Question

實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有一電壓表，量程為5V，內(nèi)阻約為2.5kΩ．現(xiàn)要測(cè)量其內(nèi)阻，實(shí)驗(yàn)室提供如下器材：
電源E₁（電動(dòng)勢(shì)為3V，內(nèi)阻不計(jì)），
電源E2（電動(dòng)勢(shì)6V，內(nèi)阻不計(jì)），
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(kāi)關(guān)S及導(dǎo)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(qǐng)你根據(jù)提供的器材，設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量電壓表內(nèi)阻的電路．
（1）在方框內(nèi)畫出你所設(shè)計(jì)的電路圖（注明器材代號(hào)）；
（2）在你設(shè)計(jì)的電路中，電源應(yīng)選

E₂

，滑線變阻器應(yīng)選

R₁

（填器材代號(hào)）；
（3）用你設(shè)計(jì)的電路測(cè)量出的電壓表內(nèi)阻將

大于

真實(shí)值（填等于、小于或大于）；
（4）若實(shí)驗(yàn)用的器材如圖所示，圖中已連好部分連線，在不變動(dòng)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(cè)量步驟，并用合適的符號(hào)表示測(cè)定的物理量．

Answer 1

分析：（1）由于沒(méi)有電流表，不能測(cè)量電流，可采用半偏法設(shè)計(jì)電路：將待測(cè)電壓表與電阻箱串聯(lián)，變阻器采用分壓式接法．
（2）電源的電動(dòng)勢(shì)應(yīng)大于電壓表的量程．變阻器接成分壓時(shí)，為方便調(diào)節(jié)，應(yīng)選用總電阻較小的變阻器．
（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，分析誤差．注意并聯(lián)支路的電阻增大時(shí)，并聯(lián)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(shí)驗(yàn)的主要步驟為：①把電阻箱阻值調(diào)至零值，閉合S，調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(shí)驗(yàn)采用半偏法，將待測(cè)電壓表與電阻箱串聯(lián)，由于變阻器的總電阻遠(yuǎn)小于電壓表的內(nèi)阻，應(yīng)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(dòng)勢(shì)應(yīng)大于電壓表的量程．故電源應(yīng)選E₂．為方便調(diào)節(jié)，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用R₁；
（3）當(dāng)保持滑線變阻器滑片的位置不變，調(diào)節(jié)電阻箱電阻變大時(shí)，電阻箱與電壓表串聯(lián)的總電阻增大，總電壓增大，所以電阻箱實(shí)際電壓大于電壓表的電壓，由于串聯(lián)，電阻箱的電阻大于電壓表的內(nèi)阻，而用電阻箱的電阻代表電壓表的內(nèi)阻，測(cè)量值將大于真實(shí)值．
（4）按電流流向的順序連接電路．
（5）實(shí)驗(yàn)的主要步驟為：①把電阻箱阻值調(diào)至零值，閉合S，調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(shí)物連線．
（5）①把電阻箱阻值調(diào)至零值，閉合S，調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(diǎn)評(píng)：本題是一種等效替代的設(shè)計(jì)思路，是常用的半偏法．畫電路圖時(shí)，要與實(shí)物圖匹配，儀器上要標(biāo)上代號(hào)，注意這些細(xì)節(jié)，減少無(wú)謂丟分．