灵敏电流表是用来测定电路中电流强度且灵敏度很高的仪表。它有三个参数:满偏电流、满偏时电流表两端的电压和内阻。一般灵敏电流表的为几十微安到几毫安,为几十到几百欧姆,也很小。将电流表改装为其他电表时要测定它的内阻,根据提供的器材不同,可以设计出不同的测量方案。练习用多种方法测定电流表的内阻,可以培养学生思维的发散性、创造性、实验设计能力和综合实验技能。本节课拟谈几种测定电流表内阻的方法。汉译英
1、利用两个电流表法测电流表的内阻
两个电流表法是利用两块电流表测电阻的一种方法,这一方法的创新思维是运用电流表测电压(或算电压),此方法适用于电压表不能用或没有电压表等情形。设计电路时除考虑电流表的量程外,还要考虑滑动变阻器分压与限流的连接方式。
【例1】从下列器材中选出适当的实验器材,设计一个电路来测量电流表的内阻,要求方法简捷,有尽可能高的精确度,并测量多组数据。
(1)画出实验电路图:标明所用器材的代号。
(2)若选取测量中的一组数据来计算,则所用的表达式 ,式中各符号的意义是: 。器材(代号)与规格如下:
电流表,量程,内阻待测(约);
电流表,量程,内阻;
电压表V,量程10V,内阻
电阻,阻值约为;
滑动变阻器,总阻值约;
电池E,电动势,内阻很小;
电键K,导线若干。
分析与解:大多数考生看到此题,第一感觉考虑的就是伏安法,由于没有考虑电表的量程,当然做不正确。少数考生想到要满足“有尽可能高的精确度”的条件,认为电压U的测定,不能选量程是10V的电压表。因为电流表两端允许施加的最大电压约为,因而电压表不能准确测出电流表的两端的电压,但由于缺乏创新精神,想不出其他方法,也做不正确。只有极少数有“安安”法新思路的考生才能做正确。
答案:将电流表并联在电流表的两端,利用电流表测量电压;要满足“多测几组数据”,滑动变阻器采用分压接法;实验电路如图所示,其表达式,式中、、、分别表示通过电流表、的电流和它们的内阻。
2、利用“加R”法测电流表的内阻
“加R”法又叫“加保护电阻”法。在运用伏安法测电阻时,由于电压表或电流表的量程太小或太大,为了满足安全、精确的原则,加保护电阻的方法就应运而生,设计电路时不仅要考虑电压表和电流表的量程,还要考虑滑动变阻器分压与限流的连接方式。
【例2】某电流表的内阻在之间,现要测量其内阻,可选用的器材如下:
A. 待测的电流表(量程);
B. 电压表(量程3V,内阻约);
C. 滑动变阻器(最大电阻);
D. 定值电阻(阻值);
E. 电源E(电动势4V)周国志
F. 电键S及导线若干。
(1)画出实验电路图;(2)如测得电压表的读数为U,电流表的读数为I,则电流表内阻的表达式为: 。
分析与解:许多考生读完此题,就知道实验原理是伏安法,由于设计电路时没有考虑电压表和电流表的量程,当然做不正确。少数考生想到电流表的内阻在之间,量程为,电流表上的最大电压为,因而电压表不能并联在电流表的两端,由于缺乏创新意识,也做不正确。只有极少数有“加R”法新理念的考生才能做正确,因为本题必须将一个阻值为的定值电阻与电流表串联,再与电压表并联,才满足要求;再者量程为3V的电压表其量程虽然小于电源电动势(4V),但可在电路中接入滑动变阻器进行保护;滑动变阻器在本实验中分压与限流的连接方式均符合要求,但考虑限流的连接方式节能些,因而滑动变阻器采用限流的连接方式。故本题设计电路图如图所示;电流表内阻的表达式为:。
3、半偏法
这种方法教材中已做介绍。中学物理实验中常测定J0415型电流表的内阻。此型号电流表的量程为,内阻约为,实验电路如图所示。
操作要点:按图1连好电路,断开,闭合,调节变阻器R,使待测电流表G的指针满偏。再将也闭合,保持变阻器R接在电路中的电阻不变,调节电阻箱使电流表G的指针半偏。读出电阻箱的示值,则可认为中国发明与专利。
实验原理与误差分析:认为闭合后电路中的总电流近似不变,则通过电阻箱的电流近似为。所以电流表内阻与电阻箱的示值近似相等。实际上闭合后电路中的总电流要变大,所以通过电阻箱的电流要大于,电阻箱的示值要小于电流表的内阻值。为了减小这种系统误差,要保证变阻器接在电路中的阻值,从而使S闭合前后电路中的总电流基本不变。R越大,系统误差越小,但所要求的电源电动势越大。实验中所用电源电动势为8——12V,变阻器的最大阻值为左右。
4、电流监控法
实验中若不具备上述条件,可在电路中加装一监控电流表,可用与被测电流表相同型号的电流表。电源可用干电池,R用阻值为的滑动变阻器,如图所示。
实验中,先将断开,接通,调节变阻器R的值,使被测电流表G指针满偏,记下监控表的示值。再接通,反复调节变阻器R和电阻箱,使G的指针恰好半偏,而的示值不变。这时电阻箱的示值即可认为等于G的内阻。这样即可避免前法造成的系统误差。
用图所示电路测量电流表G的内阻,也可不用半偏法。将开关、均接通,读出被测电流表G的示值、监控表的示值、电阻箱的示值,则可根据
计算出电流表G的内阻。
希伯来神话
5、代替法
按图所示连接电路,G为待测电流表,为监测表,为单刀单掷开关,为单刀双掷开关。
先将拨至与触点1接通,闭合,调节变阻器R,使监测表指针指某一电流值(指针偏转角度大些为好),记下这一示值。再将单刀双掷开关拨至与触点2接通,保持变阻器R的滑片位置不变,调节电阻箱甲玛矿区,使监测表恢复原来的示值,则可认为被测电流表G的内阻等于电阻箱的示值。
用这种方法,要求监测表的示值要适当大一些,这样灵敏度较高,测量误差较小。
6、电压表法
原则上得知电流表两端的电压U和通过它的电流I,就可以利用计算出它的内阻。但若测量J0415型电流表的内阻,满偏时它的电压才是,用J0408型电压表的3V量程测量,指针才偏转一个分度。这样因读数会引起很大的偶然误差。所以不宜用一般电压表直接测量电流表两端的电压。
可用如图所示电路,将待测电流表G与电阻箱串联后再与电压表并联。闭合开关S,调节变阻器和电阻箱,使电流表和电压表的指针均有较大的偏转,读出电压表的示数U、电流表的示值I和电阻箱的示值,则据得出电流表的内阻。
电源要用2节干电池,电压表用3V量程,用最大阻值为左右的变阻器。
7、用内阻、量程已知的电流表代替电压表
按图连接电路,G为待测内阻的电流表,PTCC IN为内阻、量程已知的标准电流表,E为的干电池一节,R为阻值为几十欧姆的滑动变阻器。