探究电表的改装问题

王萍

用电流表和电压表改装成实际测量仪表是欧姆定律部分的一个重要知识点，此类题既可以考查对欧姆定律应用的理解，又可以考查利用物理知识解决实际问题的能力。下面通过两道例题简单分析。

一、电流表改装成油量表

由电流表改装而成的油量表一般是串联在电路中，当电路中电阻发生变化时，电路中电流也会发生变化，即此时油量表示数也发生相应变化。

例1 如图1所示是自动测定油箱内油量的原理图，O为杠杆支点，油量表是由量程为0～0.6 A的电流表改装而成的，R0阻值为10 Ω，电源电压为3 V，Rx是规格为“20 Ω 1 A”的滑动变阻器。当Rx的滑片处于最上端时，电路中的电流是       A，此时油量表示数为0;当油面上升时，电路中的电阻将       ，电流将       。（后两空选填“增大”或“减小”）

解析：本题是一种自动测定油箱内油面高度的装置，因为油量表串联在电路中，所以油量表是由电流表改装而成的。该装置通过浮标的浮沉来改变电阻Rx的阻值，从而改变电路中的电流，即改变油量表的示数。

当油箱内油量为0，Rx滑片处于最上端时，Rx = 20 Ω，R0 = 10 Ω， [I=UR=3 V20 Ω+10 Ω=0.1 A];当油面上升时，Rx滑片向下移，电阻减小，即电路中总电阻将减小，电流将增大，油量表示数也随之增大。

答案：0.1 减小 增大

点评：（1）电阻R0对电路起保护作用，即电路中最小阻值（加满油时）为10 Ω，这样电路最大电流为0.3 A，油量为0时电流为0.1 A，油量表示数范围为0.1～0.3 A。这反映出油量表与电流表存在细微区别：两表零刻度线不重合，油量表的零刻度线在电流表的0.1 A示数处。

（2）这个改装电路还有一个最大的缺陷就是没有开关，无论油量多少电路中总是存在电流。可以在滑动变阻器最下端贴一个微小绝缘层，这样当油加满时电路自动断电，油量表示数自动变为0。

变式训练1：图2是一个自动体重测试仪的工作原理图，有关它的说法正确的是（ ）。

A. 体重测试仪电路由于缺少开关，始终处于通路无法断开

B. 体重示数计是用电压表改装成的

C. 自动体重测试仪中电阻R1可有可无

D. 体重测试仪所测体重越大，电路中的电流越大

答案：D

二、电压表改装成电子秤

由电压表改装而成的电子秤一般是将电压表与电路中某个电阻并联，当电路中电阻发生变化时，电路中电流也会发生变化，此时与电子秤并联的电阻电压也会发生变化，使得电子秤示数发生变化。

例2 某同学自制电子秤的原理图如图3所示，电源电压为12 V，R0是阻值为10 Ω的定值电阻，压力表为0～15 V的电压表，R是压敏电阻，其阻值与所受压力大小关系如表。该电路中的最小电流是 A（忽略踏板、直杆ABO及壓杆的重力）;若压杆对R的压力为200 N，此时R的阻值为 Ω。当踏板上的压力增大时，通过R的电流 ，压力表的示数 。（后两空填“减小”或“增大”）

[压力F/N 0 50 100 150 … 450 电阻R/Ω 30 27 24 21 … 3 ]

解析：分析电子秤的原理图可知：定值电阻R0与压敏电阻R串联，由电压表改装成的压力表测量电阻R0电压。当F = 0 N，R = 30 Ω时，电路中电流最小，即[Imin=UR总=12 V30 Ω+10 Ω=0.3 A];分析压敏电阻阻值与所受压力大小关系可知，压力每增加50 N，电阻R减小3 Ω，所以当压杆对R的压力为200 N时，R =18 Ω;当踏板上的压力增大时，压敏电阻R减小，总电阻减小，电流增大，电阻R0的电压增大，即压力表的示数增大。

答案：0.3 18 增大 增大

点评：若需讨论电表改装成的测量仪表刻度是否均匀，则主要看由刻度对应的物理量与被测量物理量之间是否成线性关系，如果两个物理量之间符合[y=kx]或[y=kx+b]，这样的电表改装成的仪表刻度是均匀的，否则刻度不均匀。回到本题中，由阻值R与所受压力F大小关系得出F = [-503R+500]，即R = 30 [- 350F]，根据欧姆定律变形式得压力表示数为[U=I×R0=12R+R0×R0=1230-350F+10×10=6 0002 000-3F]，即[U=6 0002 000-3F]，这里压力表示数U与压力大小F不成线性关系，即由电压表改装而成的电子秤刻度是不均匀的，用同样的方法也可以分析出由电流表改装成的油量表的刻度也是不均匀的。

变式训练2：下面是某物理兴趣小组设计的四个测量身高的电路图，身高仪都由电压表改装而成，能实现身高越高，身高仪示数越大，且刻度均匀的电路是（ ）。

<f：＼张媛媛＼2021pb＼cz21-23 初中生11期 中考版＼导图＼2.重点突破-2版-侯中柱-B702＼image12.png>[塑料挡板][R][P][R'][V][S][R][R'][P][塑料挡板][V][S][塑料挡板][R][R'][P][S][V][塑料挡板][R][R'][P][V][S]

A B C D

答案：A

（作者单位：江苏省盐城市初级中学鹿鸣路校区）