探究电流表、电压表的电阻

探究电流表、电压表的电阻

江苏丰县广宇中英文学校 刘庆贺

　　一、提出问题：

　　电流表的使用说明上有这么一段文字：禁止不经过用电器，将电流表的两个接线柱直接连到电源的两极上，否则会烧坏电表，这是什么原因呢?

　　在使用电压表时，我们可以用电压表的两个接线柱直接连接电源两极(这样就可以测电压)，明显与电流表的使用不同，这又是什么原因?

　　二、猜想与假设：

　　这可能是因为电流表的电阻很小，而电压表的电阻很大。

　　三、制定计划与设计实验：

　　怎样探究电表的电阻呢?联想到课本在引入电阻概念时，是用图1所示电路在M、N两点之间，先后接入长度和粗细相同的锰铜线和镍铬线。观察电流表指针的偏转情况，可以发现，这两种导体对电流的阻碍作用不同。通过的电流较大时，说明这个导体对电流的阻碍作用较小，即电阻小。反之，说明导体的电阻大。

　　图1中，若用灯泡代替电流表，将待研究的电流表、电压表先后接入电路中的M、N间(图2)用灯泡亮度就可以反映电流表、电压表的电阻大小。考虑到电流表的电阻可能很小，用它与接入电路中的一段铜导线(铜导线电阻可以认为为0)进行比较，即在图2的M，N间先后接入导线和电流表，若灯泡亮度不变，说明电流表与铜导线的电阻差不多，可以认为为0。

　　四、进行实验与收集证据：

　　按图示进行实验，将观察结果填入表格中。

　　五、分析与论证：

　　图1中M、N两点间接入导线时灯泡较亮，换成电流表亮度不变，说明电流表的电阻相当于导线，电阻为0。换成电压表灯泡不亮，说明电压表电阻很大。

　　六、评估：

　　要知道通过灯泡或电阻的电流，我们可以把电流表串联接入电路中，如果电流表电阻较大，必然会使两次通过灯泡或电阻的电流有较大变化，使测量结果不能真实反映灯泡或电阻的工作情况。这从反面说明电流表的电阻必须很小，从而证实上述结论正确。

　　要用电压表测量用电器两端的工作电压，必须把电压表并联在用电器两端，若电压表电阻较小，必然会改变原来的电路结构，这也从反面说明电压表电阻极大。

　　上述实验过程也有一个明显缺陷，即通过灯泡亮度比较电流表与导线的电阻时，这种仅靠亮度变化做出不太可靠。建议改用如图3进行，这里电路中的电流表起到检测电流的作用，用电流是否变化及变化的情况反映待实验的电流表、电压表的电阻情况，这样较准确科学。

　　与图1实验一样，图2中的实验也是反映电流表、电压表电阻的大致情况，要想精确测量其电阻，可参照伏安法测电阻进行，但这里要对测量仪表的精度有更高要求。

　　在实验中，还发现一个有趣的现象，在把电压表接入图1中M、N之间时，(如图4)，除观察灯泡不亮外，还发现电压表指针有较大幅度偏转，指示值几乎等于电源电压。这又是为什么呢?

　　小灯泡断路，电流表无示数可以理解，但电压表为什么示数较大呢?实际的电压表是有电阻的，只不过电阻值较大(我们做实验用的电压表阻值选0～3V量程时约3 KΩ，选0～15V量程时约12 KΩ)。因为电压表与小灯泡并联，小灯泡断路以后，电流经过电压表仍可形成通路。此时电压表与滑动变阻器、电流表串联，因电流表电阻极小，滑动变阻器的阻值与电压表相比也可以忽略，所以电压表两端的电压近似等于电源电压。但电流表指针为什么不偏转呢?可以计算此时电路中的电流约为。若电流表选0～0.6A量程接入，则使电流表指针偏转1小格的电流应是0.02A。可以计算一下，上述电流能使电流表指针偏转的角度为：，即这个电流只能使电流表指针偏转1小格的1/40。由于偏转角度太小，我们看起来电流表无示数。