灵敏电流计特研究.doc

。灵敏电流计特性研究【实验目的】1、 了解灵敏电流计的原理和构造；2、 测定灵敏电流计的内阻和电流计常数；3、 观察灵敏电流计的运动状态与外电阻的关系。【实验原理】一、灵敏电流计的构造：灵敏电流计的构造如下图所示：在极细并富有弹性的金属丝上面悬挂着小镜子MO和线圈C，当线圈通有电流时，线圈所受到的磁力矩M1和金属丝的扭力矩M2平衡时，线圈将偏转一个角度，有以下关系： （1） （2） （3）由以上三式可知： （4）对于小镜子MO在这个结构中发挥的作用：做工时可以把角做得很小，此时小镜子到读数尺的距离为L，可以有如下的近似关系： （5）由（5）式和（4）式消去角度可得如下结论： （6）上式中的K就是灵敏电流计的电流计常数，K的倒数S1称为电流计的灵敏度。而K和S1仅仅取决于电流计的各个结构参数。并且注意到，当入射光线到达读数尺之前经过了多次反射，可以进一步提高电流计的灵敏度，这个时候的灵敏电流计称之为复射式灵敏电流计。它的灵敏度比通常的灵敏电流计更大。二、灵敏电流计的阻尼特性：灵敏电流计由于采用的是悬挂式的线圈结构，所以摩擦阻尼变得特别小，在读书的过程中，有时候会需要很长的时间停下来，所以需要注意灵敏电流计的阻尼特性。在线圈运动的过程中，竖直的两边切割磁感线，产生感应电动势，这将会在回路情况下产生电磁阻尼。通过线圈的电流大小为： （7）所受到的电磁阻尼矩为： （8）由上式可见，电磁阻尼矩总是可外电阻有关的，因此，可以利用这一点在实际实验中让灵敏电流计指针迅速停下来。可以发现，当外电阻为某个临界电阻值的时候，电磁阻尼矩在某个适当值，会使得指针迅速停下来（曲线）。如果阻尼矩稍大，线圈将缓慢的趋于平衡（曲线）；如果阻尼矩稍小，线圈将在平衡位置附近来回震荡（曲线）。如右图所示： 当(取等于仪器铭牌所标值的4倍)较大时，则较小，线圈作振幅逐渐衰减的振动，反映光标需经较长时间，才能停在平衡位置，越大，越小，振动时间也越长，这种状态叫做阻尼振荡，或叫欠阻尼状态，如图8-2中曲线I 当较小时(取=1/)，则较大，线圈缓慢地趋向平衡位置，且不越过平衡位置，越小，则越大，达到平衡位置的时间也越长，这种状态叫做过阻尼状态，如图8-2中曲线 当适当时，(取=)，线圈能很快达到平衡位置，且不振动，这是前两种状态的中间状态，叫做临界状态，如图(8-2)中曲线，这时外电路的电阻值，叫做外临界电阻，理论和实际测量都证明，使灵敏电流计工作在略微欠阻尼状态，线圈趋于平衡位置所需时间最短，于是，在实际工作中，往往使外电路的电阻略大于 因此，实际中只需要选择合适的外电阻，使得电磁阻尼矩处于曲线所示的临界状态即可。灵敏电流计都装有零点调节旋钮，调零时，它能保证电流计在水平位置向任何方向偏离不超过50时将光斑调整到标尺的零点上。三、实验测量原理：实验电路图如右图所示：满足实验参数的条件下，有如下结论：数字式电压表示数，并且。流过灵敏电流计的电流： （9）在（9）式中，除了电流I之外，有待测的内阻和电流计常数K、。所以利用（9）式即可测量出待测的内阻和电流计常数K：和 （10）当U1=2U2时,Rg=R-2R1-1【实验仪器】AC10/2型直流光点反射式检流计、滑线变阻器、电阻箱、直流稳压电源、数字式电压表、1标准电阻等。【实验数据】标称值Rg=34，分度值3.4E-8 Amm-1（一）电阻箱为0.1级U1(V)R1()U2(V)R2()Rg（）K/Amm-10.11270.2293.438.43.31E-080.1233.90.24106.137.33.32E-080.1339.40.26121.141.33.18E-080.1445.70.28133.140.73.20E-080.1551.40.3145.441.63.19E-08Rg=39.9；K=3.24E-08 Amm-1单次测量,忽略a类不确定度，B类ub/b=0.1U1=ub1=27*0.1%=0.03 同理U2=ub2=0.04Ug1=U12+U22=0.05Rg=（38.40.05）阻值百分差E=13% 灵敏度百分差E=5%（二）回归法（作图法）数据表相同得斜率b=RbIg(Ra+Rb)=621 ，截距a=-Rg=-41.4。Rg=41.4；K=3.22E-8 Amm-1阻值百分差E=22% 灵敏度百分差E=5%（三）替代法R=35.0 百分差E=2.9%（四）观察灵敏电流计运动状态与外电阻的关系Rt(s)R125R=R临0.92R=4R临2.66R=023可以发现，在R和R=0时电流计指针归零所需时间远大于RR临时。【误差分析】出现问题：可发现替代法（三）中的结果与标称值较为接近，而（一）、（二）中实验结果与标称值偏差较大。可能原因：1、分析电路图可发现测量电阻时，前者包含了单刀双掷开关的电阻，后者不包括。在实验中，更换开关进行实验时，是有发现电流大小有较为明显的变化，猜测单刀双掷开关的电阻不可忽略。同时，实验中闭合电流计两断开关（短接电流