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电压表电流表改装的探究 　　摘要：中学物理实验室中时常用到的电压表与电流表，实质电压表与电流表是由满偏电流小的电流表表头改装而成的.本文讨论实际电路中电流表与电压表的改装及扩程问题. 　　关键词：电流表；电压表；电表改装 　　常用的电压表与电流表，有不同的量程，其实质是电压表与电流表是由满偏电流小的电流表表头改装而成的.要清楚地知道电压表与电流表量程的扩大，要从串联电路与并联电路的特点去探究. 　　1电压表的改装 　　11电路 　　把若干个电阻首尾顺次相连，这种连接方式叫串联.如图1是由三个电阻构成的串联电路. 　　串联电路的特点是：串联电路中的电流处处相等，电路两端总电压等于各串联电路两端的电压之和，串联电路总电阻等于电路中电阻之和.即 　　I=I1=I2=I3=… 　　U=U1+U2+U3+… 　　R=R1+R2+R3+… 　　在串联电路中，总电压被分配到各串联电路中的电阻上，阻值大的电阻分得的电压大，阻值小的电阻分得的电压小，所以串联电路又叫分压电路.分压作用在科技与实验中有着广泛的应用. 　　22电压表改装特点 　　已知电流表表头的满偏电流Ig及内阻Rg，但满偏电流Ig太小，一般不能直接测量出电路中的电流，而它可以检测电路中有无电流及电流方向.根据欧姆定律，表头满偏电流时的电压为Ug=Ig Rg，可以测量出电压，但由于量程太小，无法测出较大的电压，如果给表头串联一个较大的分压电阻R0，就可以测量出较大的电压，因此把电流表表头串联一个分压电阻后就成了大量程的电压表了，如图2所示. 　　根据串联电路分压原理，有 UgRg=U-UgR0，解得分压电阻为 R0=（UUg-1）Rg. 　　若n表示电压表量程扩大的倍数，即n=UUg，则分压电阻R0=（n-1）Rg. 　　例1内阻Rg=1000Ω，满偏电流Ig=100μA的灵敏电流计要改装成量程为3V的电压表，应该如何设计？ 　　解析：根据题意，把电流表表头改装成电压表的电路如图2（a）示，即在小量程的电流表串联一个分压电阻R0.灵敏电流计内阻Rg=1000Ω，满偏电流Ig=100μA=10-4A，由欧姆定律满偏电流时表头上的电压Ug=IgRg=1000×10-4V=01V. 　　分压电阻上电压U0=U-Ug=（3-01）V=29V，分压电阻上电流I0= Ig=10-4A，再次运用欧姆定律求得分压电阻R0==29×104Ω=29kΩ. 　　或者n=UUg=3V01V=30， 　　?t分压电阻R0=（n-1）R0=（30-1）×1000Ω=29×104Ω=29kΩ. 　　2电流表的改装 　　21并联电路 　　把几个电阻的一端接在一起，另一端也连接在一起，两端接在电源上，这样构成的电路叫并联电路.由三个电阻构成的并联电路如图3所示. 　　由实验可知并联电路的特点：并联电路中各支路两端电压相等；电路中总电流等于各支路的电流之和；并联电路中总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和，即 　　U=U1=U2=U3=… 　　I=I1+I2+I3+… 　　1R=1R1+1R2+1R3+… 　　在并联电路中，通过电阻的电流与它的电阻值成反比，即电阻越大通过的电流越小，这样各个电阻能分担一部分电流，并联电阻的这种作用叫分流作用，这种电阻叫分流电阻.电流表量程的扩大就是并联电路的分流作用的应用，灵敏电流计能够测量的电流很小，为了扩大它的量程，达到能够测较大电流的目的，就得给灵敏电流计并联一个阻值较小的分流电阻，分担较大的电流，这样就可以改装一个量程较大的电流表了. 　　22电流表改装特点 　　电流表表头满偏电流较小，直接串联在电路中有可能烧坏表头，因此需要给表头并联一个分流电阻，就可以测量较大的电流，即扩大了电流表的量程，如图4所示. 　　根据并联电路特点，有 IgI-Ig=R0Rg，解得应并联的分流电阻R0=IgI-IgRg. 　　若用n表示量程的扩大倍数，即 　　n=IIg，则R0=Rgn-1. 　　改装成的电流表的内阻为RA=Rg?R0Rg+R0=Rgn 　　可见电流表的内阻很小，对于理想的电流表，其内阻可以忽略不计，串联在电路中可以看作短路. 　　例2内阻Rg=1000Ω，满偏电流Ig=100μA的电流表表头要改装成量程为1A的电流表，应该如何设计？ 　　解析：由图4（a）可知，要把量程为100μA的电流表表头改装成1A的电流表，需要在表头上并联一个电阻R0，R0起分流作用. 　　根据并联电路特点，可知并联电阻R0中的电流I0=I-Ig=（1-00001）A=09999A，分流电阻两端的电压与表头两端的电压相等，即 　　Ug=IgRg=1000×10-4V=01V， 　　所以 R0=UgI0=0109999Ω≈01Ω