电学与磁学 · 人教版高中物理选择性必修二

电表改装与内阻模拟器

电表改装核心八字真言：“串联分压扩电压，并联分流扩电流”。表头满偏电流 Ig 和内阻 Rg 是改装的基础参数，扩程后的电表本质上依然是靠微安表头的线圈指针偏转来指示数值！

本地计算 · 数据不上传

考点预设与典型误区：

3D 物理实验视窗● 60 FPS

速度:

实验控制变量

表头满偏电流 Ig

μA

表头内部电阻 Rg

目标量程 (V 或 A)

改装目标类型 (1=改装电压表, 2=改装电流表)

所需外接改装电阻 R

改装后电表总内阻 R_总

量程扩大倍数 n

电路连接拓扑

【实时推导与公式代入】

基本公式： --

代入过程： --

物理状态： --

【题干】 有一个满偏电流 Ig=3mA、内阻 Rg=100Ω 的电流表头。欲将其改装成量程为 3V 的电压表，应该串联还是并联一个多大阻值的电阻？

【详细计算步骤】

1) 改装为电压表需要分担电压，应“串联”一个分压大电阻 R；2) 表头自身能承受的最大电压 Ug = Ig · Rg = 0.003A × 100Ω = 0.3V；3) 分压电阻需承担的电压 U_R = U - Ug = 3V - 0.3V = 2.7V；4) 串联电阻阻值 R = U_R / Ig = 2.7V / 0.003A = 900Ω。改装后电压表总内阻为 1000Ω。

【题干】 若将上述电流表头（Ig=3mA，Rg=100Ω）改装成量程为 0.6A 的电流表，应该串联还是并联一个多大阻值的电阻？

【详细计算步骤】

1) 改装为电流表需要分担多余的大电流，应“并联”一个分流小电阻 R；2) 分流电阻需分担的电流 I_R = I - Ig = 0.6A - 0.003A = 0.597A；3) 并联两端电压相等 U = Ig · Rg = 0.3V；4) 分流电阻阻值 R = U / I_R = 0.3V / 0.597A ≈ 0.503Ω。

Q1. 变式 1：改装后的电压表和电流表，在使用时表盘上的刻度是如何重新标定的？刻度还是均匀的吗？

Q2. 变式 2：在电表校准实验中，发现改装后的电压表读数总是比标准电压表读数系统性偏小 5%，应该如何微调串联的分压电阻？

Q3. 变式 3：理想电压表的内阻应该是多少？理想电流表的内阻应该是多少？为什么？

电表改装后，指针偏转到最大刻度时，通过表头的实际电流变大了吗？

完全没有变！无论量程从 500μA 扩大到 3A 还是 300V，只要指针打到满刻度，实际流过微安表头内部线圈的电流依然严格等于原来的满偏电流 Ig（500μA）。多余的电流全从并联分流电阻流走了。

如果把改装好的电压表错当成电流表串联进电路，会发生什么？

电路几乎断路，用电器无法工作！因为电压表内阻极大（几千到几十万欧），串联进电路后总电阻极大，电路中只有微安级微弱电流，电表安全但用电器不工作，电压表读数接近电源电压。

如果把改装好的电流表错当成电压表并联在电源两端，会发生什么？

瞬间短路烧毁！电流表内阻极小（零点几欧甚至更小），直接并联在电源两端相当于用导线直接短路电源，瞬间流过几十安培巨大短路电流，电流表指针打弯撞坏甚至线圈瞬间起火烧焦。

万用表是怎样用一个表头同时测量电阻、电压和电流的？

通过旋转挡位选择开关切换内部不同的拓扑网络：测直流电压时切换串联分压电阻；测直流电流时切换并联分流电阻；测电阻（欧姆挡）时接入内部电池和调零变阻器（根据闭合电路欧姆定律非线性刻度反向测量）。