器设计测电阻的实验电路原理图，要求获得较多的实验数据。

(3)若某次测量中两电流表A1、A2的读数分别为I1、I2，则由已知量和测量量计算电阻率的表达式为ρ________。

【答案】(1)5．020 2．150

图3

(2)电路如图3所示

【点评】本题的电流表当电压表使用。在非理想电表中，电流表不必串入电路，电压表不必并入电路，在电表的内阻已知时，电流表能当电压表使用，电压表能当电流表使用。

创新二 电压表当电流表使用

【例2】有一较大阻值的电阻R，电阻大约几十千欧，现要测其电阻，除了导线和开关外，实验室还备有以下器材可供选用

电流表A1，量程0～1 A，内阻r1约为0．5 Ω

电流表A2，量程0～30 mA，内阻r2约为200 Ω

电压表V1，量程0～6 V，内阻RV1等于20 kΩ

电压表V2，量程0～10 V，内阻RV2约为30 kΩ

滑动变阻器R1，0～20 Ω，额定电流2 A

滑动变阻器R2，0～2 000 Ω，额定电流1 mA

电源E(电动势为12 V，内阻r约2 Ω)

(1)请选择合适的器材，设计出便于精确测量的电路图，请在方框内画出电路图，其中滑动变阻器应选________；

(2)选用一组电表的数据，分别是________________________ (指出是哪些电表的示数，用给出数据的物理量符号)，待测电阻R的表达式为________ 。

【解析】(1)待测电阻较大，滑动变阻器用分压式，选用小阻值电阻，即选R1，待测电阻很大，最大电流不足1 mA，因此不能选择电流表，由于电压表V1内阻已知，因此电压表V1当电流表使用，电路图如图4所示，需要记录电压表V1、V2的示数U1、U2。

图4

【答案】(1)电路如图4所示R1

【点评】本题电压表内阻已知，当电流表使用，本题测电阻的原理仍然为伏安法，但由于加在待测电阻上的电压和通过待测电阻的电流值都为准确值，因此利用理想电表测待测电阻时，一般无系统误差。

创新三借助非理想电表，定值电阻当电压表使用或电流表使用

【例3】(湖南省衡阳市2017届高三下学期第三次联考)(1)某同学选择多用电表的“×10”挡测量一电阻Rx的阻值。正确操作后得到如图5所示的指针所指位置情况，则电阻Rx的阻值约为________Ω。

图5

(2)为了精确测量该电阻的阻值，该同学从实验室找来了下列器材：

A．待测电阻Rx

B．电流表A1(量程40 mA、内阻r1=15 Ω)

C．电流表A2(量程100 mA、内阻r2≈5 Ω)

D．滑动变阻器R(范围0～10 Ω)

E．定值电阻R0(阻值R0=100 Ω)

F．电源E(电动势6 V、有内阻)

G．开关、导线若干

①实验中要求调节范围尽可能大，请在方框内画出符合要求的电路图，并标出所选器材的符号。

②用I1、I2分别表示电流表A1、A2的示数，该同学通过描点得到了如图6所示的I1-I2图象，则该电阻的阻值为________Ω。

【解析】(1)欧姆表的读数为12×10 Ω=120 Ω。

(2)①滑动变阻器用分压式，电流表A1内阻已知，方案一可以把定值电阻R0当电压表使用，方案二把定值电阻R0和电流表A1串联当电压表使用。

【答案】(1)120

(2)①如图7所示 ②85

或①如图8所示 ②115

山西介休市第一中学)