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上海自儀探究電表改裝的幾個知識點問題

來源：上海自動化儀表有限公司作者：發表時間：2022-01-04 10:20:02【小中大】

 用電流表和電壓表改裝成實際測量儀表是歐姆定律部分的一個重要知識點，此類題既可以考查對歐姆定律應用的理解，又可以考查利用物理知識解決實際問題的能力。下面通過兩道例題簡單分析。

 
一、電流表改裝成油量表
由電流表改裝而成的油量表一般是串聯在電路中，當電路中電阻發生變化時，電路中電流也會發生變化，即此時油量表示數也發生相應變化。 例1 如圖1所示是自動測定油箱內油量的原理圖，O為杠桿支點，油量表是由量程為 0～0.6 A的電流表改裝而成的，R0阻值為 10 Ω，電源電壓為3 V，Rx是規格為“20 Ω 1 A”的滑動變阻器。當Rx的滑片處于最上端時，電路中的電流是 A，此時油量表示數為 0；當油面上升時，電路中的電阻將 ，電流將 。（后兩空選填“增大”或“減小”）
自動測定油箱內油量的原理圖
解析：本題是一種自動測定油箱內油面高度的裝置，因為油量表串聯在電路中，所以油量表是由電流表改裝而成的。該裝置通過浮標的浮沉來改變電阻Rx的阻值，從而改變電路中的電流，即改變油量表的示數。
 
當油箱內油量為0，Rx滑片處于最上端時，Rx = 20 Ω，R0 = 10 Ω，I = UR = 20 Ω3+V10 Ω = 0.1 A；當油面上升時，Rx滑片向下移，電阻減小，即電路中總電阻將減小，電流將增大，油量表示數也隨之增大
 
答案：0.1 減小 增大
點評：（1）電阻R0對電路起保護作用，即電路中最小阻值（加滿油時）為10 Ω，這樣電路最大電流為0.3 A，油量為 0 時電流為 0.1 A，油量表示數范圍為 0.1~0.3 A。這反映出油量表與電流表存在細微區別：兩表零刻度線不重合，油量表的零刻度線在電流表的0.1 A示數處。 （2）這個改裝電路還有一個最大的缺陷就是沒有開關，無論油量多少電路中總是存在電流?？梢栽诨瑒幼冏杵髯钕露速N一個微小絕緣層，這樣當油加滿時電路自動斷電，油量表示數自動變為0。
自動體重測試儀的工作原理圖
變式訓練1：圖2是一個自動體重測試儀的工作原理圖，有關它的說法正確的是（ ）。
A. 體重測試儀電路由于缺少開關，始終處于通路無法斷開
B. 體重示數計是用電壓表改裝成的
C. 自動體重測試儀中電阻R1可有可無
D. 體重測試儀所測體重越大，電路中的電流越大
答案：D
 
二、電壓表改裝成電子秤
由電壓表改裝而成的電子秤一般是將電壓表與電路中某個電阻并聯，當電路中電阻發生變化時，電路中電流也會發生變化，此時與電子秤并聯的電阻電壓也會發生變化，使得電子秤示數發生變化。 例2 某同學自制電子秤的原理圖如圖3所示，電源電壓為12 V，R0是阻值為10 Ω的定值電阻，壓力表為 0～15 V 的電壓表，R 是壓敏電阻，其阻值與所受壓力大小關系如表。該電路中的最小電流是A（忽略踏板、直桿 ABO 及壓桿的重力）；若壓桿對 R的壓力為 200 N，此時 R的阻值為 Ω。當踏板上的壓力增大時，通過R的電流 ，壓力表的示數 。（后兩空填“減小”或“增大”）
 
解析：分析電子秤的原理圖可知：定值電阻R0與壓敏電阻R串聯，由電壓表改裝成的壓力表測量電阻 R0電壓。當 F = 0 N，R = 30 Ω 時，電路中電流最小，即 Imin = RU總 = 30 Ω12+V10 Ω = 0.3 A；分析壓敏電阻阻值與所受壓力大小關系可知，壓力每增加 50 N，電阻 R 減小 3 Ω，所以當壓桿對 R 的壓力為 200 N 時，R =18 Ω；當踏板上的壓力增大時，壓敏電阻R減小，總電阻減小，電流增大，電阻R0的電壓增大，即壓力表的示數增大。
答案：0.3 18 增大 增大
 
點評：若需討論電表改裝成的測量儀表刻度是否均勻，則主要看由刻度對應的物理量與被測量物理量之間是否成線性關系，如果兩個物理量之間符合y = kx或y = kx + b，這樣的電表改裝成的儀表刻度是均勻的，否則刻度不均勻?；氐奖绢}中，由阻值R與所受壓力F大小關系得出F = - 530 R + 500，即 R = 30 - 530 F，根據歐姆定律變形式得壓力表示數為 U = I × R0 = 12 R + R0 × R0 = 12 30 - 530 F + 10 × 10 = 6 000 2 000 - 3F，即 U = 6 000 2 000 - 3F，這里壓力表示數 U 與壓力大小 F 不成線性關系，即由電壓表改裝而成的電子秤刻度是不均勻的，用同樣的方法也可以分析出由電流表改裝成的油量表的刻度也是不均勻的
 
變式訓練2：下面是某物理興趣小組設計的四個測量身高的電路圖，身高儀都由電壓表改裝而成，能實現身高越高，身高儀示數越大，且刻度均勻的電路是（ ）。