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2025-01-09 发布于江苏
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灵敏电流计特性研究.docx

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灵敏电流计特性研究

【实验目的】

了解灵敏电流计的原理和构造；

测定灵敏电流计的内阻和电流计常数；

观察灵敏电流计的运动状态与外电阻的关系。

【实验原理】

一、灵敏电流计的构造：

灵敏电流计的构造如下图所示：

在极细并富有弹性的金属丝上面悬挂着小镜子MO和线圈C，当线圈通有电流时，线圈所受到的磁力矩M1和金属丝的扭力矩M2平衡时，线圈将偏转一个角度，有以下关系：

（1）

（2）

（3）

由以上三式可知：

（4）

对于小镜子MO在这个结构中发挥的作用：

做工时可以把α角做得很小，此时小镜子到读数尺的距离为L，可以有如下的近似关系：

（5）

由（5）式和（4）式消去角度可得如下结论：

（6）

上式中的K就是灵敏电流计的电流计常数，K的倒数S1称为电流计的灵敏度。而K和S1仅仅取决于电流计的各个结构参数。

并且注意到，当入射光线到达读数尺之前经过了多次反射，可以进一步提高电流计的灵敏度，这个时候的灵敏电流计称之为复射式灵敏电流计。它的灵敏度比通常的灵敏电流计更大。

二、灵敏电流计的阻尼特性：

灵敏电流计由于采用的是悬挂式的线圈结构，所以摩擦阻尼变得特别小，在读书的过程中，有时候会需要很长的时间停下来，所以需要注意灵敏电流计的阻尼特性。

在线圈运动的过程中，竖直的两边切割磁感线，产生感应电动势，这将会在回路情况下产生电磁阻尼。通过线圈的电流大小为：

（7）

所受到的电磁阻尼矩为：

（8）

由上式可见，电磁阻尼矩总是可外电阻有关的，因此，可以利用这一点在实际实验中让灵敏电流计指针迅速停下来。

可以发现，当外电阻为某个临界电阻值的时候，电磁阻尼矩在某个适当值，会使得指针迅速停下来（曲线Ⅲ）。如果阻尼矩稍大，线圈将缓慢的趋于平衡（曲线Ⅱ）；如果阻尼矩稍小，线圈将在平衡位置附近来回震荡（曲线Ⅰ）。如右图所示：

∴Rg=（38.4±0.05）Ω

阻值百分差E=13%灵敏度百分差E`=5%

（二）回归法（作图法）

数据表相同

得斜率b=RbIg

∴Rg=41.4Ω；K=3.22E-8A·mm-1

阻值百分差E=22%灵敏度百分差E`=5%

（三）替代法

R=35.0Ω百分差E=2.9%

（四）观察灵敏电流计运动状态与外电阻的关系

t(s)

R?∞

125

R=R临

0.92

R=4R临

2.66

R=0

可以发现，在R?∞和R=0时电流计指针归零所需时间远大于R?R临时。

【误差分析】

出现问题：可发现替代法（三）中的结果与标称值较为接近，而（一）、（二）中实验结果与标称值偏差较大。

可能原因：1、分析电路图可发现测量电阻时，前者包含了单刀双掷开关的电阻，后者不包括。在实验中，更换开关进行实验时，是有发现电流大小有较为明显的变化，猜测单刀双掷开关的电阻不可忽略。同时，实验中闭合电流计两断开关（短接电流计）时，电流计示数不为0，猜测部分导线老化，电阻同样不可忽略。所得内电阻包含了这两部分的电阻，所以使结果偏大。