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）

图31-2式中J为线圈的转动惯量。

图31-2

（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P24JD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）

图31-3（31-6）

图31-3

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可改变其阻尼状态，在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，仅有一次小量过冲，采用二级分压可精确调节。