一种简单有效的测定表头内阻方法

一种简单有效的测定表头内阻方法（2镇江新区城乡建设局，江苏镇江 212013）
摘要：电表改装实验是大学物理实验中一个重要的基础实验，表头内阻的
测量是重要一环，教材中一般采用半偏法进行测量，需要多次测量，花费时间较长。

本论文介绍了一种快速、有效、准确度高的测量内阻方法，实验教学证明此
种方法简单有效，学生易于掌握。

关键词：电表改装；表头内阻；半偏法；替换法
1、引言
电表的改装与校准实验是大学物理电学实验中一个基础性实验，本实验是把
一个只允许通过很小电流的电流计表头，通过串联或者并联一个电阻，从而将其
改装成大量程的电压表或电流表。

此实验虽然原理简单，但由于其不但可以强化
学生分析、解决问题的能力，而且可以培养学生的创新能力。

因此，此实验是全
国高校各类理工科及医学专业学生必不可少的一个实验项目。

在此实验中，表头内阻的测量是重要一环，一般教材都是采用的传统的半偏
法[1-4]来测定表头的内阻，此种方法虽然原理简单，但由于受两个滑线变阻器及
电阻箱阻值三个仪器的影响，实际操作起来不容易。

本轮文采用替换法可以快速、有效、准确度高的测量表头内阻。

2、表头改装成电流表或者电压表
电表改装实验中，一般将表头改装为大量程电流表和大量程电压表两种。

[1]
2.1将表头改装为大量程电流表
为了扩大内阻为R g，量程为I g的表头G的量程，在表头G两侧并联一个分流电阻R s，从而使超过表头量程的电流从R s流过，表头G和分流电阻R s组成的整
体就是改装后的大量程电流表，实验中选用不同阻值的R s便得到不同量程的改装电流表。

实验电路图如图 1 所示。

图1 改装大量程电流表
实验图1中，当表头指针满偏时，通过整个改装电流表的电流即为改装电流表的总量程I，通过表头G的电流为I g，通过分流电阻R s的电流为I-I g，则有
（1）
在R g和I g已知的情况下，通过公式（1）计算就可以算出分流电阻R s。

将R s 与表头G并联，则表头G和R s并联的整体即为改装成量程为的电流表。

2.2将表头改装为大量程电流表
改装电压表的实验原理是在表头G上串联一个阻值较大的电阻R p来分压，使超过表头G电压量程的那部分电压V P落在分压电阻R p上。

表头G和R p组成的整体就是改装的量程为V的电压表。

根据实验要求选用不同阻值的R p可以得到不同量程的改装电压表。

实验电路图如图 2 所示。

图2 改装大量程电压表
实验图2中，当表头指针满偏时，通过整个改装电压表的电流为I g，对改装后量程为V的电压表，其实际电压为V g =I g R g，从而分压V p=V- V g，因此，对量程为V的电压表，分压电阻R p的电阻为
（2）
同理，在R g和I g已知的情况下，通过公式（2）计算就可以算出分压电阻R p。

将R p与表头G串联，则表头G和R p串联的整体即为改装成量程为V的电压表。

由以上可知，无论改装成大量程的电流表还是改装成大量程的电压表，都需
要先测出表头G的满偏电流I g和内阻R g，这两个值测量的准确与否，直接关系到分流电阻R s和分压电阻R p的计算，进而影响到改装后电表的精确度。

2.3表头满偏电流的测定
满偏电流的测定如图3所示，在断开K2的情况下，通过调节滑线变阻器R1
和R2，当表头G的的指针指到满偏位置时，标准微安表的读数即为表头G的满偏
电流I g。

2.4表头内阻的测定
对于内阻的测量一般教材采用的都是半偏法。

利用图3所示的电路图，在测
得G满偏值I g且滑线变阻器的滑动触头置于安全位置情况下，合上开关K2，调节滑线变阻器R1、R2及电阻箱R0的阻值，使被测表头指针偏转正好为满刻度的一半
I g/2，而同时标准微安表示值仍为原满偏I g。

此时电阻箱示值即为R g。

这里必须
满足上述两个条件，而内阻R g又是某一个特定值，这就要求调节滑线变阻器R1、
R2及电阻箱R0的阻值必须同时协调，三个中的任何一个发生变化，都会引起表头
和标准毫安表的读数变化，这就给调节带来一定的挑战和难度。

大部分同学在这
花费较长时间，为克服上述问题，本文提出采用替换法测量表头内阻。

替换法测表头内阻的实验原理图如图4所示，在断开K2合上开关K3的情况下，测出表头G满偏值I g，然后再断开K3合上开关K2，此时在其它各量都不变的情况下，改变电阻箱R0的阻值，当标准微安表示值再次达到满偏值I g时，电阻箱R0的阻值即为表头G的内阻R g。

相对于教材中的半偏法，替换法提供了更直观和简单的测量方式，使学生更容易理解和掌握。

学生能够快速适应替换法的操作步骤，并减少了因复杂调节过程而产生的困惑和错误。

半偏法需要进行多次测量和计算，因此需要较长的实验时间。

而采用替换法，只需进行一次测量，大大缩短了实验所需的时间。

学生反馈认为，这种高效的测量方法提高了实验的效率，使他们有更多时间进行实验的其它部分。

通过替换法进行测量，可以减少实验误差的可能性。

学生在实验中发现，使用替换法获得的内阻测量结果与预期值更加接近，与传统半偏法相比，误差较小。

结语
本论文立足于电表的改装与校准实验，提出了替换法测量表头内阻的方法，这种方法，不仅易于理解掌握，且可以快速有效的测出表头内阻。

参考文献
[1] 谢丽英. 用半偏法测电表的内阻[J]. 山西教育(教师教学);2008年08期.
[2] 余志卫;“半偏法”测量电表内阻的误差分析及改进[J];实验教学与仪器;2014年05期.
[3] 张亚强; 两种半偏法的比较和拓展[J];中学物理教学参考; 2020年18
期.
[4] 许伯强；大学物理实验[M];江苏大学出版,2020,123-125.
作者简介：张法玲，女，实验师，从事大学物理实验教学与研究。

[1]基金项目：2022年江苏大学课程思政教学改革研究课题. 基于生活中力学问题的《材料力学》课程思政教学策略(2022SZYB040)；2021年江苏省力学教育教学研究课题“大工程理念”引导下的力学专业多维度协同创新实践类教学改革”(2021jslxjy201)；教育部产学合作协同育人项目（220900457075358）。

作者简介：张法玲(1981—)，女，实验师。