07 灵敏检流的研究 物理实验中心 .004一
灵敏检流计的研究 物理实验中心
实验目的 +了解灵敏电流计的工作原理。 4测量灵敏电流计的内阻、灵敏度和临界 外阻。 +观察灵敏电流计处于过阻尼、欠阻尼及 临界阻尼时光点三种运动状态,学会正 确使用灵敏电流计
实 验 目 的 了解灵敏电流计的工作原理。 测量灵敏电流计的内阻、灵敏度和临界 外阻。 观察灵敏电流计处于过阻尼、欠阻尼及 临界阻尼时光点三种运动状态，学会正 确使用灵敏电流计
实验原理 07 灵敏电流计构造 +灵敏电流计的读数 4线圈运动的阻尼特性 灵敏电流计的内阻、灵敏度、外临界电 阻的测量方法
实 验 原 理 灵敏电流计构造 灵敏电流计的读数 线圈运动的阻尼特性 灵敏电流计的内阻、灵敏度、外临界电 阻的测量方法
一、灵敏检流计的构造 读数 E 偏转 部分 部分 磁场 N 部分 读数部分:由光源、小镜和标尺组成,小镜固定在线圈上, 随线圈一起转动,把从光源射来的光反射到标尺上形成一个 光点,当线圈转过一个很小的角度时,反射光点有明显的移 动。采用光点偏转法,可大大提高了灵敏度。AC15型检流 计是采用多次反射式,使标尺远离电流计的小镜
一、灵敏检流计的构造 偏转 部分 读数 部分 磁场 部分 读数部分： 由光源、小镜和标尺组成，小镜固定在线圈上, 随线圈一起转动，把从光源射来的光反射到标尺上形成一个 光点，当线圈转过一个很小的角度时，反射光点有明显的移 动。采用光点偏转法，可大大提高了灵敏度。AC15型检流 计是采用多次反射式，使标尺远离电流计的小镜
灵敏检流计的读数 圈时,线圈受到电磁力矩作用偏转,O 当有电流通过灵敏电流计的线 当电磁力矩=张丝的扭转反力矩时, 20 线圈停止在某位置转过0角0小 与成正比。小镜也转过0角,因而 反射光线相对平衡位置就转过了20 角。此时,光点在标尺上移动一段距 离n,n=l·2O5 15 n与成正比,因此,n也就与电流Ig成正比,可见,由光点 的移动距离n可测出电流的大小。 =k·nk一比例常数,称为电流计常数, 单位:Amm。 大S电流计灵敏度
二、灵敏检流计的读数 当有电流Ig通过灵敏电流计的线 圈时，线圈受到电磁力矩作用偏转， 当电磁力矩=张丝的扭转反力矩时， 线圈停止在某一位置，转过θ角， θ 与Ig成正比。小镜也转过θ角，因而 反射光线相对平衡位置就转过了2θ 角。此时,光点在标尺上移动一段距 离n, n与θ成正比，因此，n 也就与电流 Ig 成正比，可见，由光点 的移动距离n可测出电流的大小。 n = l 2 I g = k n θ 0 15 15 2θ l k－比例常数，称为电流计常数， 单位：A/mm。 Si k = 1 Si－电流计灵敏度
三、线圈运动的阻尼特性 会的会的 从电磁感应定律知道,线圈在磁场中运动时 的内阻Rg与外电路上总电阻R构成一个回路, 要产生感应电动势。检流计工作时,总是由它 因而线圈有感应电流通过。这个电流与磁场相 M的大小与回路总电阻成反比,即: M∞C R+R 8
三、线圈运动的阻尼特性 从电磁感应定律知道，线圈在磁场中运动时 要产生感应电动势。检流计工作时，总是由它 的内阻Rg与外电路上总电阻R外构成一个回路， 因而线圈有感应电流通过。这个电流与磁场相 互作用, 会产生阻止线圈运动的电磁阻尼力矩M， M的大小与回路总电阻成反比，即： R R外 M g + 1
临界阻 欠阻尼 尼振动 振动状 状态 太 过阻尼振 动状态 M∝ R+R 8外 当R外较大时,M较小,线圈作振幅逐渐衰减的振动,需经较 长的时间才停止在新的平衡位置;一欠阻尼振动状态 当R外较小时,M较大,线圈缓慢地趋向新的平衡位置,而不 会越过平衡位置;一过阻尼振动状态 当R外适当时,线圈能很快达到平衡位置而不发生振动。 一临界阻尼振动状态
临界阻 尼振动 状态 过阻尼振 动状态 欠阻尼 振动状 态 当R外 较大时，M较小，线圈作振幅逐渐衰减的振动，需经较 长的时间才停止在新的平衡位置；－欠阻尼振动状态 当R外 较小时，M较大，线圈缓慢地趋向新的平衡位置，而不 会越过平衡位置；－过阻尼振动状态 当R外适当时，线圈能很快达到平衡位置而不发生振动。 －临界阻尼振动状态 R R外 M g + 1
从上述三种线圈运动状态可知,检流计工作于临 界状态时,线圈到达平衡位置所需要的时间最短,最 便于测量。因此,在实际工作中,必须考虑使检流计 工作或接近工作在临界状态。 考虑线圈从平衡位置回到零点的过程,我们可以在 检流计两端并联一个电键K,如下图所示:当K合上时, R外三0,电磁阻尼很大,线圈立即停止运动,如断开 电路,在光点返回零点时 K 按下K,线圈就会立即停在 零点.这就节约测量时间 G K称为阻尼电键 接外电路
考虑线圈从平衡位置回到零点的过程，我们可以在 检流计两端并联一个电键K，如下图所示：当K合上时， R外＝0，电磁阻尼很大，线圈立即停止运动，如断开 接外电路 从上述三种线圈运动状态可知，检流计工作于临 界状态时，线圈到达平衡位置所需要的时间最短，最 便于测量。因此，在实际工作中，必须考虑使检流计 工作或接近工作在临界状态。 电路，在光点返回零点时 按下K，线圈就会立即停在 零点．这就节约测量时间。 K称为阻尼电键。 G K
四、灵敏电流计内阻R、灵敏度S外临界电阻的测量 (G R 2 K 实验线路图 R 的的是 C R K R K E
四、灵敏电流计内阻Rg、灵敏度Si、外临界电阻的测量 K1 E K2 K3 R g I K4 Rb I a R a b I d a b c R0 实 1 2 验 线 路 图 G V
根据欧姆定律可得: G RU R 2 n:(R+R(r+R+R) 又有尺>B,1=k,n和k=1/元6 最后推导: R=-(R, +R,)+R-U R n 可见,在R、R、m保证不变的前提下,R和U成线性关系。我 们只要测得两组U、R的值就可以确定R2、S。因为这种方法要 求n保证不变,所以通常称为定偏法
根据欧姆定律可得: ( )( ) a b b g b g R R R R R R U I + + + = 又有 , R a Rb Si k 1 I g = k n 和 = ( ) U R n R S R R R a b i = − b + g + 最后推导: 可见，在Ra、Rb、n保证不变的前提下，R和U成线性关系。我 们只要测得两组U、R的值就可以确定Rg、Si。因为这种方法要 求n保证不变，所以通常称为定偏法