电学测量工具“表头”的几个为什么

杨小康

摘要：中学阶段所用的电流表、电压表、欧姆表、万用表都有一个共同的部分——表头，在实际应用中常有些许问题困扰着学生。笔者将其整理并在本文中做一简要说明。

关键词：表头；物理教学；教师；学生

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2016）05-0127

中学阶段所用的电流表、电压表、欧姆表、万用表都有一个共同的部分——表头，表头实质是一个直流微安表，有时也称电流计，内置在几十欧到几百欧间，允许通过的最大电流一般为几百微安。中学阶段所用这些表一般都是磁电式仪表，如图1所示，在实验时经常会遇到下列问题：

第一，电流表中通入某一电流，指针偏转到某一角度立即停止，为什么没有因为铝框及所扰线圈的惯性二左右摆动？

这是因为线圈是绕在铝框架上，线圈偏转时也带动框架在磁场中转动，由电磁感应现象可知，铝框架切割磁感线二产生感应电流——涡流，这个电流受到磁场安培力的作用，其方向与框架转向相反，能阻止动圈在平衡位置的左右摆动，这种作用称为阻尼作用。如果无此阻尼作用，则动圈因通电二偏转时，由于惯性二使指针在平衡位置左右摇摆一段时间才能停下了，如老式电流计就是这样的。

第二，线圈所在的磁场是非匀强磁场，电流表的刻度为什么还是均匀的？

线圈置于圆弧形的极拿和由软铁做成的圆柱体之间的气隙中，气隙中虽不是匀强磁场，但形成均匀辐射状磁场，如图2所示，切割磁场的线圈的横截面不论转到哪个位置，所在处的磁场方向总平行线圈平面，磁感应强度大小总是相等的。当线圈中电流为I时便受到一个力矩M=BNIS的作用而偏转（B为气隙中的磁感应强度，N为线圈的匝数，S为线圈面积），线圈转动，使线圈两端的螺旋弹簧（即游丝）变形，产生一个与偏转角α成正比的反作用力矩M′=k′α（k′为决定游丝弹性的扭转常数），当平衡时，BNIS=k′α，于是α=BNIS/k′=kI（式中B、N、S在测量机构确定后均为常数），指针的偏转角α仅与电流I成正比，故直流电流表、电压表刻度都是均匀的。

第三，表头以及用表头改装后的电流表、电压表为什么只能测直流而不能直接用于测量交流电？

这是因为气隙的磁场方向是不变的，动圈所受转矩的方向只决定于电流的方向，当通入交流电时，转矩方向不断改变，但因动圈惯性的影响，指针将赶不上转矩的迅速变化而静止不动，所以用于测量交流电时，必须附加镇流装置。

（作者单位：陕西省安康市汉滨区江北高中 725000）