名校高中物理电学实验详解-电表改装

[名校]高中电学实验详解-电表改装电表改装和测量电阻是电学实验中一脉相承或者相互融合的实验，它的重要性不言而喻。从大的方面来说，电表改装其实是小电流表或者电流计改装，改装后可以变成更大量程的电流表，也可以是满足测量要求的电压表。一、小电流表或电流计电流表G是根据通电线圈在磁场中受磁力矩作用产生偏转的原理制成的，且指针偏角θ与电流强度I成正比，即θ＝kI，故表的刻度是均匀的。电流表的主要参数有：表头内阻Rg：即电流表线圈的电阻满偏电流Ig：即电流表允许通过的最大电流值，此时指针达到满偏；满偏电压U：即指针满偏时，加在表头两端的电压，故Ug＝Ig•Rg二、电流表改装成电压表原理是表头的量程小，要想测大电压必须有一个电阻给他分走一部分电压，只有串联电路才能做到分压，所以要串联一个电阻，原理如上图。利用串联电路电流相等，且当表头满偏时，整个电路电压最大，所以改装后的电压表的最大量程代表表头满偏。可见虚线框内就相当于电压表。该电压表的内阻是R+Rg，所以放大倍数n=U/Ug=(R+Rg)/Rg。所以电压表的本质是可以读自身电压的大电阻，测量时并联接在电路中利用并联电路电压相等读自己电压就是读被测部分电压。三、电流表改装成大量程电流表原理是表头量程小，要想测大电流，就需要有个电阻给它分担一部分电流，所以只能用并联电路才能分流，需要并联一个电阻。原理图如上图，主要就是利用电压相等，还有就是当表头满偏时，整个电路电流最大，所以改装后的电流表的最大量程代表表头满偏。该电流表的内阻RRg/(R+Rg)。所以放大倍数n=I/Ig=(R+Rg)/R。所以电流表的本质是可以读自身电流的小电阻，所以电流表串联接入电路测电流。四、几点结论一是改装后的电压表或电流表，虽然量程扩大了，但通过电流表的最大电流或加在电流表两端的最大电压仍为电流表的满偏电流Ig和满偏电压Ug，只是由于串联电路的分压及并联电路的分流使表的量程扩大了。二是放大倍数均是电阻之和和相对较小电阻的比值。改装电压表需要串联一个比Rg更大的电阻，改装电流表需要并联一个比Rg更小的电阻，但计算放大倍数的方法均是电阻之和与相对较小电阻的比值。电表改装后的校准是一个比较冷门的知识点，但是它的思想还是值得我们仔细揣摩，以备不时之需。校准的思路就是让改装后的电流表或电压表和一个标准的电流表或者电压表去比较。校准的示意图如下图所示。虚线框内的部分就是我们上一期谈到的改装后的电流表或者电压表。它在校准电路的位置和标准电流表或者电压表的位置要一致。关于校准问题，我们强调几点：一是所选择的标准电流表或者电压表的精度必须比改装后的电流表或者电压表精度要高，这一点不难理解，大家注意即可。二是零点和满偏的读数一定要和标准的一致。三是校准过程是一个反复改变干路电流或者路端电压的过程，因此必须选用可以随时改变电源电动势或者输出电压的电器元件。四是校准过程中不能改变改装后电流表或者电压表的内阻。五是如果改装后的电流表读数和标准相比偏大，会是什么原因？一是表头内阻Rg有偏差。由于真实情况是读数偏大，可知流过表头Rg的电流偏大，当Rg阻值增大时，Rg的电流减小，这样才能减小误差。二是分流电阻R并有偏差。同理，如果Rg不变，只有减小R并的阻值，Rg的电流才会减小。六是如果改装后的电压表读数偏大，还是同样的分析方法。一是表头内阻Rg有偏差。由于真实情况是读数偏大，可知流过表头Rg的电流偏大，当Rg阻值减小时，Rg的电流减小读数减小。二是分压电阻R串有偏差。同理分析，如果Rg不变，只有增大R串的阻值，Rg的电流才会减小。结论：1、不管是改装的电流表还是电压表，读数都是表头的