例析电表的“反串”功能

(浙江省义乌市第二中学，浙江　义乌　322000)

通常情况下，电流表用来测量电路中电流，电压表用来测量负载电阻两端电压等。但在某些特定条件下，电流表可“反串”电压表的作用，电压表也可“反串”电流表的作用，本文就此问题通过实例进行分析和讨论。

1　电流表“反串”电压表

电流表的内阻比较小，允许加在它两端的电压较小。若被测电阻两端的电压较小，当把电流表并联在它两端时，通过电流表的电流没有超过量程，则电流表两端的电压即为被测电阻两端的电压。即：U测=U电流表=I电流表r电流表。采用这种方法的条件是由于电流表的接入给电路带来的变化不影响实验结果。

例1(2002年全国高考卷)：从如下选项中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A1的电阻r1。要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据。

A. 电流表A1，量程10mA，内阻r1待测(约40Ω)

B. 电流表A2，量程500μA，内阻r2=750Ω

C. 电压表V，量程10V，内阻r3=10KΩ

D. 电阻R1，阻值约100Ω，作保护电阻用

E. 滑动变阻器R2，总阻值约50Ω

F. 电源E，电动势1.5V，内阻很小

G. 开关S

H. 导线若干

所以，只要控制电流表A1两端的电压，使得通过电流表A2的电流不超过500μA，就能获得较理想的测量结果。

由于滑动变阻器最大阻值与电流表A1的内阻r1较接近，且实验要求多测几组数据，则滑动变阻器应接成分压电路。这样，就可以设计出如图1所示的实验电路。

图1

2　电压表“反串”电流表

例2(2004年全国高考卷)：用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值(900～1000Ω)：

电源E，具有一定内阻，电动势约为9.0V；

电压表V1，量程为1.5V，内阻r1=750Ω；

电压表V2，量程为5V，内阻r2=2500Ω；

滑线变阻器R，最大阻值约为100Ω；

单刀单掷开关K，导线若干。

(2) 根据你所画的电路原理图在题给的实物图上画出连线。

(3) 若电压表V1的读数用U1表示，电压表V2的读数用U2表示，则由已知量和测得量表示Rx的公式为Rx=_________。

解析：由于提供的实验器材中没有电流表，要测量被测电阻Rx的阻值，则需要测出通过被测电阻Rx的电流，为此，两个电压表中有一个要“反串”电流表。

图2

图3

图4

图5

图6

① 如图7所示，采用“电流表”内接法时，加在电压表V1两端的电压U1=I2(Rx+r2)=6.67×10-4×(2500+900)V=2.3V。电压表V1的读数已超过量程，因此，这种连接方式不可取。

图7

图8

图9

图10

3　电流表和电压表互相“反串”

电流表可以测电压，电压表也可以测电流。因此，在实验条件允许的情况下，两者的角色可以互换，即电流表可以充当电压表的功能，电压表可以充当电流表的功能。

例3：2010年广州亚运盛会堪称是LED绿色照明技术、节能照明产品得到全面应用的照明科技博览会。无论是海心沙、广州塔、广州中轴线城市景观照明等重点工程项目，还是亚运城、大学城等数十个场馆和设施，处处都闪耀着国产LED绿色照明、节能照明产品的光芒。某实验小组要精确测定额定电压为3V的LED灯正常工作时的电阻，已知该灯正常工作时电阻大约500Ω左右，电学符号与小灯泡电学符号相同。

实验室提供的器材有：

电流表A1(量程为0至50mA，内阻RA1约为3Ω)；

电流表A2(量程为0至3mA，内阻RA2=15Ω)；

定值电阻R1=697Ω；

定值电阻R2=1985Ω；

滑动变阻器R(0至20Ω)一只；

电压表V(量程为0至12V，内阻RV=1kΩ)；

蓄电池E(电动势为12V，内阻很小)；

电键S一只。

(1) 画出应采用的实验电路图；

(2) 写出测量LED灯正常工作时的电阻表达式Rx=_________。

解析：由于电表的量程限制，导致电流表不能直接测量通过被测电阻的电流，电压表不能直接测量被测电阻两端的电压，需要互换角色。

图11

从以上计算结果看出，电流表可以充当电压表的作用，电压表可以充当电流表的作用。由于滑动变阻器总阻值比待测电阻阻值小很多，它的限流作用不明显，故控制电路应采用分压式接法。结合以上分析，可设计出精确测定额定电压为3V的LED灯正常工作时的电阻的电路(如图11)。

总之，我们要熟练把握电表的内部结构，学会正确、灵活应用电表进行相关的测量，掌握科学的实验方法，从而提高实验能力和综合分析能力。