Question

實驗室內有一電壓表，量程為5V，內阻約為2.5kΩ．現要測量其內阻，實驗室提供如下器材：
電源E₁（電動勢為3V，內阻不計），
電源E2（電動勢6V，內阻不計），
電阻箱R （0-9999Ω），
滑線變阻器R₁（總阻值約15Ω，額定電流1A），
滑線變阻器R₂（總阻值約150Ω，額定電流1A），
開關S及導線若干．
在既不損壞儀器又能使精確度盡可能高的條件下，請你根據提供的器材，設計一個測量電壓表內阻的電路．
（1）在方框內畫出你所設計的電路圖（注明器材代號）；
（2）在你設計的電路中，電源應選______，滑線變阻器應選______（填器材代號）；
（3）用你設計的電路測量出的電壓表內阻將______真實值（填等于、小于或大于）；
（4）若實驗用的器材如圖所示，圖中已連好部分連線，在不變動已有連線的前提下，正確完成其余連線；
（5）寫出完成接線后的主要測量步驟，并用合適的符號表示測定的物理量．

Answer 1

【答案】分析：（1）由于沒有電流表，不能測量電流，可采用半偏法設計電路：將待測電壓表與電阻箱串聯，變阻器采用分壓式接法．
（2）電源的電動勢應大于電壓表的量程．變阻器接成分壓時，為方便調節，應選用總電阻較小的變阻器．
（3）根據實驗原理，分析誤差．注意并聯支路的電阻增大時，并聯總電阻增大，變阻器輸出的電壓將增大．
（4）按電流流向的順序連接電路．
（5）實驗的主要步驟為：①把電阻箱阻值調至零值，閉合S，調節滑線變阻器，使電壓表指針指在滿刻度處；②保持滑線變阻器滑片的位置不變，調節電阻箱，使電壓表指針指在中央刻度處，記下電阻箱的阻值R．
解答：解：（1）本實驗采用半偏法，將待測電壓表與電阻箱串聯，由于變阻器的總電阻遠小于電壓表的內阻，應將變阻器接成分壓式接法．電路圖如圖所示．
（2）由于采用分壓電路，電源的電動勢應大于電壓表的量程．故電源應選E₂．為方便調節，滑動變阻器應選用R₁；
（3）當保持滑線變阻器滑片的位置不變，調節電阻箱電阻變大時，電阻箱與電壓表串聯的總電阻增大，總電壓增大，所以電阻箱實際電壓大于電壓表的電壓，由于串聯，電阻箱的電阻大于電壓表的內阻，而用電阻箱的電阻代表電壓表的內阻，測量值將大于真實值．
（4）按電流流向的順序連接電路．
（5）實驗的主要步驟為：①把電阻箱阻值調至零值，閉合S，調節滑線變阻器，使電壓表指針指在滿刻度處；②保持滑線變阻器滑片的位置不變，調節電阻箱，使電壓表指針指在中央刻度處，記下電阻箱的阻值R．
故答案為：
（1）電路圖如圖；
（2）E₂，R₁；
（3）大于；
（4）實物連線．
（5）①把電阻箱阻值調至零值，閉合S，調節滑線變阻器，使電壓表指針指在滿刻度處；
②保持滑線變阻器滑片的位置不變，調節電阻箱，使電壓表指針指在中央刻度處，記下電阻箱的阻值R．
點評：本題是一種等效替代的設計思路，是常用的半偏法．畫電路圖時，要與實物圖匹配，儀器上要標上代號，注意這些細節，減少無謂丟分．