电流表和电压表的巧思妙用

电流表和电压表是电学中常用的测量工具，在众多电学实验中，我们都要用它们来测量电流和电压值。在实际生活中，我们也常常将它们和一些元件组合起来，改造成测量油量、长度、质量、风力等物理量的仪表，下面举例介绍。

一、测量油量

例1 如图1是一种测量小汽车油箱内油量装置的示意图。由图可知，该油量表是由____（选填“电压”或“电流”）表改装而成的，当汽车在高速公路上远距离行驶时，电路中的总电阻R总会____（选填“变大”“变小”或“不变”），定值电阻两端的电压会____（选填“变大”“变小”或“不变”）。

解析：由图可知，滑动变阻器与定值电阻串联，油量表与滑动变阻器并联，所以油量表是由电压表改装而成的。当汽车在高速公路上远距离行驶时，油量减少，浮标下降，滑片向下移动，滑动变阻器连入阻值减小。由于串联电路的总电阻等于各分电阻之和，所以电路总电阻会变小。由串联电路的分压原理可知滑动变阻器分压减小，则定值电阻两端的电压会变大。

答案：电压 变小 变大

二、坐位体前屈测试

例2 如图2是坐位体前屈的测试示意图。在测试中，测试者向前推动的测试仪的滑块实际上是滑动变阻器，滑块推动的距离越大，滑动变阻器连入电路的电阻值越大，仪器的示数就越大。如图3是其简化原理图。

图2中测试者向前推动测试仪的滑块，相当于图3中R1的滑片向____（选填“左”或“右”）移动，应该用____（选填“电流”或“电压”）表的示数来反映被测试者的成绩；图3中的电阻R2起到____的作用。

分析：根据题意可知，测试者向前推动测试仪的滑块时，滑动变阻器接入电路的阻值变大，因此滑动变阻器的滑片向右移动。因串联电路起分压作用，因此滑片向右移动时，滑动变阻器分得的电压变大，即电压表示数变大。当滑动变阻器接入电路的阻值变大时，电路的总电阻变大，由欧姆定律可知，电路电流变小，即电流表示数减小。综合上述分析可知，应该用电压表的示数反映测试者的成绩。

没有推动测试仪的滑块时，滑动变阻器接入电路的阻值很小，如果电路中没有定值电阻R2，058d375f5e5cdffff4bfb432dae422de7936ef4f0d288617c51f52730c1eb9d3由欧姆定律可知电路电流会很大，电流表会被烧坏，因此定值电阻R2起保护电路的作用。

答案：右 电压 保护电路

三、测量质量

例3 在物理跨学科实践活动课上，小硕和同学利用所学的电学知识，自制设计了电子秤的原理图，如图4所示。它利用电压表的示数来表示物体的质量。托盘、轻弹簧上端和金属滑片固定在一起，托盘和弹簧的质量不计。已知电源电压U = 3 V，电阻R0 = 10 Ω，电阻R1 = 20 Ω，电压表的量程为0～3 V。

要使电子秤能正常工作，应将触点____与触点____连接。每次向托盘中增加100 g的砝码就在电压表指针所指位置的刻度盘上标出相应的质量值。当将1 kg的物体放在托盘中时，金属滑片P刚好指在距R1上端[14]处，则“1 kg”应标在电压表____ V的位置上。该电子秤能测量的最大质量是____kg，应标在电压表____ V的位置上。

解析：要使电子秤能正常工作（质量大小变化时，引起连入电阻变化、电压表的示数变化），应将触点“1”与触点“2”连接。

当将1 kg的物体放在托盘中，金属滑片P刚好指在距R1上端[14]处时，

连入电阻R = [14×] 20 Ω = 5 Ω，

电路中的电流I [=UR+R0=3 V5 Ω+10 Ω=] 0.2 A，

R1两端的电压U1 = IR = 0.2 A × 5 Ω = 1 V。

弹簧长度改变量与物体质量成正比，因此该电子秤能测量的最大质量是4 kg，当4 kg的物体放在托盘中时，R1完全连入电路中，为20 Ω，

此时电路中的电流I' = [UR1+R0] = [3 V20 Ω+10 Ω] = 0.1 A，

R1两端的电压[U1]['] = I'R1 = 0.1 A × 20 Ω = 2 V。

即最大质量应标在电压表2 V的位置上。

答案：1 2 1 4 2

四、测量风力

例4 如图5，综合实践活动中，小乐决定制作可显示风力等级的简易风速仪，其工作原理如图甲所示。装有挡风板和滑片P的轻质滑块与轻质弹簧套在滑杆上，滑杆上的摩擦力忽略不计，弹簧左端固定，右端与滑块相连。挡风板的挡风面积为0.2 m2，均匀电阻丝长为50 cm，阻值为25 Ω，电源电压U恒为15 V，R0为保护电阻，电压表量程为0～15 V。弹簧弹力F的大小与弹簧长度改变量x成正比，如图乙所示。关于这个风速仪，下列说法正确的是（ ）。

A. 当所测风力越大时，电压表的示数越小

B. 电压表的示数可以从零变化到最大值

C. 电压表的示数变化量与弹簧长度改变量x成正比

D. 滑片P向左移动的过程中，电路的总电阻在减小

解析：闭合开关，保护电阻R0和电阻丝串联，电压表测量滑片右边两端的电压。

A. 当所测风力变大时，挡风板向左移动，与电压表并联的电阻变大，根据U = IR可知电压表的示数变大，故A错误；

B. 无风时，滑片P在电阻丝最右端，电压表示数为零，当所测风力变大时电压表的示数变大，所以电压表的示数可以从零变化到最大值，故B正确；

C. 由于电路中的电流不变，根据U = IR可知电压表的示数变化量与连入电路的电阻丝的电阻成正比，由于电阻丝的电阻与弹簧长度改变量x成正比，所以电压表的示数变化量与弹簧长度改变量x成正比，故C正确；

D. 由于电阻丝全部连入电路，滑片P向左移动的过程中，没有改变电阻丝连入电路的电阻，所以电路的总电阻不变，故D错误。

答案：BC

总结：设计电表改装时要在充分分析电路的基础上，通过电路的变化，思考电流和电压的变化情况，再根据题目要求选择合适的仪表来测量相应物理量。

（作者单位：沈阳市南昌初级中学）