大学物理实验报告系列之灵敏电流计内阻和灵敏度的测定

大学物理实验报告【实验名称】灵敏电流计内阻和灵敏度的测定【实验目的】1．了解灵敏电流计的结构及工作原理。2．观察灵敏电流计在欠阻尼、过阻尼及临界阻尼条件下的三种运动状态。3．掌握测定灵敏电流计内阻和灵敏度的方法。【实验仪器】灵敏电流计、直流稳压电源、直流电压表、标准电阻、直流电阻箱、停表、单双刀开关。【实验原理】1．灵敏电流计的工作原理当线圈中通有电流IS时，由于气隙磁场的作用而产生的电磁力矩推动线圈偏转。线圈在偏转过程中，支承它的张丝发生扭曲变形，同时产生与电磁力矩方向相反的弹性回复力矩，该力矩与线圈偏转角成正比。当这两个力矩大小相等时，线圈不再偏转而处于平衡位置a0，此时有：NSBIg=D0（31-1）式中N为线圈的匝数，S为线圈的面积，B为线圈所在气隙处的磁感应强度，D为张丝的扭转系数。变换式（31-1）可得：（31-2）其中，定义为电流计的电流灵敏度，其倒数称为电流计常量，该值通常标明在电流计铭牌上，单位为A/mm。这样，电磁阻尼力矩为，其中称为阻力系数，线圈的偏转过程可用下式表示为（31-3）图31-2式中J为线圈的转动惯量。图31-2（1）当时，称为欠阻尼状态。P2/（4JD）越小r阻尼振荡越明显。当P=0时，可分别得其自由振荡频率和周期。（2）当P2>4JD时，过阻尼状态。当R外=0时，P最大，也即阻尼最强。在实际测量中，我们常利用电流计的这一特点。（3）当P2=4JD时，称为临界阻尼状态，相应的R外称为外临界阻尼电阻。如果R外的取值不能满足上述要求，可考虑在电流上串联或并联电阻来实现。2、灵敏电流计的内阻和电流灵敏度的测定由图31-3可知，标准电阻Rs两端的电压Us为：（31-4）或：（31-5）图31-3（31-6）图31-3其中，Is和Ig分别为流过Rs和电流计的电流，V是电压表的示值。考虑到Rs的值相对R1很小，所以式（31-6）可近似为：（31-7）比较（31-5）、（31-7）两式后，将式（31-2）代入得：（31-8）或写成：（31-9）其中，。在保持Rs、V和a0不变的条件下，通过改变R1的值来获取相应的R2的值。由测得的若干组数据，根据最小二乘法定出a、b后，即可分别得到内阻Rg和电流灵敏度Si。【实验内容】1．观察灵敏电流计的三种运动状态（1）按图联接电路，分流器旋钮置“直接”。（2）从大到小取若干个不同的R2值，调节R0、R1，使光标满刻度，然后断开K0，用秒表记录光标回零时间，观察不同的时光标的运动状态。2．测定灵敏电流计内阻和灵敏度（Rg、Si）（1）调节R0，使电压表示数为0.5伏，R1取定值为90000欧姆，调节R2，使光标偏转为50分格，记录R2的值R2′，随后电压每增加0.25伏，记录光标偏转为50分格时相应的R2值，测到2.00伏为止。（2）将K1换向，重复以上步骤，记录相应的R2值R2″，求（将所测数椐填表）。（3）用最小二乘法或作图法求解a和b,继而求出Rg、Si。【数据表格与数据记录】项目12345673.0031.0057.8882.80110.00138.00165.000.50.7511.251.51.752165.00136.00109.381.955.428.21.421.751.51.2510.750.5计算出由题意可知代入数据得如表格中所示数据作出的图像：由最小二乘法的图像易知a为截距，b为斜率。又图像知：由得：由已知由上面的公式得：【小结与讨论】1.实验观察了灵敏电流计的三种运动状态。2.由实验数据，采用作图法得到了截距与斜率，从而计算出了灵敏电流计的内阻和灵敏度。小结：电流计的线圈及悬丝很精细，应注意保护，不容许过重的振动和扭转。不要随意搬动电表，非搬不可时，必须使电流计短路，轻拿轻放。实验过程中，电路调节应仔细进行，不要是光标偏转超过标尺。电流计搁置不用时，应将其短路，