从电表的工作原理谈电表的读数和偏角关系
乌鲁木齐市第六十八中学 杨亚萍
摘要：在电表的改装中，对于用同一种型号灵敏电流计改装成量程不同的安培表或者电压表，接入电路时，对它们的指针偏角大小和读数大小关系的判断，从磁电式灵敏电流表的原理进一步来理解，并通过分析改装后电压表和电流表的几种接法，得出电表的读数和偏角的关系。
关键词：电表工作原理，读数，偏角
在电表的改装中，对于用同一种型号灵敏电流计改装成量程不同的安培表或者电压表的原理，学生一般没多大问题，然而当把它们接入电路时，对它们的指针偏角大小和读数大小关系的判断，学生往往感到困难，下面从灵敏电流计的工作原理以及几个典型的例子，归纳分析这类题目的解决方法。
例：两只电压表V1和V2是由完全相同的两只灵敏电流表改装而成的，V1的量程是5 V，V2的量程是15V，为了测量15-20 V的电压，我们把V1和V2串联起来用，在这种情况下：( )
A．V1和V2的读数相等
B．V1和V2的指针偏角相等
C．V1和V2的读数之比等于两只电压表的内阻之比
D．V1和V2的指针偏转角度之比等于两只电压表的内阻之比
分析：要解答该问题，必须先了解磁电式灵敏电流计的工作原理。
一、电流表的工作原理
1．线圈的导线处于蹄形磁铁和圆柱铁芯间均匀辐向分布的匀强磁场中.
2．设导线所处磁感应强度大小为B，线框长为L、宽为d、匝数为n，当线圈中通有电流时，
安培力对转轴产生力矩： M1=F•d
其中安培力的大小为： F=nBIL
故安培力的力矩大小为： M1=nBILd=nBIS
3．当线圈发生转动，不论通电线圈转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，安培力的力矩不变．当线圈转过角 θ，指针偏角也为θ时，两弹簧产生阻碍线圈转动的扭转力矩，弹簧的扭转力矩M2与线圈转过的角度成正比，即M2=kθ。
当M1和M2相平衡时，由M1=M2，即: nBIS= kθ，
因为 k' 为定值，所以固定在线圈上的指针转过的角度与线圈中的电流成正比。故磁电式电表的刻度盘上的刻度是均匀的，指针转过的角度与流过表头的电流大小成正比。
结合我们已经学会的电表的改装知识，改装后电压表的读数是由串联电阻上的电压与表头上的电压共同决定的；改装后的电流表的读数是由并联电阻分的电流和表头分流共同决定。
利用上面的知识，来分析例题：
将同样的表头G改装成量程不同的电压表后，将它们串联接入电路，如图1所示，由于是串联电路，所以流过两表头的电流相同，指针的偏角相同；但是由于改装后两个电压表的内阻不同，根据U =，故电压表的读数不同，且示数之比等于内阻之比，也等于量程之比，即示数与量程成正比;A、D均错，B对C对；
若将以上电压表并联接入电路，读数与偏角又会怎样哪？
如图2所示，由于是并联电路，所以两支路的电压相同，即改装后的电压表示数相同；指针的偏角是与流过表头的电流成正比，由于电压表内阻不同，由I =得，流过两表头的电流不同，指针偏角不同，偏角与量程成反比。
例2、用同种表头改装的两只电流表A1和A2，已知Al的量程大于A2的量程,则（ ）
(A)将两电流表串联后接入电路，读数不同，指针偏角相同
(B)将两电流表串联后连入电路，读数不同，指针偏角不同
(C)将两电流表并联后接入电路，读数相同，指针偏角不同
(D)将两电流表并联后接入电路，读数不同，指针偏角相同
如图3所示，当由于改装后的两电流表串联后接入电路，电流相同，所以读数相同，；而指针偏角由流过表头的电流决定，因为电流表量程大于，所以并联电阻R1小于R2，即IR1大于IR2，因此流过表头的电流IA1小于IA2，指针偏角A1小于A2，即偏角与量程成反比。
如图4所示当改装后两电流表并联后接入电路，由并联的知识可得，流过表头的电流相等，故指针偏角相同；量程越大的示数越大，示数与量程成正比。
通过以上分析，现总结规律如下，不论改装之后的电表是安培表还是电压表，也不论它们接入电路的连接方式如何，当它们的示数相同时，偏角与量程成反比; 当它们的偏角相同时，示数与量程成正比; 而对于不同量程的伏特表并联时，不同的安培表串联时，它们的示数与量程无关，由串并联电路的规律决定。
