名校高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)詳解-電表改裝

[名校]高中電學(xué)實(shí)驗(yàn)詳解-電表改裝電表改裝和測(cè)量電阻是電學(xué)實(shí)驗(yàn)中一脈相承或者相互融合的實(shí)驗(yàn)，它的重要性不言而喻。從大的方面來(lái)說(shuō)，電表改裝其實(shí)是小電流表或者電流計(jì)改裝，改裝后可以變成更大量程的電流表，也可以是滿(mǎn)足測(cè)量要求的電壓表。一、小電流表或電流計(jì)電流表G是根據(jù)通電線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中受磁力矩作用產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的原理制成的，且指針偏角θ與電流強(qiáng)度I成正比，即θ＝kI，故表的刻度是均勻的。電流表的主要參數(shù)有：表頭內(nèi)阻Rg：即電流表線(xiàn)圈的電阻滿(mǎn)偏電流Ig：即電流表允許通過(guò)的最大電流值，此時(shí)指針達(dá)到滿(mǎn)偏；滿(mǎn)偏電壓U：即指針滿(mǎn)偏時(shí)，加在表頭兩端的電壓，故Ug＝Ig?Rg二、電流表改裝成電壓表原理是表頭的量程小，要想測(cè)大電壓必須有一個(gè)電阻給他分走一部分電壓，只有串聯(lián)電路才能做到分壓，所以要串聯(lián)一個(gè)電阻，原理如上圖。?利用串聯(lián)電路電流相等，且當(dāng)表頭滿(mǎn)偏時(shí)，整個(gè)電路電壓最大，所以改裝后的電壓表的最大量程代表表頭滿(mǎn)偏?？梢?jiàn)虛線(xiàn)框內(nèi)就相當(dāng)于電壓表。該電壓表的內(nèi)阻是R+Rg，所以放大倍數(shù)n=U/Ug=(R+Rg)/Rg。?所以電壓表的本質(zhì)是可以讀自身電壓的大電阻，測(cè)量時(shí)并聯(lián)接在電路中利用并聯(lián)電路電壓相等讀自己電壓就是讀被測(cè)部分電壓。三、電流表改裝成大量程電流表原理是表頭量程小，要想測(cè)大電流，就需要有個(gè)電阻給它分擔(dān)一部分電流，所以只能用并聯(lián)電路才能分流，需要并聯(lián)一個(gè)電阻。原理圖如上圖，?主要就是利用電壓相等，還有就是當(dāng)表頭滿(mǎn)偏時(shí)，整個(gè)電路電流最大，所以改裝后的電流表的最大量程代表表頭滿(mǎn)偏。該電流表的內(nèi)阻RRg/(R+Rg)。所以放大倍數(shù)n=I/Ig=(R+Rg)/R。?所以電流表的本質(zhì)是可以讀自身電流的小電阻，所以電流表串聯(lián)接入電路測(cè)電流。四、幾點(diǎn)結(jié)論一是改裝后的電壓表或電流表，雖然量程擴(kuò)大了，但通過(guò)電流表的最大電流或加在電流表兩端的最大電壓仍為電流表的滿(mǎn)偏電流Ig和滿(mǎn)偏電壓Ug，只是由于串聯(lián)電路的分壓及并聯(lián)電路的分流使表的量程擴(kuò)大了。二是放大倍數(shù)均是電阻之和和相對(duì)較小電阻的比值。改裝電壓表需要串聯(lián)一個(gè)比Rg更大的電阻，改裝電流表需要并聯(lián)一個(gè)比Rg更小的電阻，但計(jì)算放大倍數(shù)的方法均是電阻之和與相對(duì)較小電阻的比值。電表改裝后的校準(zhǔn)是一個(gè)比較冷門(mén)的知識(shí)點(diǎn)，但是它的思想還是值得我們仔細(xì)揣摩，以備不時(shí)之需。校準(zhǔn)的思路就是讓改裝后的電流表或電壓表和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電流表或者電壓表去比較。校準(zhǔn)的示意圖如下圖所示。虛線(xiàn)框內(nèi)的部分就是我們上一期談到的改裝后的電流表或者電壓表。它在校準(zhǔn)電路的位置和標(biāo)準(zhǔn)電流表或者電壓表的位置要一致。關(guān)于校準(zhǔn)問(wèn)題，我們強(qiáng)調(diào)幾點(diǎn)：一是所選擇的標(biāo)準(zhǔn)電流表或者電壓表的精度必須比改裝后的電流表或者電壓表精度要高，這一點(diǎn)不難理解，大家注意即可。二是零點(diǎn)和滿(mǎn)偏的讀數(shù)一定要和標(biāo)準(zhǔn)的一致。三是校準(zhǔn)過(guò)程是一個(gè)反復(fù)改變干路電流或者路端電壓的過(guò)程，因此必須選用可以隨時(shí)改變電源電動(dòng)勢(shì)或者輸出電壓的電器元件。四是校準(zhǔn)過(guò)程中不能改變改裝后電流表或者電壓表的內(nèi)阻。五是如果改裝后的電流表讀數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)相比偏大，會(huì)是什么原因？一是表頭內(nèi)阻Rg有偏差。由于真實(shí)情況是讀數(shù)偏大，可知流過(guò)表頭Rg的電流偏大，當(dāng)Rg阻值增大時(shí)，Rg的電流減小，這樣才能減小誤差。二是分流電阻R并有偏差。同理，如果Rg不變，只有減小R并的阻值，Rg的電流才會(huì)減小。六是如果改裝后的電壓表讀數(shù)偏大，還是同樣的分析方法。一是表頭內(nèi)阻Rg有偏差。由于真實(shí)情況是讀數(shù)偏大，可知流過(guò)表頭Rg的電流偏大，當(dāng)Rg阻值減小時(shí)，Rg的電流減小讀數(shù)減小。二是分壓電阻R串有偏差。同理分析，如果Rg不變，只有增大R串的阻值，Rg的電流才會(huì)減小。結(jié)論：1、不管是改裝的電流表還是電壓表，讀數(shù)都是表頭的