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1、微安表改装成多用电表的实践为了全面培养学生综合运用所学知识的能力，收集和处理信息的能力，本学期我校在各年级开展了研究性学习活动。我们一行10人在老师的指导下选择了“电流表的改装”和“电荷的测定”两个课题。现第一课题经过理论准备、实验设计、实验操作、误差分析、实验改进、总结提高等阶段，已初步结束，特写研究性学习报告如下：一、磁电式仪表的工作原理1磁电式仪表的构造图：在蹄形磁铁一块，作用：产生强磁场；圆形软铁二块，作用：将永久磁铁的磁场转变为“均匀辐射磁场”；转动轴，铝框、线圈、指针、螺旋弹簧两个。线圈中通过电流时，发生偏转，螺旋弹簧产生机械力矩和线圈产生的电磁力矩平衡，使指针在力矩平衡时静止在某
2、一位置，其它辅助装置如接线柱、刻度盘等。2磁电式仪表的作用原理：螺旋弹簧的作用：指针转动时，产生机械力矩M，设M1=K1（K1为比例常数）。线圈的匝数为n，磁场的磁感应强度为B，线圈的长度为L1，宽度为L2，通过电流为I时，则所产生的电磁力矩M2有如下递推关系：M2=2nBIL L1*L2=S M2=nBIL令K2=nBS，则M2=K2I，当M1=M2时，指针静止在某一位置，设转角为，有K1=K2I，I= K1/K2 ；令K1/K2 =K I=K即电流的大小与指针转过的角度成正比，故可用这一原理测定电流强度的大小。3两点思考在蹄形磁铁和铁蕊间的均匀辐向磁场的磁感线的全貌：内部也是存在磁场的，故
3、图未定出软铁内部的磁感线，往往会给人一个磁感线会聚，内部圆心之线，实际上根据“在一点磁场方向仅有一个”的原则，磁感线是不相交的，故说转向磁场应是以水平轴为虚轴，竖直轴为实轴的双曲线系，这样可避免辐向磁感线汇聚中心的错误。为什么磁电式仪表数在表面中间的1/3内最精确。通过对磁电式仪表的观察，此时线圈位置中各处在磁场内部偏中间区域，磁感线强度接近计算值B，读数过大或过小，线圈位置处于磁场边缘区域，磁感应强度接近于计算值B，读数过大或过小线圈位置处于磁场边缘区域，磁感应强度与计算值B有差距，故不准确，这个问题以前在高考试题中出现过，但仅出现过结论，而未知原因，其实这与电表的结构有关，也是我们使用电表
4、测量时应注意的。4使用注意点：我们仔细观察磁电式电流表的游丝很细，说明它所产生的机械力矩很小，线圈的漆包线也很细，它所承受电流的磁力和产生的电磁力矩场很小，所以磁电式电流表非常灵敏，能测量非常微弱的电流，另外磁电式电流表（使用微安表的量程150A）的量程很小，故接通开天前要考虑是否超过量程以保护电表，另外最重要的即本研究课题，为扩大电流表的测量范围，增多它的用处，可将其进行微装。二、测量微安表的内阻1磁电式电流表的基本物理量：满偏电流Ig，满偏电压Ug，电流表内阻Rg，其中必须测量的是Kg，满偏电流由电流表直接读出，使用的微安表Ig=150A=1.510-4A，满偏电压由欧姆定律给出：Ug=I
5、g Rg，由于不同电流表的“个性”不同，所以其内阻也不同，必须通过实验测出。2用“半偏法”测电流表内阻实验电路如图，其中R是电阻箱，K是电位器或是电阻箱，电阻较大，以保证电源电压是1.5V时，电路电流IIg=150A。测量原理：G满偏时的电流为Ig，接入R并调节后使G表半偏，设电路电流不受，此时R=Kg，R是电阻箱电阻，可直接读出，可得Rg =R系统误差：接入R后R与Rg并联，且近似相等，线路电阻变小，总电流将变大，所以流经R的电流I将大于1/2Ig，流经G的电流为1/2Ig，且IR=1/2Ig Rg，I1/2Ig，RRg，Rg的测量值将偏小。减小系统误差的办法，由的理论，仅需尽可能地减少，由
6、于并联R所引起的电路电阻电流表变化，所以可适当提高测量电压和串联电阻的值，例如，Ig=150A，U=3V时，串联电阻约在3/（Rg +R）=15010-6A，K2.0104，若Rg =500，则R=19.5K，并联R后总电阻为19.5+0.25=19.75 K,总电流I=3*106/19.75*103=151.9A,引起电流误差 =1.3%.3实际测量：接上图电路，选用电池U=1.5V(内阻忽略),合上S1调节R使G表满偏Ig=150A，再合上S2调节R，使G表半偏75A，读出R= 560，Kg =R，微安表内阻Rg=560。三、实验过程中发现误差较大，难以自信，引起新思考。1在改装后的电表测
7、量中，发现按规定的数据改装成电流后所引起的误差超出允许范围（5%以内），有的甚至超过10%，实验不成功的原因在哪儿，引发大家对误差产生的原因进一步思考和讨论。2误差会放大和缩小吗？以其中一个小组的电表内阻Rg=560为例，电源电压U=1.5V（内阻忽略），满偏时串联电阻R=9500，并联一个R以后，电路总电阻变为R+1/2Rg=9750，此时，电表总电流I=1.5*106/9750=154A，误差=(154-150)/150=2.7%，但Rg的误差呢？通过G的电流1/2 Ig=75A，通过R的电流I=154-75=79A，此时IR=1/2 IgRg，R=75/79Rg，又将Rg =R = （R
8、g-75/79Rg）/ Rg =5.1% 。因此，由于电流的变化而G中的电流为1/2 Ig不变引起Rg的测量误差的2倍，可以说误差放大了。误差将有时也因实验因素相悖而缩小例如：将电流表改装成电压表时，因需串联一个分压电阻，当Rg的测量值偏小时，放大后的电压一定时，则放大倍数n较大，需串联的电阻R=（n+1）Rg，不一定较小，也不一定较大，当Rg较大时，放大倍数n较小，需串联的电阻R=（n+1）Rg亦然，举例如下，在（二）中测的Rg=30，在（四）中测得Kg=320，若均扩大为15V的电压表，需串联的电阻R1=9698，和R2=9680，相差仅0.2%，这里主要是R=（n-1）Rg的关系，会使由
9、一个量产生的误差与另一个量的误差相互抵消，总误差减少。由于实验原理上存在着一些问题，使系统误差较大，加之以后的实验连续做下去会产生一些使人难以至信的结果，须想办法。3是否可以改进，有新办法吗？分析产生误差的原因是由于并联R后引起I的变化造成的，是否并联R再经调节I不变呢？于是我们设计了测Rg的实验。如图所示，与原测法不同的地方是在总电路干路上加了一个与G相同的电流表G消偏（用R调节），G半偏，读出R，再用Rg=R的关系求出Rg。4实际操作：测R=320，Rg=R=320与前面的测法比较百分比差值=5.6%，与前面分析的差不多。四、将微安表改装成电压表1所使用的微安表满偏电压U g=I gRg=
10、15010-6560=0.084V.2改装原理：根据串联电路的分压作用，我们需要将微安表的电压量程扩大几倍，必须串联一个阻值R=（2-1）Rg的分压电阻。3现将量程扩大为10ug，扩大倍数为10=n，需串联电阻R=（10-1）Rg=9Kg=9560=5040。4检测改装后的电压表的准确度，与标准伏特表读数比较改装及检测电路（如图）R=5040，测量数据及误差计算次 数1234改装的毫安表0.600.700.800.90标准的毫安表0.620.740.840.94百分误差3.2%5.4%4.8%4.3%五、将微安表改装成欧姆表1改装成欧姆表的原理分析 a.在欧姆表内必须串联一个U=1.5V的电池
11、，一个调零电阻K。b.红黑二支表笔，红笔接电源负极，黑笔接电源正极，如图甲。c.表面刻度0 ，当指针指在零时，电阻为零，红黑表笔短接（图甲）指在时表示开路，红黑表笔分开（图乙）。d.接入RX时，RX=U/I-（R0+Kg+r），通过计算刻左表面上，由知表面的刻度是不均匀的。2改装表在指针向有关刻度处RX的值，U=1.5V，RX=560，忽略不计，RX=9340，R=Ro+Rg=9900。计算方法：RX指针指示RX的标值指针指示RX的标准30A处39.60K90UA处6.60K60A处14.85K120UA处2.48K3测量情况及误差次 数1234表面读数306090120RX的值39.60K1
12、4.85K6.60K2.48K电阻箱读数4.3K16K6.87K2.57K误差7.9%7.2%3.9%3.5%六、研究性学习的体会这一次研究性学习，对于我们来说，还是很成功。虽然有不少的不妥之处，我们还是有了成果。先不要说成果的大小或多少，我们有了成果，这是非常值得我们高兴的。我们不但增长了知识，还培养我们的动手能力，锻炼了我们的思考能力。尤其是还可以发挥个人特长，使我们对这次研究有了很大的兴趣。这是我们成功的原因之一，另外，还有很多使我们的研究性学习成功的原因，选择了合适的研究性课题，老师的指导以及实验员、图书管理员的支持。这些原因都是很重要的，对于我们来说，首先，就是选择了合适的研究性课题
13、，在刚开始研究性学习时，由于我们选择了一些对于我们不太适合的课题，使我们的研究非常困难，我们一开始选的课题是汽车上的物理现象，这个课题切合我们的生活，但我们不可能空手去研究，需要研究这个我们必须多种测量工具，测量与汽车有关的。我们是学生，应该研究更切合我们学习的课题，后来在指导教师的指导下，我们选择了多用电表的改装，这项研究所要用的实验器材、资料，学校里都有，这是我们成功的最重要的原因之一，其次，我们的指导教师真正起到了指导作用，由于我们是学生，对于刚刚开始研究性学习是困难重重，教师毕竟见多识广，成为对我们有最大帮助的人。没有他对我们的指导，我想我们末必会成功。这是我们成功的最重要的原因之二，实验员提供我们实验器材，图书管理员提供我们实验资料，这也对我们研究性学习的成功起了重要的作用。我们的研究性学习是有成成果，但是，我们还发现在研究性学习过程中，有很多不定的地方，例如：时间太少了，有的人不来研究性学习。这样给我们的研究性学习带来很大的不便。这样的不便，我们习以不在乎，我们是为学习而进行研究性学习的，只要我们学习有成果，什么不便也就不重要了，但还是希望学校能注意一下，当然不是强制那些不想学习的学生了，是要让他们明白，我们学生是学习的，不要学习的，就不要再装了，应该退出研究性学习的行列。
