十二,电 压 表
电压表是一种测量电路两端电压(电势差)的比较精密的仪器,高中物理实验中常用的电压表为直流电压表,掌握它的使用方法和读数规则是高考的考点,高考题中经常将电压表与电流表联系在一起进行考查.
【重要知识提示】
1.电压表的构造
构造:电压表的外形如图2—101(甲),(乙),(丙),(丁)所示.
图(甲)叫学生电压表,通常为一个量程(量程较大),只有"+","一"两个接线柱.图(乙)叫教学电压表,多半为教师在课堂上做演示实验用,做成这种外形,指针偏转明显,便于学生观察.与教学电流表一样,刻度盘往往是不固定的,实验时可根据需要选用不同形式,不同量程的刻度盘.
单量程的电压表对测量的准确程度有所限制,在实验室里还有双量程的电压表,如图(丙),(丁)所示.这两种外形的电压表的两个量程均为"0～3 V"和"0～15V",各有3个接线柱.图(丙)所示的电压表,两个量程共用一个"+"接线柱,读数窗中的"0"刻度线在刻度盘的最左端;图(丁)所示的电压表,两个量程共一个"～"接线柱,"0"刻度线在表盘的左侧,但不在左端.两表的刻度盘下各有一个可调旋钮——调零旋钮.若电压表在接入电路前,指针不指向"0"刻度,则需要用一字启旋转调零旋钮,使指针与"0"刻线重合.
电压表的刻度如图2—102(甲),(乙)所示.
图(甲)所示为3V量程的刻度盘,盘上每大格表示1 V,每个小格表示0.1 V,指针所指示数值应记为1.80V.此处电压表最小刻度值为1个单位,在没有估读值的情况下,应在精度位后一位补"0".
图(乙)所示为15V量程的刻度盘,盘上每大格表示5V,每小格表示0.5V,指针所指示的数值应记为13.OV.该表的最小分度值为"5",其估读方法与最小分度值是"2"的相同,此处有效数字的末位与精度在同一位上,若指针再向右偏移1小格,则读数为13.5V.
2.使用方法
①使用电压表前必须记住调零这一步.
②将电压表与被测部分电路并联,接线时,使电流从"+"接线柱流人,从"一"接线柱流出.或者"+"接线柱接电压高端,"一"接线柱接电压低端.
③估测被测电压的数值,选择适当量程,选择量程的原则:a.不超量程使用; b.使指针转过满偏的2/3为宜.如果待测电压不易估算,应先选用较大量程,试测后,如电压值较某一量程小,则选用较小量程,以提高测量精度.
④读数时视线要通过指针并跟刻度盘垂直.
3.注意事项
①不要超量程使用.
②不要将接线柱接反,否则会损坏,损伤表头.
③不要将电压表串接在电路中,虽不至烧坏表头,但测出的电压值不是用电器两端的电压.
【典型范例导析】
【例1】 举例说明电压表的原理及量程扩大情况的分析.
解析 电压表的原理是利用通电线圈在磁场中所受的磁力矩跟电流强度成正比(当线圈电阻一定时,则跟线圈两端的电压成正比),以及串联电路的分压原理制成的.
电压表内部的测量电路可看成由表头内阻.厂g和外加电阻R组成的串联电路(亦称作分压电路),如图2—103(甲),(乙)所示.
由图2—103(乙)电路所示,U=Ug+UR…①,Ug=Igrg…②(Ig为表头满偏电流)
∴ U=Igrg+IgR…③, R=UR/Ig-rg…④g
根据串联电路电流强度处处相等的特点,有:Ug/rg=(U-Ug)/R…⑤,…⑥.设U/Ug=n,那么R=(n一1)rg…⑦(n为电压表量程扩大倍数)
⑦式表明,串联分压电阻R的大小是表头内阻rg的(n一1)倍,则电压表的量程扩大,n倍.
【例2】 简述电压表内阻对测量的影响.
解析 如任测量图2—104(甲)所示电路中电阻
R!两端的电压U1,必须把电压表与R1并联在电路
中,组成(乙)图所示的电路.电压表有内阻Rv,连入
电路后,改变了电压分配,电压表测出的是改变后的电
压U1'(U1'比Ul大还是小 )因而产生误差,Rv比
R1大得越多,误差越小.电压表的内阻都很大,如果Rv比R1大得多,且不要求测量十分精确,可不考虑这一误差,而认为Rv=∞,U1=U1'.
若无特别提示,在一般测量中均可认为RA=O,Rv=∞,即认为电流表,电压表均为理想电表
【例3】 如图2—1 05所示为一电压表测量一段电路
两端电压时,指针所指示的状态,若测量时所选量程为

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