電壓表測(cè)量電壓之惑

1、電壓表測(cè)量電壓之惑當(dāng)我們要知道某用電器所加的電壓時(shí)，就自然而然會(huì)想到用電壓表并接在它的兩端測(cè)量，好象掛在口頭的“有事情，找警察”一樣，但很多問(wèn)題出來(lái)，卻讓同學(xué)們、甚至也有先生們產(chǎn)生了諸多迷惑，這里我們不妨總起來(lái)看一看。一、電容器兩極的電壓?jiǎn)栴}：一個(gè)電容器充了電，現(xiàn)要知道它的電壓，應(yīng)選擇以下哪種儀器測(cè)量？A、靈敏電流表 B、內(nèi)阻較小的電壓表C、內(nèi)阻較大的電壓表 D、靜電計(jì)有不少的同學(xué)選擇C，他或她認(rèn)為測(cè)量電壓是電壓表的天責(zé)，而且選擇表的內(nèi)阻大小也并不是考慮電容器放電快慢，而僅記著常用電壓表內(nèi)阻是很大的，內(nèi)阻越大則測(cè)量誤差越小，而對(duì)旁邊的靜電計(jì)卻不理不睬。究其原因，是因?yàn)椴磺宄乇淼膬?nèi)部構(gòu)造，不

2、懂它是以一個(gè)通電線圈在輻向磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)為工作基礎(chǔ)的，如果把它接在充電電容器的兩極，就形成通電回路而造成電容器放電；而靜電計(jì)的指針內(nèi)芯和外殼是彼此絕緣的，它的指針偏轉(zhuǎn)角度與內(nèi)芯和外殼的電勢(shì)差有關(guān)，把它并接在電容器兩極，僅發(fā)生少量的電荷轉(zhuǎn)移而不會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的放電電流。在思考之余，有同學(xué)提出另一個(gè)問(wèn)題：在右示圖1電路中，電壓表不是在測(cè)量電容器兩端的電壓?jiǎn)?？?yīng)該說(shuō)，此處電壓表的讀數(shù)確實(shí)能代表電容器兩極的電壓，但關(guān)鍵是這個(gè)電容器不是孤立的，它連接在恒定電路中，不存在電壓表連在它兩端而產(chǎn)生電容器放電而帶電量和電壓改變的情況；另一種理解也可以是電壓表并接在電阻兩端而測(cè)量電阻兩端的電壓，而電容器和有恒定電壓的電阻

3、是并聯(lián)的，自然也就得出了電容器的電壓?？梢?jiàn)電壓表是否能測(cè)電容器兩極的電壓，也不是一概而論的，要視具體情況而定。二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電壓表問(wèn)題1、如右圖2示，兩平行金屬導(dǎo)軌之間有垂直軌面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，軌道寬度為L(zhǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，一根接著電壓表的金屬棒以速度v向右作切割磁感線的勻速運(yùn)動(dòng)，則電壓表的示數(shù)為多少？多有同學(xué)把切割磁感線的可動(dòng)金屬棒看作一個(gè)電源，那么這電壓表就接在電源的兩極，所以它顯示的是電源的路端電壓；現(xiàn)在外電路不通，則路端電壓就和電動(dòng)勢(shì)一樣大，所以答案取U=BLv。正確的答案應(yīng)為0。取BLv的錯(cuò)誤原因仍在不清楚電壓表內(nèi)必須有電流通過(guò)，方才有指針偏轉(zhuǎn)，現(xiàn)在盡管有切割產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，但因沒(méi)有

4、形成回路而沒(méi)有電流，電壓表因沒(méi)有電流通過(guò)，指針當(dāng)然也就沒(méi)有偏轉(zhuǎn)。2、如右圖3示，將導(dǎo)軌改成U形，且在左邊串接一個(gè)電阻，問(wèn)電壓表有示數(shù)否？若有，反映的是哪一部份的電壓？這一次回路形成，電壓表中有電流，電壓表有示數(shù)。從形式上看，電壓表反映的是外電路的電壓，也就是電源的路端電壓；但仔細(xì)核對(duì)，如果外電路的電阻增大，按理說(shuō)路端電壓應(yīng)該增大，而從回路電阻變大，電流變小這方面看，電壓表的示數(shù)應(yīng)該減小，形成了對(duì)立的推論。這一點(diǎn)不但對(duì)學(xué)生而且對(duì)教師也造成了相當(dāng)?shù)拿曰?，有必要從等效的角度分析一下其中的奧秘。如圖4，金屬棒勻速地切割磁感線，等效于一個(gè)恒定的電源，電壓表接在電源上，可以畫(huà)出一個(gè)等效電路如右示，這樣可以

5、明顯地看出，電壓表根本沒(méi)有并聯(lián)在電源的兩端，不能代表外電路的電壓也就是路端電壓，它的示數(shù)僅反映自身消耗的電壓；如果可動(dòng)金屬棒電阻不計(jì)，電壓表的電阻倒是電源的內(nèi)電阻，所以它的示數(shù)可代表內(nèi)電壓降；如果外電阻增大，回路電流減小，可推測(cè)內(nèi)電壓降減小，和電壓表示數(shù)減小一致，而路端電壓增大；如果外電阻減小到0，電壓表的示數(shù)可代表金屬棒切割造成的電動(dòng)勢(shì)值。3、如右圖5示，將上電路中的電阻換成電容器，如果可動(dòng)金屬棒是勻速運(yùn)動(dòng)，電壓表將沒(méi)有示數(shù)。這可以從沒(méi)有電流這一角度解釋，現(xiàn)在也可以從內(nèi)電壓降為0這一角度解釋。4、如右圖6示，將上題中的恒定速度改成用恒定的水平力F向右拉金屬棒，問(wèn)電壓表有示數(shù)否？有的話代表誰(shuí)的

6、電壓？有的話示數(shù)如何變化？金屬棒有加速度，速度不斷增加，切割造成的電動(dòng)勢(shì)不斷增加，所以對(duì)電容器有持續(xù)的充電電流；達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，充電電流一定，電流產(chǎn)生的安培力一定，拉力和安培力的合力一定，金屬棒的加速度一定。所以電壓表有示數(shù)；類2中的分析，可見(jiàn)它代表的仍是電源的內(nèi)電壓降；由于金屬棒作的先是加速度逐漸減小的加速度運(yùn)動(dòng)，后是加速度恒定的加速運(yùn)動(dòng)，所以電壓表的示數(shù)先變小，后恒定。三、交流電壓表通常教師在講測(cè)量電阻的歐姆表時(shí)，會(huì)強(qiáng)調(diào)歐姆表的表頭刻度是不均勻的，并和表頭刻度均勻的電壓、電流表作對(duì)照，以加深大家的印象。但我們只要仔細(xì)地觀察，就會(huì)發(fā)現(xiàn)交流電壓表的表頭刻度也不是均勻的，特別是在0刻度附近非常明顯。試想如果是一個(gè)教材介紹的磁電式表頭，通入一個(gè)低頻交流電，里面的線圈將受一個(gè)大小和方向作周期性變化的安培力矩作用，指針就會(huì)左右搖擺而不能穩(wěn)定地顯示出一個(gè)讀數(shù)；如果通入一個(gè)頻率較高的交流電，由于慣性作用，指針將來(lái)不及搖擺而無(wú)所適從，根本無(wú)法測(cè)量。所以得利用電子線路給通入的交流電作整流、慮波處理，使之變成一個(gè)近似的恒定電流，而在此過(guò)程中，必須得有交變成份“被過(guò)濾掉”，導(dǎo)致最后出來(lái)的近似恒定電流不存在簡(jiǎn)單的關(guān)系U有效=0.707U最大，而且必定伴隨著與輸