高中物理电学实验：电表的改装.doc

实验：把电流表改装成大量程电流表和电压表
弥勒市第四中学 张辉
一、实验目的：
1、 用半偏法测电流表的内阻
2、 将电流表改装为电压表

二、实验仪器
电流计（表头） 滑动变阻器 开关 电阻箱 电源 导线若干

三、实验原理
电表在电学测量中有着广泛的应用，因此如何了解电表和使用电表就显得十分重要。电流计（表头）由于构造的原因，一般只能测量较小的电流和电压，如果要用它来测量较大的电流或电压，就必须进行该装，以扩大其量程。万用表的原理就是对微安表头进行多量程改装而来，在电路的测量和故障检测中得到了广泛的应用。常见的磁电式电流计主要由放在永久磁场中的由细漆包线绕制的可以转动的线圈、用来产生机械反力矩的游丝、指示用的指针和永久磁铁所组成。当电流通过线圈时，载流线圈在磁场中就产生一磁力矩M磁，使线圈转动并带动指针偏转。线圈偏转角度的大小与线圈通过的电流大小成正比，所以可由指针的偏转角度直接指示出电流值。
用Ig表示电流计（表头）的满偏电流，Ug表示电流计（表头）的满偏电压，Rg表示电流计的内阻，则Ug=IgRg 即：满偏电压等于满偏电流与内阻的乘积。
Ig Rg

图1
U
Ig Rg
R
Ug
图2
1、把内阻为Rg，满偏电流为Ig的电流计改装成量程为U的电压表。所谓改装成量程为U的电压表，其实质就是在电流计的两端加上U的电压电流计刚好满偏，如图1所示为即将要改装的电流计，但是我们不能直接把电压U加在电流计两端，因为电流计的满偏电压Ug=IgUg非常小会烧坏电流计。为了使电流计两端加上U的电压而使电流计刚好满偏，得在电流计上串联一个电阻R来分压，如图2所示当串联一个电阻R后，在电流计G和R电阻的两端加上U的电压，在R的阻值为某一值时，电流计G两端的电压刚好为满偏电压Ug，那么如图3所示 虚线框内电流计和电阻R就可以看成是一个量程为U的电压表。
Ig Rg
图3
R=

3、把内阻为Rg，满偏电流为Ig的电流计改装成量程为I的电流表，所谓改装成量程为I的电流表，其实质就是在电流计的两端加上I的电流，电流计刚好满偏，如图1所示为即将要改装的电流计，但是我们不能直接把电流I加在电流计两端，因为电流计的满偏电流Ig非常小会烧坏电流计，为了使电流计两端加上电流I而使电流计满偏，得在电流计上并联上一个电阻R来分流，如图4所示，当并联一个电阻R后，在电流计G和R电阻的两端加上I的电流，在R的阻值为某一值时，电流计G两端的电流刚好为满偏电流Ig，那么如图5所示 虚线框内电流计和电阻R就可以看成是一个量程为I的电流表。
Ig Rg
I
R
图5
Ig Rg
Ig
I
R
图4
R=

所以要将一个小量程的电流计改装成大量程的电压表和电流表，必须知道电流计的内阻和满偏电流（可从表盘上读出），以及将要改装的量程。

四、实验过程
本实验的实验过程分三步：1、半偏法测电流计的内阻 2、改装 3、校对
图6
S2
R＇
S1
R
G
1、半偏法测电流计的内阻。
（1） 电路连接，按照图6连接好电路。
（2） 将S1闭合，保持S2断开，调节滑动变阻器使电流计G满偏。
（3）保持S1闭合同时接通S2，在保持R不变的前提下调节电阻箱R＇的电阻，使电流计G的指针达到半偏。记下此时的电阻箱的阻值R＇，则R＇= Rg (想想为什么，有没有误差？)
2、改装
通过第一步骤我们已经知道了电流计的内阻Rg，并且从表盘上能够知道它的满偏电流Ig,把它改装成量程为U的电压表，计算出要串联多大的电阻R
R=(U—Ig Rg)/Ig
Ig Rg

最后把电流计G与一个阻值为R的电阻串联，就成为了一个量程为U的电压表了。

3、校对
G
V
R1
R2
S
图7
电流表改装成电压表后因为实验过程中有误差存在，所以改装后的电压表要和标准电压表进行校对。
（1）按图7所示的电路图连接电路，并是变阻器R2的滑片位于电阻R2的最左端。即U=0
（2）改变R2的阻值，使标准电压表的示数从0慢慢调起观察电流计G的示数与标准电压表的示数是否相等，若不相等则微微调动变阻器R1的阻值，使两表示数相等。

五、实验注意事项
1、在调节滑动变阻器的阻值使电流表满偏时，滑动变阻器的阻值要比电流计的内阻大得多。
2、半偏法测电阻的电源选电动势大的电源。
3、校对改装后的电压表，使其达到满偏时，注意不要超过标准电压表的量程，校对电路要采用分压示电路。
4、闭合开关S1时，必须先使滑动变阻器R的阻值由0调至最大。
5、闭合开关S2，调节电阻箱R＇时，必须保持滑动变阻器的R的阻值不变。

六、误差分析
1、在用半偏法测表头内阻的过程中，当闭合开关S2后，由于R＇与电流表并联，R并Ig,导致流过电阻箱的电流（I—Ig/2）>Ig/2.所以表头的内阻的测量值小于真实值。
2、根据电流表改装为伏特表的原理，与电流表串联的分压电阻阻值R=U/Ig—Rg,由于内阻Rg的测量值小于真实值，使R的计算值偏大，所以改装后的伏特表的量程U也偏大一些。
七、实验改进（学生作业）
针对半偏法测电阻的实验误差，请你设计2种较准确的测表头内阻方法。并说明原理及测法
改进一：

改进二：
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