电压表测量电压之惑.doc

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1、电压表测量电压之惑当我们要知道某用电器所加的电压时，就自然而然会想到用电压表并接在它的两端测量，好象挂在口头的“有事情，找警察”一样，但很多问题出来，却让同学们、甚至也有先生们产生了诸多迷惑，这里我们不妨总起来看一看。一、电容器两极的电压　　问题：一个电容器充了电，现要知道它的电压，应选择以下哪种仪器测量？　　A、灵敏电流表             B、内阻较小的电压表　　C、内阻较大的电压表       D、静电计　　有不少的同学选择C，他或她认为测量电压是电压表的天责，而且选择表的内阻大小也并不是考虑电容器放电快慢，而仅记着常用电压表内阻是很大的，内阻越大则测量误差越小

2、，而对旁边的静电计却不理不睬。究其原因，是因为不清楚伏特表的内部构造，不懂它是以一个通电线圈在辐向磁场中转动为工作基础的，如果把它接在充电电容器的两极，就形成通电回路而造成电容器放电；而静电计的指针内芯和外壳是彼此绝缘的，它的指针偏转角度与内芯和外壳的电势差有关，把它并接在电容器两极，仅发生少量的电荷转移而不会产生持续的放电电流。　　在思考之余，有同学提出另一个问题：在右示图1电路中，电压表不是在测量电容器两端的电压吗？　　应该说，此处电压表的读数确实能代表电容器两极的电压，但关键是这个电容器不是孤立的，它连接在恒定电路中，不存在电压表连在它两端而产生电容器放电而带电量和电

3、压改变的情况；另一种理解也可以是电压表并接在电阻两端而测量电阻两端的电压，而电容器和有恒定电压的电阻是并联的，自然也就得出了电容器的电压。　　可见电压表是否能测电容器两极的电压，也不是一概而论的，要视具体情况而定。　　二、电磁感应现象中的电压表问题　　1、如右图2示，两平行金属导轨之间有垂直轨面的匀强磁场，轨道宽度为L，磁感应强度为B，一根接着电压表的金属棒以速度v向右作切割磁感线的匀速运动，则电压表的示数为 多少？　　多有同学把切割磁感线的可动金属棒看作一个电源，那么这电压表就接在电源的两极，所以它显示的是电源的路端电压；现在外电路不通，则路端电压就和电动势一样大，所以答

4、案取U=BLv。　　正确的答案应为0。取BLv的错误原因仍在不清楚电压表内必须有电流通过，方才有指针偏转，现在尽管有切割产生的电动势，但因没有形成回路而没有电流，电压表因没有电流通过，指针当然也就没有偏转。　　2、如右图3示，将导轨改成U形，且在左边串接一个电阻，问电压表有示数否？若有，反映的是哪一部份的电压？这一次回路形成，电压表中有电流，电压表有示数。　　从形式上看，电压表反映的是外电路的电压，也就是电源的路端电压；但仔细核对，如果外电路的电阻增大，按理说路端电压应该增大，而从回路电阻变大，电流变小这方面看，电压表的示数应该减小，形成了对立的推论。　　这一点不但对学生而

5、且对教师也造成了相当的迷惑，有必要从等效的角度分析一下其中的奥秘。　　如图4，金属棒匀速地切割磁感线，等效于一个恒定的电源，电压表接在电源上，可以画出一个等效电路如右示，这样可以明显地看出，电压表根本没有并联在电源的两端，不能代表外电路的电压也就是路端电压，它的示数仅反映自身消耗的电压；如果可动金属棒电阻不计，电压表的电阻倒是电源的内电阻，所以它的示数可代表内电压降；如果外电阻增大，回路电流减小，可推测内电压降减小，和电压表示数减小一致，而路端电压增大；如果外电阻减小到0，电压表的示数可代表金属棒切割造成的电动势值。　　3、如右图5示，将上电路中的电阻换成电容器，如果可动金

6、属棒是匀速运动，电压表将没有示数。这可以从没有电流这一角度解释，现在也可以从内电压降为0这一角度解释。　　4、如右图6示，将上题中的恒定速度改成用恒定的水平力F向右拉金属棒，问电压表有示数否？有的话代表谁的电压？有的话示数如何变化？　　金属棒有加速度，速度不断增加，切割造成的电动势不断增加，所以对电容器有持续的充电电流；达到稳定状态时，充电电流一定，电流产生的安培力一定，拉力和安培力的合力一定，金属棒的加速度一定。所以电压表有示数；类2中的分析，可见它代表的仍是电源的内电压降；由于金属棒作的先是加速度逐渐减小的加速度运动，后是加速度恒定的加速运动，所以电压表的示数先变小，后

7、恒定。　　三、交流电压表　　通常教师在讲测量电阻的欧姆表时，会强调欧姆表的表头刻度是不均匀的，并和表头刻度均匀的电压、电流表作对照，以加深大家的印象。但我们只要仔细地观察，就会发现交流电压表的表头刻度也不是均匀的，特别是在0刻度附近非常明显。　　试想如果是一个教材介绍的磁电式表头，通入一个低频交流电，里面的线圈将受一个大小和方向作周期性变化的安培力矩作用，指针就会左右摇摆而不能稳定地显示出一个读数；如果通入一个频率较高的交流电，由于惯性作用，指针将来不及摇摆而无所适从，根本无法测量。所以得利用电子线路给通入的交流电