1、灵敏电流计的研究灵敏电流计的研究灵敏电流计的研究灵敏电流计的研究灵敏电流计的研究灵敏电流计的研究物理实验中心物理实验中心实实 验验 目目 的的了解灵敏电流计的构造及工作原理。了解灵敏电流计的构造及工作原理。掌握测定灵敏电流计的分度值、临界外掌握测定灵敏电流计的分度值、临界外电阻和内阻的方法。电阻和内阻的方法。观察灵敏电流计处于过阻尼、欠阻尼及观察灵敏电流计处于过阻尼、欠阻尼及临界阻尼时光标的三种运动状态，学会临界阻尼时光标的三种运动状态，学会正确使用灵敏电流计。正确使用灵敏电流计。实实 验验 原原 理理灵敏电流计构造灵敏电流计构造灵敏电流计的读数灵敏电流计的读数线圈运动的阻尼特性线圈运动的阻尼
2、特性灵敏电流计的内阻、分度值、外临界电灵敏电流计的内阻、分度值、外临界电阻的测量方法阻的测量方法一、灵敏电流计的构造一、灵敏电流计的构造偏转部分读数部分磁场部分读数部分：由光源、小镜和标尺组成，小镜固定在读数部分：由光源、小镜和标尺组成，小镜固定在线圈上线圈上,随线圈一起转动，把从光源射来的光反射到随线圈一起转动，把从光源射来的光反射到标尺上形成一个光点，当线圈转过一个很小的角度标尺上形成一个光点，当线圈转过一个很小的角度时，反射光点有明显的移动。采用光点偏转法，可时，反射光点有明显的移动。采用光点偏转法，可大大提高了灵敏度。大大提高了灵敏度。二、灵敏电流计的读数二、灵敏电流计的读数 当有电流
3、当有电流Ig通过灵敏电流计的线通过灵敏电流计的线圈时，线圈受到电磁力矩作用偏转，圈时，线圈受到电磁力矩作用偏转，当电磁力矩当电磁力矩= =张丝的扭转反力矩时，张丝的扭转反力矩时，线圈停止在某一位置，转过线圈停止在某一位置，转过角，角， 与与Ig成正比。成正比。小镜也转过小镜也转过角，因而角，因而反射光线相对平衡位置就转过了反射光线相对平衡位置就转过了2 2角。此时角。此时,光点在标尺上移动一段距光点在标尺上移动一段距离离n,n,n n与与成正比，因此，成正比，因此，n 也就与电流也就与电流 IgIg 成正比，可见，由光点成正比，可见，由光点的移动距离的移动距离n可测出电流的大小。可测出电流的大
4、小。2 lnnkIg015152lk比例常数，称为电流计常数，比例常数，称为电流计常数，单位：单位：A/mm。iSk1Si电流计灵敏度。电流计灵敏度。三、线圈运动的阻尼特性三、线圈运动的阻尼特性 从电磁感应定律知道，线圈在磁场中运动时从电磁感应定律知道，线圈在磁场中运动时要产生感应电动势。检流计工作时，总是由它要产生感应电动势。检流计工作时，总是由它的内阻的内阻Rg与外电路上总电阻与外电路上总电阻R外外 构成一个回路，构成一个回路，因而线圈有感应电流通过。这个电流与磁场相因而线圈有感应电流通过。这个电流与磁场相互作用互作用, 会产生阻止线圈运动的电磁阻尼力矩会产生阻止线圈运动的电磁阻尼力矩M，
5、 M的大小与回路总电阻成反比，即：的大小与回路总电阻成反比，即：外RRMg1临界阻尼振动状态 过阻尼振动状态 欠阻尼振动状态 当当R外外 较大时，较大时，M较小，线圈作振幅逐渐衰减的振动，需经较较小，线圈作振幅逐渐衰减的振动，需经较长的时间才停止在新的平衡位置；欠阻尼振动状态长的时间才停止在新的平衡位置；欠阻尼振动状态当当R R外外 较小时，较小时，M较大，线圈缓慢地趋向新的平衡位置，而不较大，线圈缓慢地趋向新的平衡位置，而不会越过平衡位置；过阻尼振动状态会越过平衡位置；过阻尼振动状态当当R外外适当时，线圈能很快达到平衡位置而不发生振动。适当时，线圈能很快达到平衡位置而不发生振动。 临界阻尼振
6、动状态临界阻尼振动状态外RRMg1 考虑线圈从平衡位置回到零点的过程，我们可以在考虑线圈从平衡位置回到零点的过程，我们可以在检流计两端并联一个电键检流计两端并联一个电键K，如下图所示：当，如下图所示：当K K合上时，合上时，R R外外0 0，电磁阻尼很大，线圈立即停止运动，如断开，电磁阻尼很大，线圈立即停止运动，如断开接外电路 从上述三种线圈运动状态可知，检流计工作于临从上述三种线圈运动状态可知，检流计工作于临界状态时，线圈到达平衡位置所需要的时间最短，最界状态时，线圈到达平衡位置所需要的时间最短，最便于测量。因此，在实际工作中，必须考虑使检流计便于测量。因此，在实际工作中，必须考虑使检流计工
7、作或接近工作在临界状态。工作或接近工作在临界状态。 电路，在光点返回零点时电路，在光点返回零点时按下按下K K，线圈就会立即停在，线圈就会立即停在零点这就节约测量时间。零点这就节约测量时间。K K称为阻尼电键。称为阻尼电键。 GK四、灵敏电流计外临界电阻四、灵敏电流计外临界电阻、分度值分度值K K 、内阻、内阻R Rg g的测量的测量实实 验验 线线 路路 图图 （电阻箱）（电阻箱）K1RR3R2E VK2R1K3ABC（1） （20k） AC15/6灵敏电流计灵敏电流计换换 开开向向 关关VIRRIIIIRIIRRggg21111130)(121213/ )(RRRRRRRVIggDgRRR
8、RRRRR121213/ )(DgRVIdIKgDdRVK 1测量电流常数（分度值）测量电流常数（分度值）K解上述方程组得解上述方程组得在上式中，令在上式中，令则则 由分度值定义由分度值定义 由电路分析得：由电路分析得：ddIImggm123312/3/3/)()(/)()(RRRRRRRRRRRRRRIIddgmgmggggmm13/32RRRRmg2测量内阻测量内阻Rg采用半偏法测量内阻，电路图中，第一分压保持恒定，采用半偏法测量内阻，电路图中，第一分压保持恒定，R1和和R2固定，通过调节电阻箱固定，通过调节电阻箱R3的值改变光标的位置。的值改变光标的位置。其中，分别为光标偏转其中，分别为
9、光标偏转dm和和d时，电流计通过的电流值。时，电流计通过的电流值。由于第一分压保持恒定，则有由于第一分压保持恒定，则有上式中，上式中，R3m和和R3分别为光标偏转分别为光标偏转dm和和d时时,电阻电阻R3的取值。的取值。实验中，令实验中，令dm=2d，并记下相应的，并记下相应的R3m和和R3，则可计算出，则可计算出Rg。由于在实验中，由于在实验中，R2R1，有，有实实 验验 内内 容容1.观察灵敏电流计的阻尼特性并测出外临界电阻观察灵敏电流计的阻尼特性并测出外临界电阻R临临2. 测量灵敏电流计的分度值（电流常数）测量灵敏电流计的分度值（电流常数）K3.测量电流计的内阻测量电流计的内阻Rgggg
10、RRRdKRVDbKRDbdV DRbK 令令则则根据最小二乘法求出斜率b结果表示结果表示2222)()2()(133RRRRmg33RASntR）参见课本3233P)(1(005. 0%1 . 0NRRBBARRR333的计算同上mR3忽略不计1R具体实验步骤及数据纪录要求见讲义具体实验步骤及数据纪录要求见讲义P100-P101n=0AC15/6AC15/6型检流计型检流计分流器接线柱零点调节电源注注 意意 事事 项项1.1. 采用回路法连接实验电路，电流计接采用回路法连接实验电路，电流计接“”和和“1”1”接线柱。根据接线柱的选择读出铭牌上各接线柱。根据接线柱的选择读出铭牌上各参数的参考值
11、。（注意读取钢印数字）参数的参考值。（注意读取钢印数字）2.2.根据实验内容调整电流计的分流器档位，观察阻根据实验内容调整电流计的分流器档位，观察阻尼特性用尼特性用“直接直接”档，测量档，测量K K和和RgRg用用“1”1”档，档，换档需重新调零，使用结束或移动电流计时应换档需重新调零，使用结束或移动电流计时应放放“短路短路”档。档。3.3.在测量在测量K K和和RgRg时电路中时电路中R R3 3取取RcRc，这样可使电流计的，这样可使电流计的光标处在临界阻尼振荡状态，方便读数。光标处在临界阻尼振荡状态，方便读数。4.4.双刀换向开关可改变通过灵敏电流计的电流向，双刀换向开关可改变通过灵敏电
12、流计的电流向， 实现光标左右偏转的变换。实现光标左右偏转的变换。5.因电流计不能通过较大电流，因此，采用两次分压电路，因电流计不能通过较大电流，因此，采用两次分压电路，注意电源输出电压不要大于注意电源输出电压不要大于6v。第一次分压利用划线变阻。第一次分压利用划线变阻器，接线时注意区分固定端和划线端。电路中器，接线时注意区分固定端和划线端。电路中R1 1 和和R220K 比值悬殊注意不要接反，否则通过电流计电流将太比值悬殊注意不要接反，否则通过电流计电流将太大大。7. 半偏法测内阻时要求保持第一分压不变，调节划线变阻器半偏法测内阻时要求保持第一分压不变，调节划线变阻器使光标偏转使光标偏转25格后，通过调节电阻箱格后，通过调节电阻箱R3的值使光标偏转的值使光标偏转50格。（注意不能再调划线变阻器，否则第一分压将变化）格。（注意不能再调划线变阻器，否则第一分压将变化）8.电流计不能受震动。电流计不能受震动。6.电压表的量程选电压表的量程选3v，注意此时电压表的最小分度值，及，注意此时电压表的最小分度值，及相应读数的有效位数。相应读数的有效位数。
