电流表和电压表的非常规使用方法
其常规用法是:电流表串联在电路中,电压表并联在电路中。久而久之,便形成思维定势:这两个表就只能按上述方式联接。其实,电流表和电压表是两个“会说话的电阻”,在电路中一方面作普通电阻使用,另一方面可以显示自己(以及与自己串联或并联)的电流或电压。
例1、从下表中选出适当的实验器材,设计电路来测量两个电流表的内阻,要求方法简捷,有尽可能高的测量精度。
器材(代号) | 规格 |
待测电流表(A1) | 量程500mA,内电阻约几十欧 |
待测电流表(A2) | 量程50mA,内电阻几十欧 |
电阻箱(R1) | 阻值范围0~999.9Ω |
滑动变阻箱器(R2) | 总阻值20Ω,额定电流2A |
定值电阻R0 | 阻值40Ω,作保护电阻用 |
直流电源E | 电动势12V,内电阻约0.5Ω |
单刀开关2个 | |
导线若干 |
(1)设计出测量电路,并标明所用器材的代号;
(2)写出实验中主要步骤和需要测量的物理量;
(3)写出两个电流表内电阻的表达式(用测得的物理量符号表示)。
解析:(1)设计电路图如图1所示。
(2)主要步骤:①按上图连接好电路;②闭合开关S,将电阻箱R1调至零,得到二电流表的适当示数分别为I1和I2;③调节电阻箱阻值为R′,另外二电流表适当示数分别为
,则有:I1r1=I2r2, ;④整理器材。
(4)由前面的方程组可得二电流表内阻分别为 。
该例子将电流表并联在电路中,根据题给参数,其它方式都没有上述方案好。可见,电流表作普通电阻使用是可以并联在电路中的。
例2、现有一个刻度盘总共有N小格、且刻度均匀、但量程末准确确定的电压表V1,已知其量程在13-16V之间,内阻r1=150kΩ,为测定其量程U1,实验室提供了如下表所列的器材,要求方法简捷,尽可能减少误差,并能测出多组数据。
器材(代号) | 规格 |
标准电压表V2 | 量程3V,内阻r2=30kΩ |
电流表A | 量程3A,内阻r3=0.01Ω |
滑动变阻器R | 总电阻1kΩ |
稳定电源E | 20V,内阻很小 |
开关S | |
导线若干 |
(2)若选择测量数据中的一组来计算量程,则所用表达式为,式中各符号表示的物理量是:。
解析:(1)设计电路如图2所示。
简要理由:若电流表A与V1串联,则表V1的偏转角度太小,误差较大,若并联,则A表偏转角度太小,误差也大,所以舍弃A表;若让二电压表并联,则V1表偏角太小,也不利于减小误差;而将二电压表串联时,二表都可以达到或接近满偏,误差较小。另外要求测多组数据,故变阻器用分压式连接。
(2)计算量程U1的表达式为U1= ,其中N是V1的满偏格数,N1是V2的某次偏转格数,r1、r2分别是表V1、V2的内电阻,U2是表V2的某次适当的读数。
由此例可见,电压表作普通电阻使用是可以串联在电路中的。