例析電表的“反串”功能

(浙江省義烏市第二中學，浙江　義烏　322000)

通常情況下，電流表用來測量電路中電流，電壓表用來測量負載電阻兩端電壓等。但在某些特定條件下，電流表可“反串”電壓表的作用，電壓表也可“反串”電流表的作用，本文就此問題通過實例進行分析和討論。

1　電流表“反串”電壓表

電流表的內阻比較小，允許加在它兩端的電壓較小。若被測電阻兩端的電壓較小，當把電流表并聯在它兩端時，通過電流表的電流沒有超過量程，則電流表兩端的電壓即為被測電阻兩端的電壓。即：U測=U電流表=I電流表r電流表。采用這種方法的條件是由于電流表的接入給電路帶來的變化不影響實驗結果。

例1(2002年全國高考卷)：從如下選項中選出適當的實驗器材，設計一電路來測量電流表A1的電阻r1。要求方法簡捷，有盡可能高的測量精度，并能測得多組數據。

A. 電流表A1，量程10mA，內阻r1待測(約40Ω)

B. 電流表A2，量程500μA，內阻r2=750Ω

C. 電壓表V，量程10V，內阻r3=10KΩ

D. 電阻R1，阻值約100Ω，作保護電阻用

E. 滑動變阻器R2，總阻值約50Ω

F. 電源E，電動勢1.5V，內阻很小

G. 開關S

H. 導線若干

所以，只要控制電流表A1兩端的電壓，使得通過電流表A2的電流不超過500μA，就能獲得較理想的測量結果。

由于滑動變阻器最大阻值與電流表A1的內阻r1較接近，且實驗要求多測幾組數據，則滑動變阻器應接成分壓電路。這樣，就可以設計出如圖1所示的實驗電路。

圖1

2　電壓表“反串”電流表

例2(2004年全國高考卷)：用以下器材測量一待測電阻Rx的阻值(900～1000Ω)：

電源E，具有一定內阻，電動勢約為9.0V；

電壓表V1，量程為1.5V，內阻r1=750Ω；

電壓表V2，量程為5V，內阻r2=2500Ω；

滑線變阻器R，最大阻值約為100Ω；

單刀單擲開關K，導線若干。

(2) 根據你所畫的電路原理圖在題給的實物圖上畫出連線。

(3) 若電壓表V1的讀數用U1表示，電壓表V2的讀數用U2表示，則由已知量和測得量表示Rx的公式為Rx=_________。

解析：由于提供的實驗器材中沒有電流表，要測量被測電阻Rx的阻值，則需要測出通過被測電阻Rx的電流，為此，兩個電壓表中有一個要“反串”電流表。

圖2

圖3

圖4

圖5

圖6

① 如圖7所示，采用“電流表”內接法時，加在電壓表V1兩端的電壓U1=I2(Rx+r2)=6.67×10-4×(2500+900)V=2.3V。電壓表V1的讀數已超過量程，因此，這種連接方式不可取。

圖7

圖8

圖9

圖10

3　電流表和電壓表互相“反串”

電流表可以測電壓，電壓表也可以測電流。因此，在實驗條件允許的情況下，兩者的角色可以互換，即電流表可以充當電壓表的功能，電壓表可以充當電流表的功能。

例3：2010年廣州亞運盛會堪稱是LED綠色照明技術、節能照明產品得到全面應用的照明科技博覽會。無論是海心沙、廣州塔、廣州中軸線城市景觀照明等重點工程項目，還是亞運城、大學城等數十個場館和設施，處處都閃耀著國產LED綠色照明、節能照明產品的光芒。某實驗小組要精確測定額定電壓為3V的LED燈正常工作時的電阻，已知該燈正常工作時電阻大約500Ω左右，電學符號與小燈泡電學符號相同。

實驗室提供的器材有：

電流表A1(量程為0至50mA，內阻RA1約為3Ω)；

電流表A2(量程為0至3mA，內阻RA2=15Ω)；

定值電阻R1=697Ω；

定值電阻R2=1985Ω；

滑動變阻器R(0至20Ω)一只；

電壓表V(量程為0至12V，內阻RV=1kΩ)；

蓄電池E(電動勢為12V，內阻很小)；

電鍵S一只。

(1) 畫出應采用的實驗電路圖；

(2) 寫出測量LED燈正常工作時的電阻表達式Rx=_________。

解析：由于電表的量程限制，導致電流表不能直接測量通過被測電阻的電流，電壓表不能直接測量被測電阻兩端的電壓，需要互換角色。

圖11

從以上計算結果看出，電流表可以充當電壓表的作用，電壓表可以充當電流表的作用。由于滑動變阻器總阻值比待測電阻阻值小很多，它的限流作用不明顯，故控制電路應采用分壓式接法。結合以上分析，可設計出精確測定額定電壓為3V的LED燈正常工作時的電阻的電路(如圖11)。

總之，我們要熟練把握電表的內部結構，學會正確、靈活應用電表進行相關的測量，掌握科學的實驗方法，從而提高實驗能力和綜合分析能力。