從內(nèi)向外看清電流表和電壓表

武粉利

物理學中有許多現(xiàn)象，需要我們透過現(xiàn)象看清本質(zhì)，才能理解其中的原理，不被表象所迷惑。

在高中物理的學習中，大家常遇到電流表和電壓表的指針示數(shù)和偏角這一類問題，就需要我們先弄清電流表和電壓表的內(nèi)部改裝電路圖，再從原理看清其外部現(xiàn)象。

電流表和電壓表的內(nèi)部都有一個小量程的電流表，以下簡稱表頭G。表頭G的內(nèi)阻為幾千歐到幾百歐，它的滿偏電流（指針偏轉(zhuǎn)到最大刻度時的電流）為幾微安到幾十微安，由歐姆定理可知，加在它兩端的最大滿偏電壓為幾毫伏到幾十毫伏?？梢?，用表頭G來測電流和電壓根本不能滿足我們平時的生活，生產(chǎn)以及實驗要求。

（1）如下圖1所示，根據(jù)串聯(lián)分壓原理，如果給小量程的表頭G旁邊串聯(lián)一個分壓電阻，就可以測量較大的電壓，因此電流表串聯(lián)一個分壓電阻后就成為電壓表。

（2）分壓電阻的計算

由串聯(lián)電路的分壓原理有：解得分壓電阻：若表示量程的擴大倍數(shù)（即）

則? ?，改裝后的電壓表量程越大，需要串聯(lián)的分壓電阻就越大。

2、電流表的改裝原理

（1）小量程的電流表測量范圍較小，直接串聯(lián)在電路中有可能燒壞電流表，因此需要并聯(lián)一個分流電阻，如下圖2所示就可以測量較大的電流，即擴大了電流表的量程。

（2）分流電阻的計算

根據(jù)并聯(lián)分流的原理有：解得應并聯(lián)的分流電阻：若用表示量程的擴大倍數(shù)（即） 則

改裝成的電流表的內(nèi)阻為

可見電流表的內(nèi)阻很小，對于理想的電流表，其內(nèi)阻可以忽略不計，串聯(lián)在電路中可以看作短路。

典例剖析 一靈敏電流計，它的電阻是12 Ω，指針每偏轉(zhuǎn)一格指示2 mA，現(xiàn)在把它改裝成電流表，使它的指針每偏轉(zhuǎn)一格指示1 A，那么，分流電阻多大？如果改裝成電壓表，使它的指針每偏轉(zhuǎn)一格指示1 V，則分壓電阻多大？

【思路剖析】（1）如何改裝成電流表？刻度盤如何改換？

（2）如何改裝成電壓表？刻度盤如何改換？

【解析】根據(jù)靈敏電流表構造原理可知，只要指針偏轉(zhuǎn)一格，通過它的線圈的電流一定是2mA，不管一格所代表的值是多少，所以，如果把它改成如圖3甲所示的電流表，使它的指針每偏轉(zhuǎn)一格指示1 A，則分流電阻必須滿足這樣的條件，即通過靈敏電流表線圈的電流和分流電阻中電流之比為，分流電阻R和靈敏電流表線圈并聯(lián)，所以

，解得R=0.024 Ω。

靈敏電流表指針每偏轉(zhuǎn)一格，線圈兩端電壓是0.002×12 V=0.024 V，所以把它改裝成電壓表，使它指針每偏轉(zhuǎn)一格指示1 V，必須串一電阻R′，R′必須滿足這樣的條件：把R′和靈敏電流表串聯(lián)后，接在1 V的電路上，線圈中電流恰好等于2 mA。由圖3乙可得，1=0.002×（12+R′），解得R′=488 Ω。

【答案】0.024 Ω 488 Ω

電表的改裝有三部分：第一，按照改裝原理計算電阻，進行內(nèi)部電路的改裝；第二，根據(jù)改裝的要求把刻度盤進行改換；第三，改裝后要用標準電壓表或者電流表進行校正。

以上兩個典型例題中，大家只要看清題意，先畫出量表內(nèi)部結構圖，就很快能分清其指針偏角和示數(shù)的關系。

望物尋理，理在其中，意在其外，所以許多物理問題只要理解其內(nèi)部規(guī)律，它的外部表現(xiàn)就自然清楚了，從內(nèi)向外，科學思維才會有意外的收獲。