電表及變阻器的選擇與使用

1、電表及變阻器的選擇與使用電流表、電壓表是電學(xué)實(shí)驗(yàn)中最基本的測(cè)量?jī)x器，滑動(dòng)變阻器是電學(xué)實(shí)驗(yàn)中不可缺少的調(diào)節(jié)或控制儀器。學(xué)會(huì)依據(jù)實(shí)驗(yàn)要求或條件合理選擇并正確使用電流表、電壓表及滑動(dòng)變阻器，是電學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本功，是保證電學(xué)實(shí)驗(yàn)成功及提高實(shí)驗(yàn)精度的前提。一、電流表與電壓表的選擇與使用1電流表與電壓表的選擇選擇電流表與電壓表有兩個(gè)原則，一是安全原則，二是精確原則。所謂安全原則，是指在實(shí)驗(yàn)中，流過電流表（待測(cè)電路）的最大電流不能超過電流表的量程，加在電壓表（待測(cè)電路）兩端的電壓不能超過電壓表的量程，保證在實(shí)驗(yàn)中不損壞電流表與電壓表。所謂最大電流、最大電壓，相當(dāng)于將待測(cè)電路直接接在電池組的正負(fù)極間時(shí)，通過待測(cè)

2、電路的電流、電池組加在待測(cè)電路兩端的電壓。若實(shí)驗(yàn)中所用電池組的電動(dòng)勢(shì)為E，待測(cè)電路的電阻為R，如果忽略電池組的內(nèi)阻，則待測(cè)電路的最大電壓是E，最大電流是，實(shí)驗(yàn)中所選的電流表的量程不能小于，電壓表的量程不能小于E。所謂精確原則，是指在符合安全原則的情況下，盡量選較小量程的電流表、電壓表。因?yàn)殡娏鞅?、電壓表讀數(shù)時(shí)，指針的偏轉(zhuǎn)角度越大，測(cè)量誤差越小。在安全的前提下，選擇較小量程電流表、電壓表，可以使讀數(shù)時(shí)指針有較大的偏轉(zhuǎn)角度，以減小測(cè)量誤差。一般要求測(cè)量時(shí)指針的讀數(shù)要過量程的。2“伏安法”中電流表接法的選擇在“伏安法”中電流表有圖1（電流表外接法）、2（電流表內(nèi)接法）所示兩種接法。由于電流表的電阻不

3、是零，它要分壓；電壓表的電阻不是無窮大，它要分流。因此，兩種接法都會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。實(shí)際測(cè)量時(shí)，要先根據(jù)待測(cè)電阻估測(cè)值Rx、電壓表電阻值RV、電流表電阻值RA的數(shù)值，算一算比值與。若>，說明滿足Rx>>RA，電流表的分壓可以忽略，采用電流表內(nèi)接法誤差較??；若<，說明滿足RV>>Rx，電壓表的分流可以忽略，采用電流表外接法誤差較小。例1用電流表與電壓表測(cè)量電阻約5的導(dǎo)體的電阻?？晒┦褂玫碾娫础⒒瑒?dòng)變阻器、電流表、電壓表如下：電流表A1，量程0.6A，內(nèi)阻約0.6；電流表A2，量程3A，內(nèi)阻約0.12；電壓表V1，量程15V，內(nèi)阻約15k；電壓表V2，量程3V，內(nèi)

4、阻約3k；滑動(dòng)變阻器R，全電阻約20；直流電源E，電動(dòng)勢(shì)3V，內(nèi)阻不計(jì)。（1）實(shí)驗(yàn)中，電壓表選 ，電流表選 。（2）實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)采用 接法（選填“內(nèi)接法”、“外接法”）。解析：題中所給的直流電源是唯一的，它的電動(dòng)勢(shì)為E=3V、內(nèi)阻為零。因此，實(shí)驗(yàn)時(shí)待測(cè)電阻中的最大電流為A，兩端的最大電壓為3V。因此，使用提供的兩個(gè)電壓表中的任一個(gè)、兩個(gè)電流表中的任一個(gè)都是安全的，但為了提高實(shí)驗(yàn)精度，應(yīng)該選量程較小的。因此，電壓表選V2，電流表選A1。待測(cè)電阻約為5，電流表A1的內(nèi)阻約0.6，電壓表V2的內(nèi)阻約3k。很明顯，滿足RV>>Rx，電流表應(yīng)采用外接法。3電流表與電壓表的“反串”使用所謂“

5、反串”使用，是指在所給電壓表不能使用或沒有電壓表的時(shí)候，利用電流表測(cè)量電流；所給電流表不能使用或沒有電流表的時(shí)候，利用電壓表側(cè)電流。將理想電流表與定值電阻R串聯(lián)后，與待測(cè)電路并聯(lián)，電流表的示數(shù)I就是通過與之串聯(lián)的定值電阻R中的電流，則U=IR就等于待測(cè)電路兩端的電壓；如果電流表不是理想電流表但它的電阻RA是已知的，在量程合適的情況下，可將它直接并聯(lián)在待測(cè)電路兩端，當(dāng)電壓表使用，若電流表的示數(shù)為I，則待測(cè)電路兩端電壓為。將理想電壓表與定值電阻R并聯(lián)后，與待測(cè)電路串聯(lián)，電壓表的示數(shù)U就是與之并聯(lián)的定值電阻R兩端的電壓，則就等于待測(cè)電路中的電流；如果電壓表不是理想電流表但它的電阻RV是已知的，在量程

6、合適的情況下，可將它直接并串接入待測(cè)電路，當(dāng)電流表使用。若電壓表的示數(shù)為U，則待測(cè)電路的電流為。例2如圖3所示是一些準(zhǔn)備用來測(cè)量待測(cè)電阻Rx阻值的實(shí)驗(yàn)器材，部分儀器器材已連接，器材及其規(guī)格列表如下：器 材規(guī) 格待測(cè)電阻Rx電源電壓表V1電壓表V2電流表A滑動(dòng)變阻器R開關(guān)S、導(dǎo)線若干阻值在900-1000之間具有一定內(nèi)阻，電動(dòng)勢(shì)約9.0V量程2.0V，內(nèi)阻r1=1000量程5.0V，內(nèi)阻r2=2500量程3.0A，內(nèi)阻r=0.10最大阻值約100，額定電流0.5A為了能正常進(jìn)行測(cè)量并盡可能減小測(cè)量誤差，實(shí)驗(yàn)要求測(cè)量時(shí)電表的讀數(shù)大于其量程的一半。請(qǐng)用實(shí)線代替導(dǎo)線，在所給的實(shí)驗(yàn)器材圖中選擇合適的電流

7、表、電壓表，連成滿足要求的測(cè)量Rx阻值的電路。解析：電路中的最大電流為：A。實(shí)驗(yàn)時(shí)電路中的電流幾乎在電流表的0刻線附近，讀數(shù)誤差太大，因此，電流表不能使用。由于兩電壓表電阻都是已知的，考慮到兩電壓表的量程，將V2當(dāng)電壓表使用，可將電壓表V1“反串”做電流表使用。比較兩電壓表的量程，“反串”后的V1應(yīng)內(nèi)接，如圖4所示。連接好電路，若某次測(cè)量中讀出兩表的示數(shù)分別為U1、U2，則：，而，解得：。二、滑動(dòng)變阻器的選擇與接法選擇什么規(guī)格的滑動(dòng)變阻器，除考慮流過它的電流不超過允許的最大電流外，還要看所采用的接法。1限流式接法圖5所示的電路，是滑動(dòng)變阻器Ro的限流式接法。這種接法，主要是為了將電路中的電流限

8、制在用電器允許的范圍內(nèi)，或電流表的量程以內(nèi)。設(shè)用電器的電阻為RL，電源的電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r，滑動(dòng)變阻器的最大電阻為Ro。則當(dāng)滑動(dòng)觸頭P從左端逐漸滑向右端時(shí)，電路中的電流變化范圍為到；待測(cè)電路兩端的電壓變化范圍為到。采用這種接法時(shí)，選擇滑動(dòng)變阻器，主要考慮它的最大電阻要能滿足“限流”的需要，一般等于待測(cè)電阻阻值的2-5倍為宜。如果太大，一是調(diào)節(jié)起來不方便，二是電路中的電流被限得太小，電流表、電壓表讀數(shù)誤差較大。這種接法的優(yōu)點(diǎn)，一是連接簡(jiǎn)單；二是電路中的電流較?。ㄏ啾扔诜謮菏浇臃ǎ?，電源消耗的電能較小。如果沒有特別要求，也不需要待測(cè)電路兩端電壓從零開始變化，選限流式接法。實(shí)驗(yàn)時(shí)在接通電源之前，應(yīng)使滑動(dòng)觸頭P處在使變阻器接入電路的電阻最大的位置。2分壓式接法圖6所示是滑動(dòng)變阻器的分壓式接法。這種接法，可使待測(cè)電路兩端的電壓從零開始變化或有較大的變化范圍。圖6電路中，滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭從左向右滑動(dòng)，待測(cè)電路兩端的電壓變化范圍為零到路端電壓之間，若電源的內(nèi)阻為零，則電壓變化范圍為0-E之間。這種接法中，一般選擇最大電阻小于待測(cè)電路電阻的滑動(dòng)變阻器，變阻器的最大電阻越小，移動(dòng)滑動(dòng)觸頭P時(shí)，用電器兩端的電壓越接近于線性變化（均勻變化），一般等于待測(cè)電路電阻的0.1-0.5倍為宜。這種接法中，電路的總電阻比待測(cè)電阻還要小，電路的總電流較大，電源消耗的功率較大。若滑動(dòng)變