電流表和電壓表的巧思妙用

電流表和電壓表是電學中常用的測量工具，在眾多電學實驗中，我們都要用它們來測量電流和電壓值。在實際生活中，我們也常常將它們和一些元件組合起來，改造成測量油量、長度、質量、風力等物理量的儀表，下面舉例介紹。

一、測量油量

例1 如圖1是一種測量小汽車油箱內油量裝置的示意圖。由圖可知，該油量表是由____（選填“電壓”或“電流”）表改裝而成的，當汽車在高速公路上遠距離行駛時，電路中的總電阻R總會____（選填“變大”“變小”或“不變”），定值電阻兩端的電壓會____（選填“變大”“變小”或“不變”）。

解析：由圖可知，滑動變阻器與定值電阻串聯，油量表與滑動變阻器并聯，所以油量表是由電壓表改裝而成的。當汽車在高速公路上遠距離行駛時，油量減少，浮標下降，滑片向下移動，滑動變阻器連入阻值減小。由于串聯電路的總電阻等于各分電阻之和，所以電路總電阻會變小。由串聯電路的分壓原理可知滑動變阻器分壓減小，則定值電阻兩端的電壓會變大。

答案：電壓 變小 變大

二、坐位體前屈測試

例2 如圖2是坐位體前屈的測試示意圖。在測試中，測試者向前推動的測試儀的滑塊實際上是滑動變阻器，滑塊推動的距離越大，滑動變阻器連入電路的電阻值越大，儀器的示數就越大。如圖3是其簡化原理圖。

圖2中測試者向前推動測試儀的滑塊，相當于圖3中R1的滑片向____（選填“左”或“右”）移動，應該用____（選填“電流”或“電壓”）表的示數來反映被測試者的成績；圖3中的電阻R2起到____的作用。

分析：根據題意可知，測試者向前推動測試儀的滑塊時，滑動變阻器接入電路的阻值變大，因此滑動變阻器的滑片向右移動。因串聯電路起分壓作用，因此滑片向右移動時，滑動變阻器分得的電壓變大，即電壓表示數變大。當滑動變阻器接入電路的阻值變大時，電路的總電阻變大，由歐姆定律可知，電路電流變小，即電流表示數減小。綜合上述分析可知，應該用電壓表的示數反映測試者的成績。

沒有推動測試儀的滑塊時，滑動變阻器接入電路的阻值很小，如果電路中沒有定值電阻R2，058d375f5e5cdffff4bfb432dae422de7936ef4f0d288617c51f52730c1eb9d3由歐姆定律可知電路電流會很大，電流表會被燒壞，因此定值電阻R2起保護電路的作用。

答案：右 電壓 保護電路

三、測量質量

例3 在物理跨學科實踐活動課上，小碩和同學利用所學的電學知識，自制設計了電子秤的原理圖，如圖4所示。它利用電壓表的示數來表示物體的質量。托盤、輕彈簧上端和金屬滑片固定在一起，托盤和彈簧的質量不計。已知電源電壓U = 3 V，電阻R0 = 10 Ω，電阻R1 = 20 Ω，電壓表的量程為0～3 V。

要使電子秤能正常工作，應將觸點____與觸點____連接。每次向托盤中增加100 g的砝碼就在電壓表指針所指位置的刻度盤上標出相應的質量值。當將1 kg的物體放在托盤中時，金屬滑片P剛好指在距R1上端[14]處，則“1 kg”應標在電壓表____ V的位置上。該電子秤能測量的最大質量是____kg，應標在電壓表____ V的位置上。

解析：要使電子秤能正常工作（質量大小變化時，引起連入電阻變化、電壓表的示數變化），應將觸點“1”與觸點“2”連接。

當將1 kg的物體放在托盤中，金屬滑片P剛好指在距R1上端[14]處時，

連入電阻R = [14×] 20 Ω = 5 Ω，

電路中的電流I [=UR+R0=3 V5 Ω+10 Ω=] 0.2 A，

R1兩端的電壓U1 = IR = 0.2 A × 5 Ω = 1 V。

彈簧長度改變量與物體質量成正比，因此該電子秤能測量的最大質量是4 kg，當4 kg的物體放在托盤中時，R1完全連入電路中，為20 Ω，

此時電路中的電流I' = [UR1+R0] = [3 V20 Ω+10 Ω] = 0.1 A，

R1兩端的電壓[U1]['] = I'R1 = 0.1 A × 20 Ω = 2 V。

即最大質量應標在電壓表2 V的位置上。

答案：1 2 1 4 2

四、測量風力

例4 如圖5，綜合實踐活動中，小樂決定制作可顯示風力等級的簡易風速儀，其工作原理如圖甲所示。裝有擋風板和滑片P的輕質滑塊與輕質彈簧套在滑桿上，滑桿上的摩擦力忽略不計，彈簧左端固定，右端與滑塊相連。擋風板的擋風面積為0.2 m2，均勻電阻絲長為50 cm，阻值為25 Ω，電源電壓U恒為15 V，R0為保護電阻，電壓表量程為0～15 V。彈簧彈力F的大小與彈簧長度改變量x成正比，如圖乙所示。關于這個風速儀，下列說法正確的是（ ）。

A. 當所測風力越大時，電壓表的示數越小

B. 電壓表的示數可以從零變化到最大值

C. 電壓表的示數變化量與彈簧長度改變量x成正比

D. 滑片P向左移動的過程中，電路的總電阻在減小

解析：閉合開關，保護電阻R0和電阻絲串聯，電壓表測量滑片右邊兩端的電壓。

A. 當所測風力變大時，擋風板向左移動，與電壓表并聯的電阻變大，根據U = IR可知電壓表的示數變大，故A錯誤；

B. 無風時，滑片P在電阻絲最右端，電壓表示數為零，當所測風力變大時電壓表的示數變大，所以電壓表的示數可以從零變化到最大值，故B正確；

C. 由于電路中的電流不變，根據U = IR可知電壓表的示數變化量與連入電路的電阻絲的電阻成正比，由于電阻絲的電阻與彈簧長度改變量x成正比，所以電壓表的示數變化量與彈簧長度改變量x成正比，故C正確；

D. 由于電阻絲全部連入電路，滑片P向左移動的過程中，沒有改變電阻絲連入電路的電阻，所以電路的總電阻不變，故D錯誤。

答案：BC

總結：設計電表改裝時要在充分分析電路的基礎上，通過電路的變化，思考電流和電壓的變化情況，再根據題目要求選擇合適的儀表來測量相應物理量。

（作者單位：沈陽市南昌初級中學）