纵观电流表实验试题,第一重点和热点首推“电学试验”,而剖解试题内容不难发现主要关键词是“电表”、“测量”、“设计”。本文就电流表实验操作归类分析。电流表串联于电路中测电流I;电压表并联于电路中测电压U。电表的“双重性”:作为实际电表,内阻均不可忽略,所以本质上讲实际电表就是一个可读I或U的定值电阻。电表的工作表头都是一个小量程的电流表○G,电表的读数对应○G指针偏转角度θ,而θ∝I工作(可延伸为有刻度但无刻度值时的偏转格数比)。电表读数越接近满偏值相对误差越小,故一般正确读数要求范围为:1/3满偏~满偏,这是实验中电表量程准确选择的主要依据。电路测量的目标量设定多为电阻,具体包括定值电阻、电表内阻、电源内阻及非线性电阻的伏安特性。电阻测量的几种常见方法:欧姆表直接测量(注意不能在通电电路中进行)半偏法(常针对于测小阻值,如○A内阻)电路图如右:S1合,S2开,调节R1使○A满偏;S1合,S2合,调节R2使○A半满偏,读得R2,则有RA=R2。---也可延伸为比例法,等效替代法S连1,调节R1,使○A为某读数。
在旧电表回收实验中,在电流表或电压表(以下简称电表)安全使用的前提下,指针的偏转角度越大,电表读数的误差越小。电表指针为什么一般要达满偏刻度的1/3以上读数才比较精确,要搞清这个问题,需要先了解电表的准确度、不确定度的概念以及不确定度对误差的影响。电表的准确度与不确定度#N#。电表的准确度#N#在正常的使用条件下,仪表测量结果的准确程度叫仪表的准确度,仪表准确度习惯上称为精度。测量场所的温度异常或剧烈变化等将影响测量的准确度,因为温度的变化会使电表读数的误差增大,从而降低其准确度。
电表受温度影响的原因主要是:由于温度变化改变了构成仪表关键结构件材料性能的结果。如环境温度变化后常使仪表产生反作用力矩的游丝的弹性发生变化,从而使仪表值随之产生变化;还可以使形成磁场的永久磁场的磁性发生变化,使仪表的作用力矩的大小发生变化;此外,由于环境温度的变化,构成仪表的线路的电阻,以及各种电子元件、半导体器件的参数均会产生变化,最终结果都将影响到测量的准确度。我国工业仪表将准确度等级分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七个等级,并标志在仪表刻度标尺或铭牌上,实验室中使用的电表的直流档准确度等级一般为2.5级,交流档准确度等级一般为5.0级。
使用电表常规的接法是将电流表串联接入电路中,电压表并联接在电路上。《考试大纲》中要求学生会正确地使用电流表和电压表。这也是多年以来高考的热门考点。但是近几年来,在考试中多次考到电表的非常规应用,突出对旧电表回收商知识迁移能力的考查。因此,同学们不但要掌握好电表的常规应用,更要对实际问题中电表的非常规应用有足够的分析能力。在实际应用过程中,尽管电流表的内阻很小,但不为零;尽管电压表的内阻很大,但不是无穷大,即是说在实际应用过程中,两电表并非理想的。
下面,就非常规应用过程中的几个典型问题作简要分析。用电流表替代电压表“测电压”当电路中的电流很小时,旧电表回收商可以将电流表串联到电路中,充当电压表,利用公式Ug=IR,读出电流,从而求到两端电压。例1(2000年全国卷)从下列器材中选出适当的器材,设计一个测量电路来测量电流表A1的内阻r1,要求方法简捷,有尽可能高的测量精度,并能测得多组数据。待测电流表A1(量程10mA,内阻r1约为40Ω),电流表A2(量程500μA,内阻r2为750Ω),电压表V(量程10V,内阻r3为10KΩ),电阻R1(阻值约为100Ω,起保护电阻的作用),滑动变阻器R2总阻值。