从内向外看清电流表和电压表

武粉利

物理学中有许多现象，需要我们透过现象看清本质，才能理解其中的原理，不被表象所迷惑。

在高中物理的学习中，大家常遇到电流表和电压表的指针示数和偏角这一类问题，就需要我们先弄清电流表和电压表的内部改装电路图，再从原理看清其外部现象。

电流表和电压表的内部都有一个小量程的电流表，以下简称表头G。表头G的内阻为几千欧到几百欧，它的满偏电流（指针偏转到最大刻度时的电流）为几微安到几十微安，由欧姆定理可知，加在它两端的最大满偏电压为几毫伏到几十毫伏。可见 ，用表头G来测电流和电压根本不能满足我们平时的生活，生产以及实验要求。

（1）如下图1所示，根据串联分压原理，如果给小量程的表头G旁边串联一个分压电阻，就可以测量较大的电压，因此電流表串联一个分压电阻后就成为电压表。

（2）分压电阻的计算

由串联电路的分压原理有：解得分压电阻：若表示量程的扩大倍数（即）

则   ，改装后的电压表量程越大，需要串联的分压电阻就越大。

2、电流表的改装原理

（1）小量程的电流表测量范围较小，直接串联在电路中有可能烧坏电流表，因此需要并联一个分流电阻，如下图2所示就可以测量较大的电流，即扩大了电流表的量程。

（2）分流电阻的计算

根据并联分流的原理有：解得应并联的分流电阻：若用表示量程的扩大倍数（即） 则

改装成的电流表的内阻为

可见电流表的内阻很小，对于理想的电流表，其内阻可以忽略不计，串联在电路中可以看作短路。

典例剖析 一灵敏电流计，它的电阻是12 Ω，指针每偏转一格指示2 mA，现在把它改装成电流表，使它的指针每偏转一格指示1 A，那么，分流电阻多大？如果改装成电压表，使它的指针每偏转一格指示1 V，则分压电阻多大？

【思路剖析】（1）如何改装成电流表？刻度盘如何改换？

（2）如何改装成电压表？刻度盘如何改换？

【解析】根据灵敏电流表构造原理可知，只要指针偏转一格，通过它的线圈的电流一定是2mA，不管一格所代表的值是多少，所以，如果把它改成如图3甲所示的电流表，使它的指针每偏转一格指示1 A，则分流电阻必须满足这样的条件，即通过灵敏电流表线圈的电流和分流电阻中电流之比为，分流电阻R和灵敏电流表线圈并联，所以

，解得R=0.024 Ω。

灵敏电流表指针每偏转一格，线圈两端电压是0.002×12 V=0.024 V，所以把它改装成电压表，使它指针每偏转一格指示1 V，必须串一电阻R′，R′必须满足这样的条件：把R′和灵敏电流表串联后，接在1 V的电路上，线圈中电流恰好等于2 mA。由图3乙可得，1=0.002×（12+R′），解得R′=488 Ω。

【答案】0.024 Ω 488 Ω

电表的改装有三部分：第一，按照改装原理计算电阻，进行内部电路的改装；第二，根据改装的要求把刻度盘进行改换；第三，改装后要用标准电压表或者电流表进行校正。

以上两个典型例题中，大家只要看清题意，先画出量表内部结构图，就很快能分清其指针偏角和示数的关系。

望物寻理，理在其中，意在其外，所以许多物理问题只要理解其内部规律，它的外部表现就自然清楚了，从内向外，科学思维才会有意外的收获。