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1、灵敏检流计的研究灵敏检流计的研究物理实验示范中心物理实验示范中心实实验验目目的的了解灵敏电流计的工作原理。了解灵敏电流计的工作原理。测量灵敏电流计的内阻、灵敏度和临界测量灵敏电流计的内阻、灵敏度和临界外阻。外阻。观察灵敏电流计处于过阻尼、欠阻尼及观察灵敏电流计处于过阻尼、欠阻尼及临界阻尼时光点三种运动状态，学会正临界阻尼时光点三种运动状态，学会正确使用灵敏电流计。确使用灵敏电流计。实实验验原原理理灵敏电流计构造灵敏电流计构造灵敏电流计的读数灵敏电流计的读数线圈运动的阻尼特性线圈运动的阻尼特性灵敏电流计的内阻、灵敏度、外临界电灵敏电流计的内阻、灵敏度、外临界电阻的测量方法阻的测量方法一、灵敏检流
2、计的构造一、灵敏检流计的构造偏转部分读数部分磁场部分读数部分：读数部分：由光源、小镜和标尺组成，小镜固定在线圈上由光源、小镜和标尺组成，小镜固定在线圈上,随线圈一起转动，把从光源射来的光反射到标尺上形成一个随线圈一起转动，把从光源射来的光反射到标尺上形成一个光点，当线圈转过一个很小的角度时，反射光点有明显的移光点，当线圈转过一个很小的角度时，反射光点有明显的移动。采用光点偏转法，可大大提高了灵敏度。动。采用光点偏转法，可大大提高了灵敏度。AC15型检流型检流计是采用多次反射式，使标尺远离电流计的小镜。计是采用多次反射式，使标尺远离电流计的小镜。二、灵敏检流计的读数二、灵敏检流计的读数 当有电流
3、当有电流Ig通过灵敏电流计的线通过灵敏电流计的线圈时，线圈受到电磁力矩作用偏转，圈时，线圈受到电磁力矩作用偏转，当电磁力矩当电磁力矩= =张丝的扭转反力矩时，张丝的扭转反力矩时，线圈停止在某一位置，转过线圈停止在某一位置，转过角，角， 与与Ig成正比。成正比。小镜也转过小镜也转过角，因而角，因而反射光线相对平衡位置就转过了反射光线相对平衡位置就转过了2 2角。此时角。此时,光点在标尺上移动一段距光点在标尺上移动一段距离离n,n,n n与与成正比，因此，成正比，因此，n也就与电流也就与电流 IgIg 成成正比，可见，由光点正比，可见，由光点的移动距离的移动距离n可测出电流的大小。可测出电流的大小
4、。015152lk比例常数，称为电流计常数，比例常数，称为电流计常数，单位：单位：A/mm。Si电流计灵敏度。电流计灵敏度。三、线圈运动的阻尼特性三、线圈运动的阻尼特性 从电磁感应定律知道，线圈在磁场中运动时从电磁感应定律知道，线圈在磁场中运动时要产生感应电动势。检流计工作时，总是由它要产生感应电动势。检流计工作时，总是由它的内阻的内阻Rg与外电路上总电阻与外电路上总电阻R外外构成一个回路，构成一个回路，因而线圈有感应电流通过。这个电流与磁场相因而线圈有感应电流通过。这个电流与磁场相互作用互作用,会产生阻止线圈运动的电磁阻尼力矩会产生阻止线圈运动的电磁阻尼力矩M，M的大小与回路总电阻成反比，即
5、：的大小与回路总电阻成反比，即：临界阻尼振动状态 过阻尼振动状态 欠阻尼振动状态 当当R外外较大时，较大时，M较小，线圈作振幅逐渐衰减的振动，需经较较小，线圈作振幅逐渐衰减的振动，需经较长的时间才停止在新的平衡位置；欠阻尼振动状态长的时间才停止在新的平衡位置；欠阻尼振动状态当当R R外外 较小时，较小时，M较大，线圈缓慢地趋向新的平衡位置，而不较大，线圈缓慢地趋向新的平衡位置，而不会越过平衡位置；过阻尼振动状态会越过平衡位置；过阻尼振动状态当当R外外适当时，线圈能很快达到平衡位置而不发生振动。适当时，线圈能很快达到平衡位置而不发生振动。 临界阻尼振动状态临界阻尼振动状态 考虑线圈从平衡位置回到
6、零点的过程，我们可以在考虑线圈从平衡位置回到零点的过程，我们可以在检流计两端并联一个电键检流计两端并联一个电键K，如下图所示：当如下图所示：当K K合上时，合上时，R R外外0 0，电磁阻尼很大，线圈立即停止运动，如断开，电磁阻尼很大，线圈立即停止运动，如断开接外电路 从上述三种线圈运动状态可知，检流计工作于临从上述三种线圈运动状态可知，检流计工作于临界状态时，线圈到达平衡位置所需要的时间最短，最界状态时，线圈到达平衡位置所需要的时间最短，最便于测量。因此，在实际工作中，必须考虑使检流计便于测量。因此，在实际工作中，必须考虑使检流计工作或接近工作在临界状态。工作或接近工作在临界状态。电路，在光
7、点返回零点时电路，在光点返回零点时按下按下K K，线圈就会立即停在线圈就会立即停在零点这就节约测量时间。零点这就节约测量时间。K K称为阻尼电键。称为阻尼电键。 GK四、灵敏电流计内阻四、灵敏电流计内阻R Rg g、灵敏度灵敏度S Si i、外临界电阻的测量外临界电阻的测量实实验验线线路路图图GV根据欧姆定律可得根据欧姆定律可得: :又有又有和和最后推导最后推导:可见，在可见，在Ra、Rb、n保证不变的前提下，保证不变的前提下，R和和U成线性关系。我成线性关系。我们只要测得两组们只要测得两组U、R的值就可以确定的值就可以确定Rg、Si。因为这种方法要因为这种方法要求求n保证不变，所以通常称为定
8、偏法。保证不变，所以通常称为定偏法。 在本实验中，为了减少随机误差对测量结果的影在本实验中，为了减少随机误差对测量结果的影响，需测得多组响，需测得多组U、R值，数据处理可采用如下方法：值，数据处理可采用如下方法：最小二乘法最小二乘法用最小二乘法对数据进行直线拟合，可求出用最小二乘法对数据进行直线拟合，可求出A、B值，因值，因Ra、Rb、n可从仪器上直接读出，故可解出可从仪器上直接读出，故可解出Rg、Si的值。的值。作图法作图法 以以U为横坐标为横坐标，R为纵坐标，在直角坐标纸上作为纵坐标，在直角坐标纸上作图，根据直线的截距和斜率图，根据直线的截距和斜率，可求出可求出Rg和和S Si i的值。的
9、值。令令:则则:R=A+BU实实验验内内容容1.定偏法测灵敏电流计内阻定偏法测灵敏电流计内阻Rg和灵敏度和灵敏度Si在在R Ra a、R Rb b、n n保持不变的前提下，保持不变的前提下，R R 和和 U U 成线性关系。成线性关系。我们只要测得我们只要测得多多组组 U U、R R 的值，的值，用最小二乘法对数据用最小二乘法对数据进行直线拟合，进行直线拟合，就可以得就可以得出出Rg、Si的值。的值。若若U U 、R Rb b、n n保持不变，保持不变，R R 和（和（1/R1/Ra a）成线性关系。只要成线性关系。只要测得测得多多组组 R Ra a 、R R 的值，以的值，以1/R1/Ra
10、a 为横坐标，为横坐标，R R 为纵坐为纵坐标，在直角坐标纸上作图，根据直线的截距和斜率，标，在直角坐标纸上作图，根据直线的截距和斜率，也可以求出也可以求出Rg和和S Si i 的值。的值。2.测外临界电阻测外临界电阻R临临3.观察灵敏电流计欠阻尼、临界阻尼、过阻尼状态观察灵敏电流计欠阻尼、临界阻尼、过阻尼状态n=0AC15/6AC15/6型检流计型检流计分流器接线柱零点调节电源注注 意意 事事 项项1.1.电流计的分流器放电流计的分流器放“短路短路”时，不能调整时，不能调整机械零点。机械零点。2.2.在测量中，当电流计光点左右摆动不停时，在测量中，当电流计光点左右摆动不停时，可用短路电键使电流计受到阻尼。可用短路电键使电流计受到阻尼。3.3.在改变电路、使用结束或移动电流计时，均在改变电路、使用结束或移动电流计时，均应将电流计短路，即将分流器开关放置应将电流计短路，即将分流器开关放置“短路短路”位置。位置。4.4.电流计不能受震动。电流计不能受震动。
