专题19　电压表和电流表 学案—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第三册专题强化（word含答案）

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1．掌握小量程电流表改装成电压表和大量程电流表的原理.
2.会分析电流表内接法和外接法的误差情况，会正确选择电路．

一、小量程电流表G的三个参量
1．电流表的内阻：表头的电阻Rg叫作电流表的内阻．
2．满偏电流：指针偏到最大刻度时的电流Ig叫作满偏电流．
3．满偏电压：表头通过满偏电流时，加在它两端的电压Ug叫作满偏电压．
二、电表改装原理
1．电压表改装：将表头串联一个较大电阻，如图1所示：

图1
2．电流表改装：将表头并联一个较小电阻，如图2所示：

图2
知识深化
电压表、电流表的改装及其特点
项目
小量程电流表G改装成大量程电压表V
小量程电流表G改装成大量程电流表A
电路结构


R的作用
分压
分流
扩大量程的计算
U＝Ig(R＋Rg)
R＝－Rg
IgRg＝(I－Ig)R
R＝Rg
电表的总内阻
RV＝Rg＋R
RA＝
三、电流表的内接法和外接法
1．两种接法的比较

内接法
外接法
电路


误差分析
电压表示数：
UV＝UR＋UA＞UR
电流表示数：IA＝IR
R测＝＞＝R真
电压表示数：UV＝UR
电流表示数：
IA＝IR＋IV＞IR
R测＝＜＝R真
误差来源
电流表的分压作用
电压表的分流作用
适用情况
测大电阻
测小电阻

2.电流表内、外接的选择方法
(1)直接比较法：当Rx?RA时，采用内接法，当Rx?RV时，采用外接法，可记忆为“大内小外”．
(2)公式计算法
当<即当Rx＞时，用电流表内接法，
当>即当Rx＜时，用电流表外接法，
当Rx＝时，两种接法效果相同．
(3)试触法：
如图5，把电压表的可动接线端分别试接b、c两点，观察两电表的示数变化，若电流表的示数变化明显，说明电压表的分流作用对电路影响大，应选用内接法，若电压表的示数有明显变化，说明电流表的分压作用对电路影响大，所以应选外接法．

图5
例1.用伏安法测灯泡电阻时，若将电流表和电压表的位置接成如图所示电路，可能出现的情况是(???? )
A.?电流表烧坏???????????????????????B.?电压表示数为零???????????????????????
C.?灯泡不亮??????????????????????? D.?灯泡烧坏
【答案】 C
【解析】由于电压表内阻很大，故电路中电流很小，故灯泡不亮；电流表中示数很小，不会烧坏；此时电压表相当于直接接在电源两端，故此时电压表的示数接近220V；
故答案为：C．
例2.如图所示的电路中，电源是由三个规格相同的电池串联而成的电池组．每个电池的电动势和内阻如下，E0=2.0V，r0=0.5Ω，定值电阻R1=6.0Ω，R2=2.5Ω，R3=3.0Ω，电流表内阻很小，可以忽略不计，电压表内阻很大，其分流作用可以忽略不计．问：S闭合后电流表和电压表的示数各是多少？
【答案】 解：由题意可知E=3E0=6V，r=3r0=1.5Ω
S闭合后R1与R3为并联关系，设其等效电阻为R，则 R=R1R3R1+R3=6×36+3Ω=2Ω
用I2表示干路中的电流，依据闭合电路欧姆定律有： I2=ER2+R+r=62.5+2+1.5A=1A
电流表测量的是R1支路的电流I1 ， 依分流原理有： I1=R3R1+R3I2=36+3×1A=0.33A
电压表测量的是电源的路端电压U，有U=E-I2r=（6-1×1.5）V=4.5V
1.如图，电源内阻不能忽略，电流表和电压表均为理想电表。若发现电流表示数变小，电压表示数为零，则可能的故障是（?? ）
?
A.?R1断路???????????????????????????????B.?R1短路???????????????????????????????
C.?R2断路???????????????????????????????D.?R2短路
2.如图a、b所示的两个电路中，电阻R、电流表、电压表和电池都是相同的，电池的内阻相对于电阻R的大小可以忽略。闭合开关后，图a、b电路中电压表和电流表的示数Ua、Ub和Ia、Ib的大小不相同，它们的关系正确的是：（?? ）
A.?Ua>Ub????????????????????????????B.?IaUbIb????????????????????????????D.?UaIa3.如图所示，四个相同的表头分别改装成两个电流表和两个电压表，电流表 A1 的量程大于 A2 的量程，电压表 V1 的量程大于 V2 的量程，把它们按图接入电路，则下列说法正确的是（???? ）
①电流表 A1 的读数大于电流表 A2 的读数
②电流表 A1 的偏转角小于电流表 A2 的偏转角
③电压表 V1 的读数小于电压表 V2 的读数
④电压表 V1 的偏转角等于电压表 V2 的偏转角
A.?①②?????????????????????????????????????B.?②③?????????????????????????????????????
C.?③④?????????????????????????????????????D.?①④
4.如图所示，平行金属板中带电质点 P? 原处于静止状态，电流表和电压表为理想电表，当滑动变阻器 R4 的滑片向a端移动时，则（?? ）
A.?电压表读数减小??????? B.?电流表读数增大???????
C.?质点 P? 将向上运动???????D.?R3 上消耗的功率逐渐减小
5.如图所示，A1和A2是两只电阻不同的电流表，V1和V2是两只相同的电压表。电流表A2的示数是I2=0.6mA，电压表V1和V2的示数分别是0.6V和0.8V，则电流表A1的示数是（?? ）
A.?1.2mA????????????????????????????????B.?1.4mA????????????????????????????????
C.?1.6mA????????????????????????????????D.?1.8mA
6.如图所示的电路中，平行金属板中带电质点P处于静止状态，所有电流表和电压表均可视为理想电表，当滑动变阻器R4的滑片向b端移动时，则（?? ）
A.?电流表A示数变小，电压表V1示数变小
B.?R3上消耗的功率逐渐增大
C.?平行金属板之间原静止的质点P将向下运动
D.?此过程中电压表V1示数的变化量ΔU1和电流表A1示数的变化量ΔI1的比值绝对值变小
7.如图所示，当滑动变阻器R的滑片P向下滑动时，电路中电压表和电流表示数的变化情况是（?? ）
A.?V示数变大，A示数都变小???????????????????????????????????
B.?V示数变小、A示数都变大
C.?R1消耗的功率变小，R2消耗的功率变大??????????????
D.?R1消耗的功率变大，R2消耗的功率变小
8.如图所示的电路中，R1＝4Ω，R2＝2Ω，滑动变阻器R3上标有“10Ω　2A”的字样，理想电压表的量程有0～3V和0～15V两挡，理想电流表的量程有0～0.6A和0～3A两挡。闭合开关S，将滑片P从最左端向右移动到某位置时，电压表、电流表示数分别为2V和0.5A；继续向右移动滑片P至另一位置，电压表指针指在满偏的 ，电流表指针也指在满偏的．求电源电动势与内阻的大小。（保留两位有效数字）

9.如图所示，电表均为理想电表，定值电阻R3＝4Ω，闭合开关，电压表示数为U1＝2V，电流表示数为I1＝0.75A；经过一段时间，一个电阻被烧坏而使电路断路，电流表示数变为I2＝0.8A，电压表示数变为U2＝3.2V．求电源的电动势和内阻分别为多少？
10.如图所示电路中，已知 R1=5Ω ， R2=12Ω ，电压表示数为2V ， 电流表示数为 0.2A ，求电阻 R3 和 UAC 的阻值．
1.【答案】 B
【解析】A．若R1断路，外电阻增加，路端电压增大，则电流表示数变大，不符题意，A不符合题意；
B．若R1短路，外电阻减小，路端电压减小，通过R3的电路减小，则电流表示数减小。由于R1短路，测R1的电压表示数变为零，均符合题意，B符合题意；
C．若R2断路，外电阻增加，路端电压增大，则电流表示数变大，不符题意，C不符合题意；
D．若R2短路，外电阻减小，路端电压减小，通过R3的电路减小，则电流表示数减小。设电阻R1和R3的总电流为I3 ， 总电流增大，通过R4的电流减小，则I3增大，而通过R3的电流减小，因此通过R1的电流增大，电压表示数变大，不符合题意，D不符合题意。
故答案为：B。
2.【答案】 D
【解析】图a中电流表测量的是流过电阻和电压表的电流之和，电压表测量的是电阻两端电压，图b中电流表测量的是流过电阻的电流，电压表测量的是电阻和电流表的电压之和，因此有UaIb
因此 UaIa故答案为：D。
3.【答案】 D
【解析】 ① 、 ② 两安培表并联，表头两端的电压相同，电流相同，指针偏转角度相同，安培表 A1 的量程大于 A2 的量程，则安培表 A1 的读数大于安培表 A2 的读数 . 故 ① 正确， ② 错误．
? ③ 、 ④ 两电压表串联，两表头的电流相同，指针偏转角度相同，量程大的读数大，伏特表 V1 的偏转角等于伏特表 V2 的偏转角 . 故 ③ 错误， ④ 正确．
故答案为：D
4.【答案】 C
【解析】A B．由图可知，R2与滑动变阻器R4串联后与R3并联后，再由R1串连接在电源两端；电容器与R3并联；当滑片向a移动时，滑动变阻器接入电路的电阻增大，则电路中总电阻增大，由闭合电路欧姆定律可知，干路中电流减小，电源的内电压减小，路端电压增大，同时，R1两端的电压也减小，故并联部分的电压增大；由欧姆定律可知流过R3的电流增大，则流过并联部分的电流减小，故电流表示数减小；因并联部分电压增大，而R2中电压减小，故电压表示数增大，AB不符合题意；
C．因R3两端电压增大，则电容器两端电压增大，故电荷受到的向上电场力增大，则重力小于电场力，电荷向上运动，C符合题意；
D．R3上电流增大，根据 P=I32R3 ，则R3消耗的功率逐渐增大，D不符合题意。
故答案为：C。
5.【答案】 B
【解析】由于V1和V2两表相同，说明它们的内阻相同，设为RU1=I2R
U2=IV2R
联立得IV2=0.8mA
A1测量是总电流为IV2+I2=1.4?mA
故答案为：B。
6.【答案】 C
【解析】A．当滑动变阻器R4的滑片向b端移动时，滑动变阻器的阻值减小，由串反并同规律得，与滑动变阻器串联的电流表A的读数增大，A不符合题意；
B．当滑动变阻器R4的滑片向b端移动时，滑动变阻器的阻值减小，由串反并同规律得，与滑动变阻器并联的R3的功率减小，B不符合题意；
C．当滑动变阻器R4的滑片向b端移动时，滑动变阻器的阻值减小，由串反并同规律得，与滑动变阻器并联的电容器两端电压减小，电场强度减小，液滴所受的电场力减小，液滴向下运动，C符合题意；
D．因为 ΔU1ΔI1=R1+r ，此过程中电压表V1示数的变化量ΔU1和电流表A1示数的变化量ΔI1的比值绝对值保持不变，D不符合题意。
故答案为：C。
7.【答案】 D
【解析】由图可知，R2与R并联后与R1串联；当滑片向下滑动时，滑动变阻器接入电阻减小，则电路中总电阻减小，则由闭合电路欧姆定律可知 I=ER总
可知电路中总电流增大；根据欧姆定律可知 U1=IR1
可知R1串电压增大，即电压表示数增大，根据 P=I2R1
可知R1消耗的功率变大；电源电动势不变，现内阻和R1电压增大，故并联部分电压减小，所以通过R2的电流减小，根据 P=I22R2
可知R2消耗的功率变小；因总电流增大，R2的电流减小，故电流表中电流增大。
故答案为：D。
8.【答案】 解：滑片P向右移动的过程中，电流表示数在减小，电压表示数在增大，由此可以确定电流表量程选取的是0～0.6 A，电压表量程选取的是0～15 V，所以第二次电流表的示数为 13 ×0.6 A＝0.2 A，电压表的示数为 13 ×15 V＝5 V
当电流表示数为0.5A时，R1两端的电压为U1＝I1R1＝0.5×4 V＝2 V
回路的总电流为I总＝I1+ U1R2 ＝0.5+ 22 A＝1.5 A
由闭合电路欧姆定律得E＝I总r+U1+U3 ，
即E＝1.5r+2+2①
当电流表示数为0.2 A时，R1两端的电压为U1′＝I1′R1＝0.2×4V＝0.8 V
回路的总电流为I总′＝I1′+ U'1R2 ＝0.2+ 0.82 A＝0.6A
由闭合电路欧姆定律得E＝I总′r+U1′+U3′，
即E＝0.6r+0.8+5②
联立①②解得E＝7.0 V，r＝2.0Ω
9.【答案】 解：因电阻烧坏后，两电表示数均增大，烧坏的电阻不可能是R1和R3 ， 一定是R2；
R2被烧坏后，由题图知电阻R1两端电压为U2＝3.2V，通过的电流为I2＝0.8A，
即电阻R1＝ U2I2 ，
得：R1＝4Ω?? ①
R2被烧坏前，电阻R3两端电压为U3＝I1R1－U1 ， 得：U3＝1V；???
通过电阻R3的电流为I3＝ U3R3 ， 得：I3＝0.25A；
电路中总电流为I＝I1＋I3＝1A??? ②
由闭合电路欧姆定律得：E＝U1＋U3＋Ir????? ③
R2被烧坏后，由闭合电路欧姆定律知E＝U2＋I2r? ④
由③④解得： E＝4 V，r＝1 Ω??? ⑤
10.【答案】 解：干路中的电流为： I=UR1=25A=0.4A ，
则通过 R3 的电流为： I3=I?I2=0.4?0.2A=0.2A ，
则有： R3=IR2I3=0.2×120.2Ω=12Ω ．
UAC=U+I3R3=2+0.2×12V=4.4V ．
故本题答案是：电阻 R3 和 UAC 分别为 12Ω 和 4.4V ．