(浙江省義烏市第二中學(xué)，浙江　義烏　322000)

通常情況下，電流表用來(lái)測(cè)量電路中電流，電壓表用來(lái)測(cè)量負(fù)載電阻兩端電壓等。但在某些特定條件下，電流表可“反串”電壓表的作用，電壓表也可“反串”電流表的作用，本文就此問(wèn)題通過(guò)實(shí)例進(jìn)行分析和討論。

1　電流表“反串”電壓表

電流表的內(nèi)阻比較小，允許加在它兩端的電壓較小。若被測(cè)電阻兩端的電壓較小，當(dāng)把電流表并聯(lián)在它兩端時(shí)，通過(guò)電流表的電流沒(méi)有超過(guò)量程，則電流表兩端的電壓即為被測(cè)電阻兩端的電壓。即：U測(cè)=U電流表=I電流表r電流表。采用這種方法的條件是由于電流表的接入給電路帶來(lái)的變化不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

例1(2002年全國(guó)高考卷)：從如下選項(xiàng)中選出適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)一電路來(lái)測(cè)量電流表A1的電阻r1。要求方法簡(jiǎn)捷，有盡可能高的測(cè)量精度，并能測(cè)得多組數(shù)據(jù)。

A. 電流表A1，量程10mA，內(nèi)阻r1待測(cè)(約40Ω)

B. 電流表A2，量程500μA，內(nèi)阻r2=750Ω

C. 電壓表V，量程10V，內(nèi)阻r3=10KΩ

D. 電阻R1，阻值約100Ω，作保護(hù)電阻用

E. 滑動(dòng)變阻器R2，總阻值約50Ω

F. 電源E，電動(dòng)勢(shì)1.5V，內(nèi)阻很小

G. 開(kāi)關(guān)S

H. 導(dǎo)線若干

所以，只要控制電流表A1兩端的電壓，使得通過(guò)電流表A2的電流不超過(guò)500μA，就能獲得較理想的測(cè)量結(jié)果。

由于滑動(dòng)變阻器最大阻值與電流表A1的內(nèi)阻r1較接近，且實(shí)驗(yàn)要求多測(cè)幾組數(shù)據(jù)，則滑動(dòng)變阻器應(yīng)接成分壓電路。這樣，就可以設(shè)計(jì)出如圖1所示的實(shí)驗(yàn)電路。

圖1

2　電壓表“反串”電流表

例2(2004年全國(guó)高考卷)：用以下器材測(cè)量一待測(cè)電阻Rx的阻值(900～1000Ω)：

電源E，具有一定內(nèi)阻，電動(dòng)勢(shì)約為9.0V；

電壓表V1，量程為1.5V，內(nèi)阻r1=750Ω；

電壓表V2，量程為5V，內(nèi)阻r2=2500Ω；

滑線變阻器R，最大阻值約為100Ω；

單刀單擲開(kāi)關(guān)K，導(dǎo)線若干。

(2) 根據(jù)你所畫(huà)的電路原理圖在題給的實(shí)物圖上畫(huà)出連線。

(3) 若電壓表V1的讀數(shù)用U1表示，電壓表V2的讀數(shù)用U2表示，則由已知量和測(cè)得量表示Rx的公式為Rx=_________。

解析：由于提供的實(shí)驗(yàn)器材中沒(méi)有電流表，要測(cè)量被測(cè)電阻Rx的阻值，則需要測(cè)出通過(guò)被測(cè)電阻Rx的電流，為此，兩個(gè)電壓表中有一個(gè)要“反串”電流表。

圖2

圖3

圖4

圖5

圖6

① 如圖7所示，采用“電流表”內(nèi)接法時(shí)，加在電壓表V1兩端的電壓U1=I2(Rx+r2)=6.67×10-4×(2500+900)V=2.3V。電壓表V1的讀數(shù)已超過(guò)量程，因此，這種連接方式不可取。

圖7

圖8

圖9

圖10

3　電流表和電壓表互相“反串”

電流表可以測(cè)電壓，電壓表也可以測(cè)電流。因此，在實(shí)驗(yàn)條件允許的情況下，兩者的角色可以互換，即電流表可以充當(dāng)電壓表的功能，電壓表可以充當(dāng)電流表的功能。

例3：2010年廣州亞運(yùn)盛會(huì)堪稱是LED綠色照明技術(shù)、節(jié)能照明產(chǎn)品得到全面應(yīng)用的照明科技博覽會(huì)。無(wú)論是海心沙、廣州塔、廣州中軸線城市景觀照明等重點(diǎn)工程項(xiàng)目，還是亞運(yùn)城、大學(xué)城等數(shù)十個(gè)場(chǎng)館和設(shè)施，處處都閃耀著國(guó)產(chǎn)LED綠色照明、節(jié)能照明產(chǎn)品的光芒。某實(shí)驗(yàn)小組要精確測(cè)定額定電壓為3V的LED燈正常工作時(shí)的電阻，已知該燈正常工作時(shí)電阻大約500Ω左右，電學(xué)符號(hào)與小燈泡電學(xué)符號(hào)相同。

實(shí)驗(yàn)室提供的器材有：

電流表A1(量程為0至50mA，內(nèi)阻RA1約為3Ω)；

電流表A2(量程為0至3mA，內(nèi)阻RA2=15Ω)；

定值電阻R1=697Ω；

定值電阻R2=1985Ω；

滑動(dòng)變阻器R(0至20Ω)一只；

電壓表V(量程為0至12V，內(nèi)阻RV=1kΩ)；

蓄電池E(電動(dòng)勢(shì)為12V，內(nèi)阻很小)；

電鍵S一只。

(1) 畫(huà)出應(yīng)采用的實(shí)驗(yàn)電路圖；

(2) 寫(xiě)出測(cè)量LED燈正常工作時(shí)的電阻表達(dá)式Rx=_________。

解析：由于電表的量程限制，導(dǎo)致電流表不能直接測(cè)量通過(guò)被測(cè)電阻的電流，電壓表不能直接測(cè)量被測(cè)電阻兩端的電壓，需要互換角色。

圖11

從以上計(jì)算結(jié)果看出，電流表可以充當(dāng)電壓表的作用，電壓表可以充當(dāng)電流表的作用。由于滑動(dòng)變阻器總阻值比待測(cè)電阻阻值小很多，它的限流作用不明顯，故控制電路應(yīng)采用分壓式接法。結(jié)合以上分析，可設(shè)計(jì)出精確測(cè)定額定電壓為3V的LED燈正常工作時(shí)的電阻的電路(如圖11)。

總之，我們要熟練把握電表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，學(xué)會(huì)正確、靈活應(yīng)用電表進(jìn)行相關(guān)的測(cè)量，掌握科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法，從而提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰途C合分析能力。