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大学物理实验报告系列之灵敏电流计内阻和灵敏度的测定.doc
【实验名称】 灵敏电流计内阻和灵敏度的测定
【实验目的】
1.了解灵敏电流计的结构及工作原理。
2.观察灵敏电流计在欠阻尼、过阻尼及临界阻尼条件下的三种运动状态。
3.掌握测定灵敏电流计内阻和灵敏度的方法。
【实验仪器】
灵敏电流计、直流稳压电源、直流电压表、标准电阻、直流电阻箱、停表、单双刀开关。
【实验原理】
1.灵敏电流计的工作原理
当线圈中通有电流IS时,由于气隙磁场的作用而产生的电磁力矩推动线圈偏转。线圈在偏转过程中,支承它的张丝发生扭曲变形,同时产生与电磁力矩方向相反的弹性回复力矩,该力矩与线圈偏转角成正比。当这两个力矩大小相等时,线圈不再偏转而处于平衡位置a0,此时有:
NSBIg = D(0 (31-1)
式中N为线圈的匝数,S为线圈的面积,B为线圈所在气隙处的磁感应强度,D为张丝的扭转系数。变换式(31-1)可得:
(31-2)
其中,定义为电流计的电流灵敏度,其倒数称为电流计常量,该值通常标明在电流计铭牌上,单位为A/mm。
这样,电磁阻尼力矩为,其中称为阻力系数,线圈的偏转过程可用下式表示为
(31-3)
式中J为线圈的转动惯量。
(1)当时,称为欠阻尼状态。P2/(4JD)越小r阻尼振荡越明显。当P = 0时,可分别得其自由振荡频率和周期。
(2)当P2 4JD时,过阻尼状态。当R外 = 0时,P最大,也即阻尼最强。在实际测量中,我们常利用电流计的这一特点。
(3)当P2 = 4JD时,称为临界阻尼状态,相应的R外称为外临界阻尼电阻。如果R外的取值不能满足上述要求,可考虑在电流上串联或并联电阻来实现。
2、灵敏电流计的内阻和电流灵敏度的测定
由图31-3可知,标准电阻Rs两端的电压Us为:
(31-4)
或:
(31-5)
(31-6)
其中,Is和Ig分别为流过Rs和电流计的电流,V是电压表的示值。考虑到Rs的值相对R1很小,所以式(31-6)可近似为:
(31-7)
比较(31-5)、(31-7)两式后,将式(31-2)代入得:
(31-8)
或写成:
(31-9)
其中,。在保持Rs、V和a0不变的条件下,通过改变R1的值来获取相应的R2的值。由测得的若干组数据,根据最小二乘法定出a、b后,即可分别得到内阻Rg和电流灵敏度Si。
【实验内容】
1.观察灵敏电流计的三种运动状态
(1)按图联接电路,分流器旋钮置“直接”。
(2)从大到小取若干个不同的 R2 值,调节R0 、R1 ,使光标满刻度,然后断开K0,用秒表记录光标回零时间,观察不同的 时光标的运动状态。
2.测定灵敏电流计内阻和灵敏度(Rg、Si)
(1)调节R0,使电压表示数为0.5 伏,R1取 定值为90000欧姆,调节R2,使光标偏转为50分格,记录R2 的值R2′,随后电压每增加0.25伏,记录光标偏转为50分格时相应的R2 值,测到2.00伏为止。
(2)将K1 换向,重复以上步骤,记录相应的R2 值R2″ ,求 (将所测数椐填表)。
(3)用最小二乘法或作图法求解 a 和 b, 继而求出Rg、Si 。
【数据表格与数据记录】
项目 1 2 3 4 5 6 7 3.00 31.00 57.88 82.80 110.00 138.00 165.00 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 165.00 136.00 109.3 81.9 55.4 28.2 1.4 2 1.75 1.5 1.25 1 0.75 0.5
计算出
由题意可知代入数据得如表格中所示数据作出的图像:
由最小二乘法的图像易知a为截距,b为斜率。
又图像知:
由得:
由已知 由上面的公式得:
【小结与讨论】
1.实验观察了灵敏电流计的三种运动状态。
2.由实验数据,采用作图法得到了截距与斜率,从而计算出了灵敏电流计的内阻和灵敏度。
小结:电流计的线圈及悬丝很精细,应注意保护,不容许过重的振动和扭转。不要随意搬动电表,非搬不可时,必须使电流计短路,轻拿轻放。实验过程中,电路调节应仔细进行,不要是光标偏转超过标尺。电流计搁置不用时,应将其短路,是为了产生阻尼力矩,避免在移动电流计时动圈的摆动改变灵敏电流计环路的电阻值临界阻尼状态下工作最方便,即电流计不迟钝,不反复的摆动,
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