“把电流表改装为电压表”实验教学中的两个问题，本文主要内容关键词为：电流表论文,电压表论文,两个论文,教学中论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
在讲授高二物理“把电流表改装为电压表”的实验时，学生经常向教师提出如下两个问题：（1）为什么实验中必须满足R
R'，R及R'大多少才能满足要求？（2）为什么改装后的电压表的读数偏小？
对以上两个问题最好采用如下处理方式：在教师的指导下由学生充分讨论，再由学生自行解答。由于问题略有难度，本文拟对以上两个问题做出简要分析，供新教师参考。与一般文章不同的是，在导出实验的控制条件RR'时，重在发掘电路的特点，物理意义明确，推导过程简洁，学生易于接受。
一、为什么实验中必须满足RR'，R比R'大多少才能满足要求
在改装前必须测量电流表的内电阻r[，g]，课本介绍的“半偏法”简要步骤如下：如图1所示，合上开关S[，1]，调整R的阻值，使电流表指针偏转到满刻度。再合上开关S[，2]，再调整R'的阻值，使电流表指针偏转到正好是满刻度的一半，当R比R'大很多时，可以认为r[，g]=R'。
附图
实验中由于R的阻值比电源的内电阻大得多，因而可以忽略电源的内电阻，即可把电源视为恒电源。电流表的满偏电流为I[，g]，满偏电压为U[，g]，则有U[，g]=I[，g]r[，g]。
则当合上开关S[，1]时电流表满偏，电流表上的电压为U[，g]。
再合上开关S[，2]时由于电流表半偏为I[，g]/2，则电流表上的电压应为（1/2）U[，g]，由于电压为恒压源，故电位器R上电压增加量为（1/2）U[，g]，通过R中的电流增加量为U[，g]/2R。这就表明，此时R'中电流为（I[，g]/2）+（U[，g]/2R），由于R'与r[，g]相并联，故有
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（2）由于r[，g]＞R'，若取r[，g]的测量值r[，g测]=R'，则测量值偏小，即电流表内电阻的测量值小于其真实值，有r[，g测]＜r[，g]。
据（1）式可求得测量的相对误差
附图
由于中学实验室中电流表的内阻r[，g]一般在几百欧姆以内，为使实验误差控制在中学实验允许误差的范围之内，一般取R≥100R'，即电位器的阻值R一般取几十千欧到几百千欧。若取R=100R'，则根据（2）式可求得相对误差δ=1％，这个误差在中学实验范围已经足够满足需要。
另外，为满足R≥100R'，同时又要能使电流表满偏，因此实验中使用的电源的电动势要求稍高一些。例如对一个电流量程I[，g]=100μA，内电阻大约为500Ω的电流表进行测量时，若取R=100R'≈100r[，g]≈50kΩ，则电源的电动势约为E=I[，g]（R+r[，g]）=100×10[-6]×（50×10[3]+500）V=5.05V，实验中可取电动势为6V的电源。
二、为什么改装后的电压表的读数偏小？
上述分析告诉我们，电流表内电阻的测量值小于其真实值。这是因为合上开关S[，2]后，干路中的电流大于I[，g]。因此，当调整R'的阻值，使电流表指针偏转到正好是满刻度的一半时，通过R'中的电流将大于（1/2）I[，g]，由并联电路的性质可知r[，g]＞R'。
另一方面，我们只能依据内阻的测量值把电流表改装为电压表。如果把电流表改装为电压量程为U的电压表，则与电流表相串联的电阻R[，1]=（U/I[，g]）-r[，g测]，而理论上要求串入的电阻应为R[，1]'=（U/I[，g]）-r[，g]，由于r[，g测]＜r[，g]，因此R[，1]＞R[，1]'，即实际串入的电阻比需要的电阻偏大，因而导致改装成的电压表的内阻偏大。当改装成的电压表的指针指向满刻度，即通过表头的电流为I[，g]时，电压表实际承受的电压将大于U。即改装电压表的电压读数小于它实际承受的电压，或者说电压读数偏小。因此，若按照图2所示的电路对改装的电压表效准时，如果改装的电压表满偏读数为U（例如U=2V）时，标准电压表的读数将大于U（例如2.1V）。为此，为了将改装电压表效准，必须减小串入的电阻R[，1]的阻值。
附图