Question

8．小明是个爱动手动脑的好孩子，一天他在帮实验老师维修电压表时发现，电压表实际上由两部分组成：一个带刻度盘、指针的表头和两个定值电阻R₁、R₂组成的串联电路，老师告诉他：这个带刻度盘、指针的表头叫做磁电式电流表，它的量程I_g和电阻R_g都很小，通常这个表头用符号表示．它的主要结构是一个马蹄形永久磁铁和一个置于磁铁之间的线圈，电表的指针与线圈固定相联接，当有电流通过线圈时，线圈受到力的作用，就带动指针偏转，从而指示电流的大小．（如图1所示）
小明还从电压表的说明书中发现了电压表的电路图（如图2所示），该电压表有三个接线柱，分别标有“-”、“U₁”、“U₂”．请根据以上材料回答下面各题：

（1）磁电式电流表的工作原理是：通电导线在磁场中受到力的作用．
（2）在上面介绍的电压表中，当要使用较大量程时，应该接到“-”和“U₁”两个接线柱上．（用图中标示的“-”、“U₁”、“U₂”符号表示）
（3）当使用量程为0～U₂时，请推导出要给磁电式电流表串联一个多大的阻值的电阻R₂？要写出必要的推导过程，所用到的物理量均用题目中的相关字母表示．

Answer 1

分析 （1）当电表中有电流通过时，指针会发生偏转，其工作原理是通电线圈在磁场中由于受到磁场力而会发生转动；
（2）由题意可知，磁电式电流表的量程和电阻都很小，改装成大量程的电压表使用时应使表头的总电阻最大，然后分析图2得出接入电路中的接线柱；
（3）当使用量程为0～U₂时，R_g与R₂串联，因磁电式电流表满偏时的电流不变，根据欧姆定律求出电路中的总电阻，利用电阻的串联求出电阻R₂的阻值．

解答 解：
（1）磁电式电流表的工作原理是通电导线在磁场中受到力的作用；
（2）由题意可知，磁电式电流表的量程和电阻都很小，改装成大量程的电压表使用时应使表头的总电阻最大，
由图2可知，当“-”和“U₁”接线柱接入电路中时，电路中的电阻最大，电压表使用的是大量程；       
（3）当使用量程为0～U₂时，R_g与R₂串联，
因磁电式电流表满偏时的电流不变，
所以，由I=$\frac{U}{R}$可得，电压表满偏时电路中的总电阻：
R_总=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{g}}$，
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
所以，则R₂的阻值：
R₂=R_总-R_g=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{g}}$-R_g．
答：（1）通电导线在磁场中受到力的作用；
（2）“-”和“U₁”；
（3）当使用量程为0～U₂时，要给磁电式电流表串联一个阻值为$\frac{{U}_{2}}{{I}_{g}}$-R_g的电阻．

点评 本题考查了磁电式电流表的工作原理和串联电路特点和欧姆定律的应用，要注意电流表的改装是根据并联电路的分流特点，电压表的改装是根据串联电路的分压特点．