灵敏电流计的研究

灵敏电流计也叫直流检流计或检流计，是一种精确的磁电式仪表。它和其它磁电式仪表一样，都是根据载流线圈在磁场中受力矩作用而偏转的原理制成的，只是在结构上有些不同。普通电表中的线圈安装在轴承上，用弹簧游丝来维持平衡，用指针来指示偏转。而灵敏电流计则是用极细的金属悬丝代替轴承，且将线圈悬挂在磁场中，由于悬丝细而长，反抗力矩很小，所以当有极弱的电流流过线圈时，就会使它明显的偏转。因而它比一般的电流表要灵敏得多，可以测量10-6～10-11A范围的微弱电流和10-3～10-6V范围的微小电压，如光电流、物理电流、温差电动势等；电流计的另一种用途是平衡指零，即根据流过电流计的电流是否为零来判断电路是否平衡。

实验目的

1.了解灵敏电流计的结构和工作原理；

2.了解灵敏电流计的三种运动状态；

3.测定灵敏电流计的临界电阻，电流常数和内阻。

实验原理

1、灵敏电流计的构造

其结构主要分三部分：

磁场部分： 有永久磁铁和圆形软铁

芯。永久磁铁产生磁场，圆柱形软铁芯使

磁铁极隙间磁场呈均匀径向分布，并增加

磁极和软铁之间空隙中的磁场。

偏转部分： 可在磁场中转动的线圈，它的

上下用金属张丝张紧，张丝同时作为线圈

两端的电流引线。由于用张丝代替了普通

电表的转轴和轴承，避免了机械摩擦，电流计的灵敏度得以提高。

1

读数部分： 有光源、小镜和标尺。小镜固定在线圈上，随线圈一起转动。它把从光源射来的光反射到标尺上形成一个光点，此部分相当于指针式电表中很长的指针。但是指针太长，线圈的转动惯量增大，灵敏度将下降。为了克服这样的缺点，采用光点偏转法，可使灵敏度进一步大幅度地提高。

有的灵敏电流计常采用多次反射式，使标尺远离电流计的小镜，ACl5型检流计就是此种灵敏电流计。

2、灵敏电流计的读数

当有电流通过灵敏电流计的线圈时，线圈受到电磁力矩作用而偏转。当电磁力矩与张丝的扭转反力矩相等时，线圈就停止在某一位置上，随之标尺上的光标将固定在一定的位置（例如在标尺的刻度d上）起一条“光线指针”的作用．而且，电流Ig与光标的位移d成正比，即

Ig?Ki?d （1）

式中比例常数Ki称为电流计常数；单位是A／mm，在数值上等于光点移动一个毫米所对应的电

流。

3、线圈运动的阻尼特性

当外加电流通过灵敏电流计或断去外电流使线圈发生转动时，由于线圈具有转动惯量和转动动能，它不可能一下子就停止在平衡位置上，而是要越过平衡位置在其附近摆动一段时间才能稳定，摆动时间的长短直接影响测量的速度。为此有必要了解影响线圈运动状态的各种因素。

2

灵敏电流计工作时，总是由它的内阻Rg与外电路电阻R外构成闭合回路（电流计回路除Rg外

的总电阻），控制R外的大小，就可控制电磁阻尼力矩M的大小，从而控制线圈的运动状态。

欠阻尼状态 2 过阻尼状态 3 临界阻尼状态

图4 （接通电流时 （断开电流时

⑴ 欠阻尼状态：当R外较大时，感应电流较小，电磁阻力矩M较小，线圈偏离平衡位置后就会在平衡位置附近来回振动，振幅逐渐衰减，经过较长时间才能停在平衡位置。R外越大，M越小，线圈振动次数越多，回到平衡位置所需的时间就越长。

⑵ 过阻尼状态：当R外较小时，感应电流较大，电磁阻力矩M较大，线圈偏离平衡位置后会缓慢地回到平衡位置，但不会越过平衡位置。

利用此特性，将一个电键与电流计并联，当电流计光标运动到平衡位置附近时，将电键按下，电流计光标即可迅速停在平衡位置，这样方便了我们的调节。这个电键叫阻尼电键。灵敏电流计面板上的“短路”档，就是这样的阻尼电键装置。

⑶ 临界阻尼：当R外适当时，线圈偏离平衡位置后能快速的正好回到平衡位置而又不发生振动，临界阻尼状态的外电阻称为电流计的临界阻尼电阻Rc。

显然，电流计工作在临界状态时，最有利于观察和读数。

4、 灵敏电流计面版图

其使用方法和注意事项分述如下：

⑴ 待测电流由面板左下角标有“+”和“-”的

两个接线柱接入，一般可以不考虑正负。

（2

）实验时，先接通AC220V电源，看到光标后将分

流器旋钮从“短路”档转到“×1” 档，看光标是否

3

指“0”，若光标不指“0”，应使用零点调节器和标尺活动调零器把光标调到“0”点。若找不到光标，先检查仪器的小灯泡是否发光，若小灯泡是亮的，轻拍检流计，观察光标偏在哪边，若偏在左边，逆时针旋转零点调节器；若偏在右边，则顺时针旋转零点调节器，使光标露出并调整到零。

（3） ×0.1，×0.01档：检流计分流器的主要作用是改变测量的灵敏度，它通过分流电阻改变可测电流的范围，即改变了灵敏度。

(4)当实验结束时必须将分流器置于“短路”档，以防止线圈或悬丝受到机械振动而损坏。

5、装置介绍

实验电路示于图6。电源E经两次分压后，在一个小电阻R。上得到微弱电压V。。通过电流计的电流为Ig，其中Rg为电流计的内阻。当R2?R0时，可得Ig的表达式为（V为电压表

读数）： Ig?VR0(R2?Rg)(R1?R0) （2）

图6 实验电路图

实验内容

（一）观察欠阻尼运动

1．开关K1、K2预先断开，按图6联接电路，电路中的小电阻 RO=0.1欧，R2的值先取为外

临界电阻RC（由仪器铭牌上读取）的4—5倍。R1=99999.9欧,E=1.5V。并调节R使电压表读数

为零，请老师检查电路后方可接通电源。

2．电流计应水平放置，使电流计内悬丝垂直，以保证转动时不会与旁边的磁极和柱形软铁发生摩擦和相碰。调整光标与标尺的零点重合。

3．接通开关K1，再接通开关K2。调节R以缓慢增大电压表读数，同时观察光标的移动，

直至大约偏到40mm。断开K2；观察光标的运动，记录R2及光标振动的最大振幅。反向接通K2，重复前述观察。改变R2，重复前述观察。

4

（＝）测定外临界电阻RC

将电压表读数调到零，调小R2，同时每次都调节R，使光标约位于40mm，断开K2，观察振动情况（限于标尺的一边），直至R2减小到刚能使光标不发生振动，即光标很快地回到零点又恰好不能超过零点时的临界阻尼状态。记录此时的R2，得外临界阻尼电阻RC= R2十R0。

由测得的RC及Rg计算电流计的全临界电阻RW=RC+Rg。（使用电流计时，如果情况许可，调节外电路的电阻使全临界电阻提高到1.1 Rc）。

（三）用半值法测定电流计的内阻Rg。

1．调节电压表读数至零值，R2调到零，断开K2，静等约3分钟后，记录电流计的零点读数d0；闭合K2，再缓慢增大电压表指示值，使电流计的光标偏转40mm左右，静等约3分钟后，记录电流计的读数d；?d?d?d0即表示R2=0时通过电流计的电流。

2．保持其他不变，只增大R2，直至增大到能使电流减小到原电流的一半，即?d／2。记录此时的R2的值，即电流计的内阻Rg。

'

必须指出，只有在(R2?Rg)?R0以及通过电流计的电流变化（由d。→d。/2）对v。的恒定值影响甚小时，所测得的Rg才足够正确（这样，R1是大点还是小点好？）。

（四）测定电流计的电流常数Ki

1．将R1调到外临界电阻RC的数值。调大电压表的读数，使电流计的光标偏到满刻度的2/3（或附近一个整数）。记下此时的电压表读数V以及R1、R0和光标的偏转d1（对于零点在标尺中央的电流计，为消除悬丝左、右扭转时的不对称，需要将双向转换开关K2反向，再读出光标在零点另一侧的偏转d2，然后求偏转的平均值 ）。

2．由式(2）算出Ig，再由式(1）计算Ki（式中d可用dl或d2的平均值），其中Ig及d的单位分别用安及毫米。

注意事项

1．电流表的线圈及悬丝很精细，应注意保护，不容许过重的振动和过分的扭转。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。发现光标不动或偏离正常零点过大时，应请教师指导解决。

2 实验过程中，电路调节应仔细进行，不要使光标偏转超过标尺。 3．搁置不用时，应将电流计短路。

表1 测量临界电阻

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Rc表2 测定电流计的内阻Rg

R2=0时 d0= mm d= mm ?d?d?d0= mm

思考题：

1. 提高灵敏电流计灵敏度的两种主要方法是什么？它和普通电表的结构有何区别？ 2. 如何改变灵敏电流计的阻尼状态？灵敏电流计在什么阻尼状态下工作最方便？ 3. 为什么测量电路要采用二级分压，用一级分压可以吗?

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第二篇：电磁学实验

电磁学实验

一、 实验课程的性质和目的

电磁学实验是高等院校理科物理专业的一门专业课。该课程可以使学生在物理实验的基本知识、基本方法和基本技能方面受到系统的训练，有效提高分析问题和解决问题的能力，加深对物理基本概念和基本规律的认识，培养学生辩证唯物主义世界观，使学生养成严肃认真、实事求是的科学态度和工作作风。通过实验，可以使学生掌握科学的实验方法，使学生受到科学研究的基本训练，提高其动手能力。通过电磁学实验使学生加深对静电场和静磁场的分布规律的认识，掌握电阻、电流、电压、电动势和磁场强度的几种测量方法；熟练使用基本电磁学仪器，特别要求学生能根据误差的要求正确选择和使用电磁学仪表，对实验结果要求进行正确的分析，找出产生误差的原因。

二、实验教学的方法和手段

为了提高实验教学效果、实验严把预习、实验、实验报告3个环节。实验在电磁学实验室完成，每2人一组，每项实验以大组为单位，16人左右，实验考勤采用签到制度。

预习：安排学生学习实验的内容，了解实验的程序和操作规程，并布置思考题和预习报告，让学生有目的地去查阅与实验相关的资料。

实验：实验开始前由指导教师讲解实验要点，提出注意事项。实验过程中，主体是学生，教师只起辅助作用，避免“扶着走”，“跟着做”的现象。

实验报告：实验结束后，强调学生及时填写实验记录表，对实验数据认真处理，对实验结果细致的分析、讨论，完成相关的思考题作业。

三、课程学时

本实验课总学时为33学时。

四、  实验成绩的考核方法

电磁学实验成绩按百分制核定。预习报告占20%，实验过程占40%，实验报告占40%。

五、  大纲的适用范围

本大纲适用理科物理学本科专业二年级学生，相关专业专科学生可根据情况选做大纲规定的内容。

六、  主要设备与器材配备

 注：因电磁学实验好多实验所用仪器为常规仪器，故表中所列试验仪器的现有数量有的仅供参考，

七、实验项目汇总表

七、    实验内容简介

实验一  制流电路与分压电路

1.实验目的

（1）了解基本仪器的性能和使用方法；

（2）掌握制流与分压两种电路的联结方法、性能和特点，学习检查电路故障的一般方法；

（3）熟悉电磁学实验的操作规程和安全知识。

实验二  伏安法测二极管的特性

1.实验目的

（1）掌握分压器和限流器的使用方法

（2）熟悉伏安特性的测量方法；

（3）了解二极管的伏安特性。

实验三  静电场的描绘

1.实验目的

（1）学习用模拟法研究静电场；

（2）描绘二种场结构的等位线。

实验四  用惠斯通电桥测电阻

1.实验目的

（1）掌握惠斯通电桥测电阻的原理

（2）学会正确使用箱式电桥测量电阻的方法；

（3）了解提高电桥灵敏度的几种方法。

实验五  热敏电阻特性的研究

1.实验目的

（1）进一步掌握惠斯通电桥的原理及其使用方法；

（2）研究热敏电阻的温度特性。

实验六  用电位差计测电池电动势和内阻

1.实验目的

（1）掌握补充法测电动势的原理；

（2）测量干电池的电动势和内阻。

实验七  低电阻的测量

1.实验目的

（1）掌握用伏安法测低电阻的方法；

（2）学习双电桥测低电阻的原理和方法。

实验八  万用表的原理与使用

1.实验目的

（1）进一步掌握万用表的原理；

（2）达到能熟练使用万用表。

实验九  电位差计校准电表

1.实验目的

（1）了解箱式电位差计的结构和原理；

（2）比较熟练地掌握箱式电位差计的使用；

（3）运用箱式电位差计校准电压表或电流表。

实验十  灵敏电流计特性的研究

1.实验目的

（1）了解灵敏电流计的工作原理，并观察在过阻尼、欠阻尼及临界阻尼下线圈的三种运动状态；

（2）掌握测定电流计内阻和灵敏度的方法。

实验十一  冲击电流计特性的研究

1.实验目的

（1）了解冲击电流计的工作原理，观察在过阻尼、欠阻尼及临界阻尼下线圈的三种运动状态；

（2）测定冲击电流计常量，初步掌握冲击电流计的使用方法。

实验十二  用冲击电流计测电容及高电阻

1.实验目的

（1）     进一步掌握冲击电流计的使用方法；

（2）     学会用比较法测电容，用电容器漏电法测量高阻的阻值以及测量电容器通过高阻的放电曲线。

实验十三  用冲击电流计测螺线管内轴线上磁场的分布

1.实验目的

(1)进一步掌握冲击电流计的使用方法；

(2)学会用冲击电流计测磁感应强度的原理和方法.

实验十四  用冲击电流计测铁磁物质的磁化曲线

1.实验目的

(1)进一步掌握冲击电流计的使用方法；

(2)学会用冲击电流计测磁感应强度的原理和方法.

(3) 掌握测铁磁物质的磁化曲线的方法.

实验十五  磁场的描绘

1.实验目的

（1）了解感应法测量磁场的原理；

（2）研究载流圆线圈轴向磁场的分布；

（3）描绘亥姆霍兹线圈中的磁场分布。

实验十六  磁致伸缩系数的测定

1.实验目的

(1)掌握非平衡电桥的原理；

(2)研究磁致伸缩系数与磁场强度的关系；

(3)学习一种非电量的电测方法。

实验十七  霍尔效应

1.实验目的

(1)观察霍尔现象；

(2) 学习应用霍尔效应测量磁场的方法。

实验十八  电子示波器使用

1.实验目的

（1）了解通用示波器的结构和工作原理；

（2）初步掌握示波器各个旋钮的作用和使用方法

（3）学会音频信号发生器的使用

（4）学会利用示波器测量电压、频率和位相差的方法。

实验十九  铁磁物质磁滞回线的测试

1.实验目的

(1) 测定铁磁物质的磁滞回线；

(2)了解磁性材料的特性。

实验二十  交流电路功率的测量

1.实验目的

(1)学习交流电路中功率及功率因数的测定方法；

(2)学习一种提高交流电路功率因数的方法。

实验二十一  交流电桥

1.实验目的

（1）用交流电桥测量电感和电容极其损耗；

（2）了解电桥平衡的原理，掌握调节平衡的方法。

实验二十二  LRC电路的暂态过程研究

1.实验目的

（1）研究LRC电路的暂态特性；

（2）加深对L、R、C各元件在电路中的作用的了解；

（3）进一步熟悉示波器的使用。

实验二十三  LRC电路的稳态特性

2.实验目的

(1)研究交流信号在LRC串联电路中的相频和幅频特性；

(2)学习使用双踪示波器,掌握相位差的测量方法.

实验二十四  LRC电路谐振特性研究

1.实验目的

(1)研究和测量LRC串、并联电路的幅频特性；

(2)掌握幅频特性的测量方法；

（3）进一步理解回路值的物理意义.

实验二十五  万用表的制作与定标

1.实验目的

（1）掌握万用电表的基本原理和设计方法；

（2）培养学生具有初步设计和制作万用电表的能力；

（3）学会万用表的定标。

2.预习要求

（1）预习课本相关章节，做好理论准备；

（2）预习实验指导书附录部分内容；

（3）初步拟定实验方法及内容。

注:本实验为设计性实验。教师向学生提出实验要求和目标， 学生在实验教师的指导下，进行仪表的选择、电路的设计、实验等工作，完成实验.实验室向学生开放。

实验二十六  伏安法测电阻

1.实验目的

(1)学习由测量电压、电流求电阻值的方法及仪表的选择(电路的设计)；

(2)学习减小伏安法中系统误差的方法.

2.预习要求

（1）预习课本相关章节，做好理论准备；

（2）预习实验指导书附录部分内容；

(3)初步拟定实验方法及内容。

注:本实验为设计性实验。教师向学生提出实验要求和目标， 学生在实验教师的指导下，进行仪表的选择、电路的设计、实验等工作，完成实验.实验室向学生开放。

实验二十七  温差电偶的定标

1.实验目的

(1)加深对温差电现象的理解；

(2)了解温差电偶测温的基本原理和方法;

(3)进一步学习温度计定标的方法;

(4)进一步掌握用电势差计测量电势差的方法

注:本实验为综合性实验(热学、电学).

实验二十八  地磁场水平分量的测量

1.实验目的

(1)    学习地磁场水平分量的测量方法;

 (2)了解正切电流计原理;