电流表和电压表的接法

课程标准： KS3, cycle 4, Sek I

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实验目的

学会把电流表与一段电路串联，把电压表与一段电路并联。

实验装置

一个 6 V 电压源、一只电流表、一个 100 Ω 电阻；一只电压表与电阻并联。两只电表都处于DC模式。

实验步骤

1. 记录电流表和电压表的示数。
2. 从“元件”面板中拖出第二只电流表，用电缆把它与电阻并联。
3. 删除多余的电流表，用电源键打开电压源。
4. 把电压表串联接入电路：拆下电流表与电阻之间的电缆，移动电压表的电缆——“+”端的电缆接到电流表的输出端，“−”端的电缆接到电阻左侧的插孔。记录两只电表的示数。

预期结果

电流表示数约为 59.6 mA，电压表示数约为 5.96 V。并联的电流表几乎没有电阻，把电阻短路了：电路中只剩下电压源的内阻和两只电流表。电流超过 7 A，过载保护关闭了电压源，电源指示灯闪红光。删除多余的电流表并打开电压源后，示数恢复如前。

串联的电压表示数几乎等于电压源的全部电压，约 6.00 V，而电流表示数几乎为零（不到一微安）：电压表的电阻为 10 MΩ，是电阻阻值的十万倍，几乎不让电流通过。同时，电阻两端几乎没有电压：串联的电表把电压全部“占”去了。

问题

1. 为什么电流表的电阻必须很小，而电压表的电阻必须很大？
2. 为什么电压表串联在电路中时，示数几乎等于电压源的电压，而电路中的电流却几乎消失了？

答案

1. 电流表是串联的，它的电阻会加到电路中，必须很小，才不会减小它所测量的电流：这里是 0.1 Ω 对 100 Ω。电压表是并联的，会从它所测的那段电路旁分走一部分电流；10 MΩ 对 100 Ω 时，这部分电流约为通过电阻的电流的十万分之一。
2. 串联时，电压表的 10 MΩ 与 100 Ω 的电阻相加，所以电流只有 \(I = U / R\) ≈ 6 V / 10 MΩ = 0.6 µA。在这样的电流下，电阻两端只有约 60 µV，电流表和电压源上的电压更小，几乎全部 6 V 都加在电压表上。