大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報告系列之靈敏電流計內(nèi)阻和靈敏度的測定

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報告【實(shí)驗(yàn)名稱】靈敏電流計內(nèi)阻和靈敏度的測定【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?．了解靈敏電流計的結(jié)構(gòu)及工作原理。2．觀察靈敏電流計在欠阻尼、過阻尼及臨界阻尼條件下的三種運(yùn)動狀態(tài)。3．掌握測定靈敏電流計內(nèi)阻和靈敏度的方法?！緦?shí)驗(yàn)儀器】靈敏電流計、直流穩(wěn)壓電源、直流電壓表、標(biāo)準(zhǔn)電阻、直流電阻箱、停表、單雙刀開關(guān)?！緦?shí)驗(yàn)原理】1．靈敏電流計的工作原理當(dāng)線圈中通有電流IS時，由于氣隙磁場的作用而產(chǎn)生的電磁力矩推動線圈偏轉(zhuǎn)。線圈在偏轉(zhuǎn)過程中，支承它的張絲發(fā)生扭曲變形，同時產(chǎn)生與電磁力矩方向相反的彈性回復(fù)力矩，該力矩與線圈偏轉(zhuǎn)角成正比。當(dāng)這兩個力矩大小相等時，線圈不再偏轉(zhuǎn)而處于平衡位置a0，此時有：NSBIg=D0（31-1）式中N為線圈的匝數(shù)，S為線圈的面積，B為線圈所在氣隙處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，D為張絲的扭轉(zhuǎn)系數(shù)。變換式（31-1）可得：（31-2）其中，定義為電流計的電流靈敏度，其倒數(shù)稱為電流計常量，該值通常標(biāo)明在電流計銘牌上，單位為A/mm。這樣，電磁阻尼力矩為，其中稱為阻力系數(shù)，線圈的偏轉(zhuǎn)過程可用下式表示為（31-3）圖31-2式中J為線圈的轉(zhuǎn)動慣量。圖31-2（1）當(dāng)時，稱為欠阻尼狀態(tài)。P2/（4JD）越小r阻尼振蕩越明顯。當(dāng)P=0時，可分別得其自由振蕩頻率和周期。（2）當(dāng)P2>4JD時，過阻尼狀態(tài)。當(dāng)R外=0時，P最大，也即阻尼最強(qiáng)。在實(shí)際測量中，我們常利用電流計的這一特點(diǎn)。（3）當(dāng)P2=4JD時，稱為臨界阻尼狀態(tài)，相應(yīng)的R外稱為外臨界阻尼電阻。如果R外的取值不能滿足上述要求，可考慮在電流上串聯(lián)或并聯(lián)電阻來實(shí)現(xiàn)。2、靈敏電流計的內(nèi)阻和電流靈敏度的測定由圖31-3可知，標(biāo)準(zhǔn)電阻Rs兩端的電壓Us為：（31-4）或：（31-5）圖31-3（31-6）圖31-3其中，Is和Ig分別為流過Rs和電流計的電流，V是電壓表的示值。考慮到Rs的值相對R1很小，所以式（31-6）可近似為：（31-7）比較（31-5）、（31-7）兩式后，將式（31-2）代入得：（31-8）或?qū)懗桑海?1-9）其中，。在保持Rs、V和a0不變的條件下，通過改變R1的值來獲取相應(yīng)的R2的值。由測得的若干組數(shù)據(jù)，根據(jù)最小二乘法定出a、b后，即可分別得到內(nèi)阻Rg和電流靈敏度Si?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】1．觀察靈敏電流計的三種運(yùn)動狀態(tài)（1）按圖聯(lián)接電路，分流器旋鈕置“直接”。（2）從大到小取若干個不同的R2值，調(diào)節(jié)R0、R1，使光標(biāo)滿刻度，然后斷開K0，用秒表記錄光標(biāo)回零時間，觀察不同的時光標(biāo)的運(yùn)動狀態(tài)。2．測定靈敏電流計內(nèi)阻和靈敏度（Rg、Si）（1）調(diào)節(jié)R0，使電壓表示數(shù)為0.5伏，R1取定值為90000歐姆，調(diào)節(jié)R2，使光標(biāo)偏轉(zhuǎn)為50分格，記錄R2的值R2′，隨后電壓每增加0.25伏，記錄光標(biāo)偏轉(zhuǎn)為50分格時相應(yīng)的R2值，測到2.00伏為止。（2）將K1換向，重復(fù)以上步驟，記錄相應(yīng)的R2值R2″，求（將所測數(shù)椐填表）。（3）用最小二乘法或作圖法求解a和b,繼而求出Rg、Si?！緮?shù)據(jù)表格與數(shù)據(jù)記錄】項(xiàng)目12345673.0031.0057.8882.80110.00138.00165.000.50.7511.251.51.752165.00136.00109.381.955.428.21.421.751.51.2510.750.5計算出由題意可知代入數(shù)據(jù)得如表格中所示數(shù)據(jù)作出的圖像：由最小二乘法的圖像易知a為截距，b為斜率。又圖像知：由得：由已知由上面的公式得：【小結(jié)與討論】1.實(shí)驗(yàn)觀察了靈敏電流計的三種運(yùn)動狀態(tài)。2.由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用作圖法得到了截距與斜率，從而計算出了靈敏電流計的內(nèi)阻和靈敏度。小結(jié)：電流計的線圈及懸絲很精細(xì)，應(yīng)注意保護(hù)，不容許過重的振動和扭轉(zhuǎn)。不要隨意搬動電表，非搬不可時，必須使電流計短路，輕拿輕放。實(shí)驗(yàn)過程中，電路調(diào)節(jié)應(yīng)仔細(xì)進(jìn)行，不要是光標(biāo)偏轉(zhuǎn)超過標(biāo)尺。電流計擱置不用時，應(yīng)將其短路，