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(参考)电表及变阻器的选择与使用

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电表及变阻器的选择与使用电流表、电压表是电学实验中最基本的测量仪器,滑动变阻器是电学实验中不可缺少的调节或控制仪器学会依据实验要求或条件合理选择并正确使用电流表、电压表及滑动变阻器,是电学实验的基本功,是保证电学实验成功及提高实验精度的前提一、电流表与电压表的选择与使用1.电流表与电压表的选择选择电流表与电压表有两个原则,一是安全原则,二是精确原则所谓安全原则,是指在实验中,流过电流表(待测电路)的最大电流不能超过电流表的量程,加在电压表(待测电路)两端的电压不能超过电压表的量程,保证在实验中不损坏电流表与电压表所谓最大电流、最大电压,相当于将待测电路直接接在电池组的正负极间时,通过待测电路的电流、电池组加在待测电路两端的电压若实验中所用电池组的电动势为E,待测电路的电阻为R,如果忽略电池组的内阻,则待测电路的最大电压是E,最大电流是,实验中所选的电流表的量程不能小于,电压表的量程不能小于E所谓精确原则,是指在符合安全原则的情况下,尽量选较小量程的电流表、电压表因为电流表、电压表读数时,指针的偏转角度越大,测量误差越小在安全的前提下,选择较小量程电流表、电压表,可以使读数时指针有较大的偏转角度,以减小测量误差。

一般要求测量时指针的读数要过量程的2.“伏安法”中电流表接法的选择在“伏安法”中电流表有图1(电流表外接法)、2(电流表内接法)所示两种接法由于电流表的电阻不是零,它要分压;电压表的电阻不是无穷大,它要分流因此,两种接法都会产生测量误差实际测量时,要先根据待测电阻估测值Rx、电压表电阻值RV、电流表电阻值RA的数值,算一算比值与若>,说明满足Rx>>RA,电流表的分压可以忽略,采用电流表内接法误差较小;若<,说明满足RV>>Rx,电压表的分流可以忽略,采用电流表外接法误差较小例1.用电流表与电压表测量电阻约5Ω的导体的电阻可供使用的电源、滑动变阻器、电流表、电压表如下:电流表A1,量程0.6A,内阻约0.6Ω;电流表A2,量程3A,内阻约0.12Ω;电压表V1,量程15V,内阻约15kΩ;电压表V2,量程3V,内阻约3kΩ;滑动变阻器R,全电阻约20Ω;直流电源E,电动势3V,内阻不计1)实验中,电压表选 ,电流表选 2)实验中电流表应采用 接法(选填“内接法”、“外接法”)解析:题中所给的直流电源是唯一的,它的电动势为E=3V、内阻为零因此,实验时待测电阻中的最大电流为A,两端的最大电压为3V。

因此,使用提供的两个电压表中的任一个、两个电流表中的任一个都是安全的,但为了提高实验精度,应该选量程较小的因此,电压表选V2,电流表选A1待测电阻约为5Ω,电流表A1的内阻约0.6Ω,电压表V2的内阻约3kΩ很明显,满足RV>>Rx,电流表应采用外接法3.电流表与电压表的“反串”使用所谓“反串”使用,是指在所给电压表不能使用或没有电压表的时候,利用电流表测量电流;所给电流表不能使用或没有电流表的时候,利用电压表侧电流将理想电流表与定值电阻R串联后,与待测电路并联,电流表的示数I就是通过与之串联的定值电阻R中的电流,则U=IR就等于待测电路两端的电压;如果电流表不是理想电流表但它的电阻RA是已知的,在量程合适的情况下,可将它直接并联在待测电路两端,当电压表使用,若电流表的示数为I,则待测电路两端电压为将理想电压表与定值电阻R并联后,与待测电路串联,电压表的示数U就是与之并联的定值电阻R两端的电压,则就等于待测电路中的电流;如果电压表不是理想电流表但它的电阻RV是已知的,在量程合适的情况下,可将它直接并串接入待测电路,当电流表使用若电压表的示数为U,则待测电路的电流为例2.如图3所示是一些准备用来测量待测电阻Rx阻值的实验器材,部分仪器器材已连接,器材及其规格列表如下:器 材规 格待测电阻Rx电源电压表V1电压表V2电流表A滑动变阻器R开关S、导线若干阻值在900Ω-1000Ω之间具有一定内阻,电动势约9.0V量程2.0V,内阻r1=1000Ω量程5.0V,内阻r2=2500Ω量程3.0A,内阻r=0.10Ω最大阻值约100Ω,额定电流0.5A为了能正常进行测量并尽可能减小测量误差,实验要求测量时电表的读数大于其量程的一半。

请用实线代替导线,在所给的实验器材图中选择合适的电流表、电压表,连成满足要求的测量Rx阻值的电路解析:电路中的最大电流为:A实验时电路中的电流几乎在电流表的0刻线附近,读数误差太大,因此,电流表不能使用由于两电压表电阻都是已知的,考虑到两电压表的量程,将V2当电压表使用,可将电压表V1“反串”做电流表使用比较两电压表的量程,“反串”后的V1应内接,如图4所示连接好电路,若某次测量中读出两表的示数分别为U1、U2,则:,而,解得:二、滑动变阻器的选择与接法选择什么规格的滑动变阻器,除考虑流过它的电流不超过允许的最大电流外,还要看所采用的接法1.限流式接法图5所示的电路,是滑动变阻器Ro的限流式接法这种接法,主要是为了将电路中的电流限制在用电器允许的范围内,或电流表的量程以内设用电器的电阻为RL,电源的电动势为E、内阻为r,滑动变阻器的最大电阻为Ro则当滑动触头P从左端逐渐滑向右端时,电路中的电流变化范围为到;待测电路两端的电压变化范围为到采用这种接法时,选择滑动变阻器,主要考虑它的最大电阻要能满足“限流”的需要,一般等于待测电阻阻值的2-5倍为宜如果太大,一是调节起来不方便,二是电路中的电流被限得太小,电流表、电压表读数误差较大。

这种接法的优点,一是连接简单;二是电路中的电流较小(相比于分压式接法),电源消耗的电能较小如果没有特别要求,也不需要待测电路两端电压从零开始变化,选限流式接法实验时在接通电源之前,应使滑动触头P处在使变阻器接入电路的电阻最大的位置2.分压式接法图6所示是滑动变阻器的分压式接法这种接法,可使待测电路两端的电压从零开始变化或有较大的变化范围图6电路中,滑动变阻器滑动触头从左向右滑动,待测电路两端的电压变化范围为零到路端电压之间,若电源的内阻为零,则电压变化范围为0-E之间这种接法中,一般选择最大电阻小于待测电路电阻的滑动变阻器,变阻器的最大电阻越小,移动滑动触头P时,用电器两端的电压越接近于线性变化(均匀变化),一般等于待测电路电阻的0.1-0.5倍为宜这种接法中,电路的总电阻比待测电阻还要小,电路的总电流较大,电源消耗的功率较大若滑动变阻器的最大电阻较小,采用限流式接法时,即使滑动变阻器接入的电阻最大,电路的电流还不能被限制在允许的电流范围或电流表的量程之内,又无变阻器更换,就只能采用分压式接法采用这种接法,在接通电源之前,应使滑动变阻器的滑动触头P处在使待测电路两端电压为零的位置 (注:文档可能无法思考全面,请浏览后下载,供参考。

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