电压表原理相当于一个什么(电压表深度解析及应用)

中学生用的电压表、可以看作一个读出电压值的超大电阻,是由小量程电流表改装的测量电压的仪器,工作原理与电动机一样,即通电的导体在磁场中受到力的作用。

电压表原理相当于一个什么(电压表深度解析及应用)

电压表有一只内阻(设为Rg)为10欧姆,满偏电流(通过此表的最大电流,设为Ig)为30mA的电流表,如果把此表直接当作电压表使用,测量的最大电压只可以为Ug=Rg×Ig=0.3伏特,刻度方法,把满偏电流30mA刻度线处标为0.3伏特,再把0–0.3伏特划分为30等份,每一等份表示0.01伏特,这就是量程为0–0.3伏特的电压表。

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实际测量的电压值基本上要大于0.3伏特,如实验室中的学生电压表有3伏特和15伏特双量程,这时,我们可以采用分压原理来扩大电压表的量程,在中学阶段,分压基本上是串联电阻来解决。例如改装成可以测量最大电压为3伏特的电压表,则要把上述小量程电流表串联一个电阻R。使这个电阻分压2.7伏特,R。的计算方法用欧姆定律或者分压原理,由于串联电路中电流处处相等,所以,R。=2.7伏特/0.03安培=90欧姆。同理,改装成可以测量最大电压15伏特的电压表,则要把上述小量程电流表串联一个电阻R’,使这个电阻分压14.7伏特的电压,可计算R’=490欧姆。

如果要改装成双量程电压表,则一条刻度线要代表两个刻度值,此时,大量程是小量程的5倍,应该在3伏特量程的基础上再串联一个电阻R’’,使这个电阻分压12伏特,则电阻R’’=12伏特/0.03安培=400欧姆。整个电压表的内阻就是400+90+10=500欧姆。

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把满偏电流30mA刻度线处标为15伏特,并把0–15伏特划分为30等份,每一等份表示0.5伏特,这就是量程为0–15伏特的电压表。当然,也可以把满偏电流30mA刻度线处标为3伏特,并把0–3伏特划分为30等份,每一等份表示0.1伏特,就是量程为0–3伏特的电压表。很明显,同一条刻度线表示的两个刻度值是5倍的关系。

电压表原理相当于一个什么(电压表深度解析及应用)

初高中与电压表有关的应用知识。

第一,为什么电压表串联接入电路中,电流表无示数,小灯泡不亮,电压表的读数约等于电源的电压。

在初中测量小灯泡电阻的物理实验中,实验电压一般是两节干电池,电压为3伏特。假如滑动变阻器处于最小值位置,忽略灯泡的电阻,上述电压表的内阻,接15伏特的大量程为500欧姆,我们来计算一下电路中的电流值:3伏特/500欧姆=0.006安培,小于实验室中电流表的最小分度值0.02安培,也就是说电流表的指针基本上没有动(指示)。这样小的电流,小灯泡也不可能发光的。

电压表原理相当于一个什么(电压表深度解析及应用)

电压表的读数为什么约等于电源的电压?用分压原理解释最好,假如滑动变阻器处于最大值50欧姆的位置,忽略灯泡的电阻和不忽略灯泡的电阻结果都差不多,设小灯泡的电阻10欧姆,则3伏特的电源电压,被500欧姆的电压表和60欧姆(50欧姆+10欧姆)的电阻分压,电压表与电阻的分电压比为500:60=50:6=25:3,即电压表分得电压值等于2.7伏特,约等于电源电压值。

第二,在高中物理中,电压表串联接入电路可以用来测量高值电阻。此时,电压表被当作一个可以读出电压值的用电器。举一例。

电压表原理相当于一个什么(电压表深度解析及应用)

在进行某些电学测量时,把电压表看成能显示其两端电压的大电阻,将它与一个阻值很大的待测电阻RX串联接入电路,根据电压表的示数可以测出Rx的阻值。如上图所示的电路中,电压表的内阻Rv=20kΩ,量程为150V,最小分度值为5V,电源的电压U=110V,当电压表的示数为50伏特时。求待测电阻RX的阻值。若将RX换成阻值约为20Ω的小电阻,用这种方法能否准确测出它的阻值吗?过程略。

第三,伏安法测电阻的内接法和外接法的理解。举一例。

电压表原理相当于一个什么(电压表深度解析及应用)

上图甲为常用的“伏安法测电阻”实验电路的一部分,属于外接法,主要用于测量电压表的内阻远大于被测电阻 Rx阻值的电路。由于经过电压表的电流很小,可以忽略,根据电压表和电流表数值算出的 Rx 阻值,近似等于Rx的实际阻值。如果不能忽略通过电压表的电流,设电压表的电阻为 R0 ,图甲所示电路可以等效为图乙。设此时的电压表读数为 U ,电流表读数为 I 时, 请你计算Rx的实际阻值。

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