电子电气工程导论10月9日第三至四节

实时字幕历史

So

那么,

if the wire is very fine, which means it means the cross section

如果这根线非常细,那就意味着它的横截面积

area

很小。

is quite low. If A is quite low, this means the resistance is quite high.

非常小。如果A很小,那就意味着电阻非常高。

So, fine wire, you will get low power. low current and high resistance.

所以,使用细线的话,得到的功率会很低。电流小,电阻大。

And this moving coil meter is only suitable for DC. direct current. direct current circuit, sorry.

而且,这种动圈式仪表只适用于直流电。也就是直流电。抱歉,是直流电路。

And here is how it works.

下面是它的工作原理。

So if you want to measure the current, you put the meter with the circuit in series. If you want to measure the voltage, we connect the meter. This is our meter, right? moving coil meter. We connect our moving coil meter in parallel. This is the circuit.

那么,如果你想测量电流,就需要把仪表与电路串联起来。如果你想测量电压,就把仪表并联上去。这就是我们的仪表,对吧?是动圈式仪表。我们把动圈式仪表并联连接。这就是这个电路。

and actually the moving coil meter has an internal resistance. and this can introduce some errors. this can introduce some very small errors in the measurement. They are not ideal.

实际上,动圈式仪表有一个内阻。这会导致产生一些误差。在测量中会产生非常微小的误差。它们并不理想。

They have a resistance associated with them.

它们都带有内阻。

They have very small resistance. so they are not ideal.

不过这个内阻非常小。所以它们并不完美。

But an ideal voltmeter, actually, should have infinite resistance. which means the resistance is quite large. The resistance is very, very, very large. so it draws no current.

但实际上,理想的电压表,应该具有无限大的内阻。这意味着它的电阻非常大,可以说是极其巨大。因此,它不会消耗电流。

And for an ideal ammeter,

而对于理想的电流表,

it should have zero resistance. so it has no voltage drop.

它的电阻应该为零。这样就不会产生电压降。

For ammeter, ideally, it should have zero resistance. For voltmeter, ideally, it should have very large, very large. so it has no current.

对于电流表来说,理想情况下,它的电阻应该为零。而对于电压表,理想情况下,它的电阻应该非常大,非常大。这样就不会有电流流过。

Here is an ammeter. So this is the ammeter has three components. So this circuit is just one ammeter. If you want to use ammeter to measure current, we have to connect this part with the circuit in series. to measure the current. So inside of the ammeter, actually there is a resistor. connected in parallel.

这里是一个电流表。这个电流表有三个组成部分。所以,这个电路就是一个电流表。如果你想用电流表来测量电流,就必须把它串联在电路中。也就是把这部分和电路串联起来。这样才能测量电流。那么,在电流表的内部,其实有一个电阻。它是并联连接的。

with another resistor. So inside of the ammeter is actually parallel.

和另一个电阻并联。所以,电流表的内部实际上是并联结构。

The elements are connected in parallel. But when we want to measure current, we use the ammeter. We use the ammeter to connect with the element in series.

这些元件是并联连接的。但是,当我们想要测量电流时,我们会使用电流表。我们使用电流表时,需要将其与元件串联连接。

And if you want to measure a current I, where I is much larger than the current inside of the ammeter. So in this case,

如果你想测量一个电流I,而这个电流I远大于电流表内部的电流,那么在这种情况下,

the current is outside of the range. outside of the measuring range. That's the reason we have to use a shunt resistor. to make sure we can also measure this large current. to expand the measuring range.

电流超出了量程。超出了测量范围。这就是为什么我们必须使用一个分流电阻。以确保我们也能测量这个大电流。从而扩大测量范围。

So once we know the current here and the voltage, we can compute how big is the shunt resistor inside of the ammeter.

所以,一旦我们知道了这里的电流和电压,就可以计算出电流表内部的分流电阻的阻值。

Is it clear?

清楚了吗?

So this part is a complete part. This part is an integral. These three elements are inside. of one ammeter. And there is a shunt resistor inside of the ammeter.

所以,这一部分是一个完整的部分。它是一个整体。这三个元件都在内部。在一个电流表里。而且,电流表内部还有一个分流电阻。

And this resistor usually have very small value.

而且这个电阻的阻值通常非常小。

to make sure there is no voltage drop.

这是为了确保没有电压降。

Because for an ideal ammeter, it should have zero resistance. So ideally, it should have no voltage drop. That's the reason it must have very small. shunt resistor inside of the ammeter to make sure the total resistance of the ammeter is very small. So it is close to an ideal.

因为对于一个理想的电流表来说,它的电压降应该为零。也就是电阻为零。所以,理想情况下它不应该有电压降。这就是为什么它的阻值必须非常小的原因。电流表内部的这个分流电阻,就是为了确保总电阻非常小。这样它就接近于理想状态了。

And this is the voltmeter. voltmeter also has three elements. And there's also one shunt resistor.

接下来是电压表。电压表也有三个组成部分。还有一个分流电阻。

Okay, it's not called a shunt resistor, it's called a multiplier. multiplier resistor.

其实,它不叫分流电阻,而是叫倍率器。倍率电阻。

If we don't have the multiplier resistor, we cannot measure very large voltage. because the internal voltage is very small. So there should be a multiplier resistor connected with these two elements. And these three elements together. So these three elements together is a voltmeter.

如果没有倍率电阻,我们就无法测量很高的电压。因为电压表的内阻非常小。所以,必须有一个倍率电阻与这两个元件串联。这三个元件组合在一起。这样,这三个元件就构成了一个电压表。

And this multiplier resistor actually have very large. so it has very large resistance. make sure there's no current drop. because as I say here, ideal voltmeter should have very large resistance. to make sure there's no current drop. so based on the almost no, right? if the resistance is quite large, is infinite, you will get I is close to zero. that's the reason the multiplier resistor should be large.

而这个倍率电阻,实际上阻值非常大。所以它的电阻非常大。这样可以确保没有电流损耗。因为正如我在这里所说的,理想的电压表应该具有非常大的电阻。以确保没有电流通过。所以,基于几乎没有电流这一前提,对吧?如果电阻非常大,甚至是无穷大,那么电流I就会接近于零。这就是为什么分流电阻应该很大的原因。

in the voltmeter, the multiplier resistor should be large.

在电压表中,分流电阻应该很大。

great, that's all for today.

很好,今天就到这里。

课堂最终稿

If the wire is very fine, the cross-sectional area A is quite low. If A is low, the resistance is quite high. Therefore, with a fine wire, you get low current and high resistance. This moving coil ammeter is only suitable for DC circuits.

如果导线非常细,则横截面积 A 很小。A 小意味着电阻很高。因此,使用细导线时,电流低而电阻高。这种动圈式电流表仅适用于直流电路。

Here is how it works. To measure current, we connect the meter in series with the circuit. To measure voltage, we connect the meter—in this case, our moving coil meter—in parallel with the circuit.

以下是它的工作原理。要测量电流,我们将电表与电路串联。要测量电压,我们将电表——这里就是我们的动圈式电表——与电路并联。

The moving coil ammeter has an internal resistance. This can introduce systematic errors in the measurement because it is not ideal; it has a resistance.

动圈式电流表具有内阻。由于它并非理想器件——它存在电阻——这会在测量中引入系统误差。

Associated with them, they have lots more resistance. They are not ideal. An ideal voltmeter actually should have infinite resistance. This means the resistance is very, very large, so it draws no current.

与之相关联的是,它们具有很大的电阻。它们并非理想的。一个理想的电压表实际上应该具有无穷大的电阻。这意味着电阻非常大,因此它不汲取电流。

An ideal ammeter should have zero resistance, so it has no voltage drop. An ideal voltmeter should have very large resistance, so it has no current drawn. Here is an ammeter. The ammeter has three components. This circuit is just one ammeter. If you want to use an ammeter to measure current, we have to connect this part with…

理想电流表的内阻为零,因此不会产生压降。理想电压表的内阻极大,因此不会分流。这是一只电流表,它由三个部件组成。这个电路就是一台电流表。如果要使用电流表测量电流,我们需要将这一部分与……

The circuit is connected in series to measure current — this is what an ammeter does. Inside the ammeter, there is actually a resistor connected in parallel with another resistor. So the elements inside the ammeter are in parallel.

电路串联接入以测量电流——这就是电流表的作用。在电流表内部,实际上有一个电阻与另一个电阻并联连接。因此,电流表内部的元件是并联的。

To measure a current, we use an ammeter connected in series with the element. If we want to measure a current I where I is much larger than the current inside the ammeter, then in this case...

要测量电流,我们使用安培表,将其与元件串联。如果我们要测量的电流 I 远大于安培表内部的电流,那么在这种情况下……

The current is outside the measuring range of the ammeter. That is the reason we have to use a shunt resistor to make sure we can also measure this large current, to expand the measuring range. So once we know the current here and the voltage, we can compute how big the shunt resistor inside the ammeter should be.

电流超出了电流表的量程。这就是我们必须使用分流电阻的原因——通过它来扩展量程,从而能够测量这个大电流。一旦我们知道了这里的电流和电压,就可以计算出电流表内部的分流电阻应该多大。

Is it clear? This part is a complete unit. These three elements are inside one ammeter, and there is a shunt resistor inside the ammeter.

清楚了吗?这一部分是一个完整的单元。这三个元件都在一个电流表内部,电流表内部还有一个分流电阻。

This resistor should have a very small value to make sure there is no voltage drop, because for an ideal ammeter, it should have zero resistance. So ideally it should have no voltage drop. That is the reason you must have a very small shunt resistor inside the ammeter, to make sure the total resistance of the ammeter is quite small, so it is close to an ideal ammeter.

这个电阻的阻值必须非常小,以确保没有电压降,因为理想电流表的内阻应为零,理想情况下不应产生任何电压降。这就是为什么必须在电流表内部放置一个非常小的分流电阻,以确保电流表的总电阻足够小,使其接近理想电流表。

This is a voltmeter. A voltmeter also has three elements, and there is also one multiplier resistor.

这是一个电压表。电压表也有三个元件,此外还有一个倍率电阻。

A multiplier resistor is necessary because we cannot measure very large voltage directly—the internal voltage is quite small. So there should be a multiplier resistor connecting these three elements together to form a voltmeter. This multiplier resistor should actually have very large values, i.e., very large resistance, to make sure there is no current drop. As I say here, an ideal voltmeter should have very large resistance to make sure there is no current flow. Based on Ohm's law, if the resistance is quite large—infinity—

需要一个倍增电阻,因为我们无法直接测量非常大的电压——内部电压很小。因此需要一个倍增电阻将这三个元件连接在一起,构成一个电压表。这个倍增电阻实际上应该具有非常大的阻值,即非常大的电阻,以确保没有电流降。正如我这里所说的,理想电压表应该具有非常大的电阻,以确保没有电流流过。根据欧姆定律,如果电阻非常大——趋于无穷大——

It's infinite. The current I is close to zero. That's the reason the multiplier resistor should be large in the voltmeter. The multiplier resistor should be large in the voltmeter. Right, that's all for today.

它是无穷大的。电流 I 接近于零。这就是为什么电压表中的倍率电阻应该很大。倍率电阻在电压表中应该很大。好,今天就到这里。

课程总结

课程概览

本次课主要围绕电学测量中的动圈式电表展开,核心内容包括:导线粗细与横截面积、电阻和电流之间的关系;动圈式电表只适用于直流电路;测量电流时电表串联、测量电压时电表并联;实际电表存在内阻,因此不是理想电表;理想电流表应具有零电阻,理想电压表应具有无穷大电阻;电流表通过并联小阻值的分流电阻扩展量程;电压表通过串联大阻值的倍率电阻扩展量程。课程没有给出具体数值算例,重点是理解电表结构、连接方式、理想与实际差异以及量程扩展的逻辑。

主要内容

1. 细导线、横截面积与电阻的关系

教师从“导线非常细”这一情况出发,说明如果导线很细,则导线的横截面积 A 很小。横截面积 A 很小意味着电阻很高。因此,使用细导线时,会得到较低的电流和较高的电阻。实时字幕中还出现过“低功率”的说法,精修稿主要保留为“低电流和高电阻”。课堂的核心逻辑是:

  • 导线细 → 横截面积 A 小;
  • A 小 → 电阻高;
  • 电阻高 → 电流低。

这一部分为后续理解电表内阻、分流电阻和倍率电阻打下基础,因为电表内部的电阻大小会直接影响测量结果。

2. 动圈式电表只适用于直流电路

课堂明确指出,这种 moving coil meter,也就是动圈式电表/动圈式电流表,只适用于 DC,即 direct current,直流电路。实时字幕中还出现了“direct current circuit”的纠正。也就是说,动圈式测量机构不能直接用于交流电路。教师没有在课堂中详细解释原因,但这一限制是本次课的重要前提。

3. 测量电流与测量电压的连接方式

教师讲解了动圈式电表的基本使用方法:

  • 如果要测量电流,电表要与电路串联,也就是 put the meter with the circuit in series。
  • 如果要测量电压,电表要与电路并联,也就是 connect the meter in parallel。
  • 这里说的电表是动圈式电表;后续进一步区分则是:测电流用电流表,测电压用电压表。

这个连接方式是电学测量的基础,也是后续理解电流表内阻和电压表内阻影响的起点。

4. 实际电表的内阻与非理想性

动圈式电表或动圈式电流表具有内部电阻,称为 internal resistance。由于实际电表存在内阻,它并不是理想器件,因此会在测量中引入误差。精修稿中称为 systematic errors,即系统误差;实时字幕中也出现过“非常小的误差”的说法。可以理解为:误差来源是系统性的,具体大小取决于电表内阻和被测电路。

教师进一步对比了理想电表:

  • 理想电压表 ideal voltmeter 应该具有无限大的电阻,也就是 resistance is infinite,非常大,因此它不汲取电流,draws no current。
  • 理想电流表 ideal ammeter 应该具有零电阻,也就是 zero resistance,因此它不会产生电压降,no voltage drop。

这两个理想条件是本次课的关键判断标准。

5. 电流表的结构与分流电阻

教师以电流表为例说明其内部结构。电流表具有三个组成部分,整个电路可以看作一个完整的电流表。要测量电流时,必须把电流表与电路串联。需要注意的是,电流表外部连接是串联,但其内部结构并非全部串联:电流表内部实际上有电阻与另一个电阻并联,也就是说,电流表内部的元件是并联结构。

当要测量的电流 I 远大于电流表内部能够承受或流过的电流时,电流会超出电流表的测量范围,也就是 outside of the measuring range。为了测量大电流并扩展量程,必须使用分流电阻,即 shunt resistor。

分流电阻的作用和特点:

  • 用于扩大电流表的测量范围;
  • 一旦知道被测电流和电压等条件,可以计算电流表内部的分流电阻应该多大;
  • 分流电阻通常具有非常小的阻值;
  • 小阻值是为了确保没有明显的电压降;
  • 这样电流表的总电阻可以很小,接近理想电流表。

因此,电流表的核心逻辑是:测电流要串联;内部用并联分流电阻;分流电阻要小;总电阻要小;接近理想电流表的零电阻。

6. 电压表的结构与倍率电阻

教师接着介绍电压表。电压表也有三个元件,并且有一个用于扩展电压量程的电阻。教师特别纠正:这个电阻不叫分流电阻,而叫倍率电阻,即 multiplier resistor。

如果没有倍率电阻,就无法测量非常大的电压,因为电压表内部电压很小。倍率电阻需要与相关元件连接,最终这些元件共同组成电压表。倍率电阻的特点是:

  • 阻值应该非常大;
  • 用于确保没有明显的电流流过;
  • 理想电压表应具有非常大的电阻,甚至无穷大电阻;
  • 根据欧姆定律,如果电阻非常大甚至无穷大,则电流 I 接近于零;
  • 因此,电压表中的倍率电阻应该很大。

电压表的核心逻辑是:测电压要并联;内部用串联倍率电阻;倍率电阻要大;总电阻要大;电流接近零;接近理想电压表的无穷大电阻。

7. 电流表与电压表的对称关系

本次课形成了一个清晰的对比:

项目 电流表 ammeter 电压表 voltmeter
测量对象 电流 电压
外部连接 与电路串联 与电路并联
内部扩展元件 分流电阻 shunt resistor 倍率电阻 multiplier resistor
扩展元件连接 并联 串联
扩展元件阻值 很小 很大
理想内阻 零电阻 无穷大电阻
理想压降/电流 无电压降 不汲取电流
目的 扩大量程,接近理想电流表 扩大量程,接近理想电压表

这个对比是复习时最需要掌握的框架。

关键知识点与详细解释

  1. 横截面积与电阻
    导线越细,横截面积 A 越小;A 越小,电阻越高;电阻越高,电流越低。课堂通过这个例子说明电阻对电流的限制作用。

  2. 动圈式电表只适用于直流
    moving coil meter 只适用于 DC,direct current,即直流电路。它不是直接用于交流的通用电表。

  3. 测量连接方式
    测电流:电流表与电路串联。
    测电压:电压表与电路并联。
    这是一个容易混淆但必须牢记的基本规则。

  4. 实际电表有内阻
    动圈式电表/电流表具有 internal resistance。内阻会使测量产生系统误差,因此实际电表不是理想电表。

  5. 理想电流表
    理想电流表应具有零电阻,zero resistance,因此没有电压降,no voltage drop。实际电流表通过很小的分流电阻,使总电阻尽量小,接近理想状态。

  6. 理想电压表
    理想电压表应具有无穷大电阻,infinite resistance,因此不汲取电流,draws no current。实际电压表通过很大的倍率电阻,使总电阻尽量大,电流接近零,接近理想状态。

  7. 分流电阻 shunt resistor
    用于电流表扩大量程。它与电流表内部相关元件并联,阻值很小。当被测电流超过电流表原量程时,需要分流电阻来分担电流,使电流表能够测量更大的电流。

  8. 倍率电阻 multiplier resistor
    用于电压表扩大量程。它与电压表内部相关元件串联,阻值很大。没有倍率电阻,电压表无法测量很高的电压,因为内部可承受的电压很小。

  9. 测量范围 measuring range
    当被测电流 I 远大于电流表内部电流时,电流超出量程。此时需要扩展 measuring range。电流表用分流电阻扩展量程,电压表用倍率电阻扩展量程。

  10. 欧姆定律的定性使用
    教师提到,如果电压表电阻非常大甚至无穷大,则电流 I 接近于零。这说明在电压表中,倍率电阻应很大,以减少电流流过。

  11. 材料转录差异与易错点提醒

    • 实时字幕中出现“low power”,精修稿主要保留“low current and high resistance”。课堂核心是细线导致横截面积小、电阻高、电流低;是否功率低取决于具体电压条件,不宜单独当作核心结论。
    • 实时字幕有“They have very small resistance”,精修稿有“lots more resistance”一类表述,二者存在差异。结合上下文,更稳妥的理解是:实际动圈式电表有内阻,并非理想;理想电流表应零电阻,理想电压表应无穷大电阻。不要把“所有电表内阻都很大”或“都很小”混为一谈。
    • 电压表中的扩展电阻,实时字幕先称为 shunt resistor,后来教师纠正为 multiplier resistor。复习时不要混淆:电流表用 shunt resistor,电压表用 multiplier resistor。

课堂示例与问题

  • 细导线示例:如果导线非常细,横截面积 A 很小;A 小则电阻高;结果是电流低、电阻高。实时字幕还提到可能功率低,但精修稿未强调这一点。
  • 测量电流的示例:要测量电流,把电流表与电路串联。电流表外部是串联,但内部有并联结构。
  • 测量电压的示例:要测量电压,把电压表与电路并联。电压表内部通过倍率电阻与相关元件串联,使总电阻很大。
  • 大电流超量程示例:如果被测电流 I 远大于电流表内部电流,电流会超出量程。此时需要使用分流电阻 shunt resistor 来扩展测量范围。知道电流和电压后,可以计算分流电阻应该多大。
  • 大电压测量示例:如果没有倍率电阻,就无法测量非常大的电压,因为电压表内部电压很小。倍率电阻必须很大,以保证几乎没有电流流过。
  • 课堂提问:教师问“Is it clear?”也就是“清楚了吗?”,用于确认学生是否理解电流表内部结构和分流电阻。材料中没有记录学生回答。
  • 课堂没有给出具体数值:本次材料没有给出具体电阻值、电流值或电压值,因此不能计算具体分流电阻或倍率电阻数值,只能掌握选择原则和计算思路。

AI 延伸解释

以下内容是为了帮助理解而补充,并非教师原话。

  1. 为什么细导线电阻高
    教师只做了定性说明:细导线横截面积 A 小,电阻高。通用知识中可用电阻定律解释:
    R = ρL / A
    其中 R 是电阻,ρ 是材料电阻率,L 是长度,A 是横截面积。A 越小,R 越大。因此细导线在相同材料和长度下电阻更高。

  2. 为什么动圈式电表只适用于直流
    动圈式测量机构通常依靠永久磁场与通电线圈之间的电磁力产生偏转。直流电流方向稳定,偏转方向稳定;交流电流方向不断变化,平均转矩可能接近零,因此不能直接稳定指示交流值。若要测交流,通常需要整流或其他交流测量机构。教师课堂只指出“只适用于 DC”,未展开原因。

  3. 电流表分流电阻的计算思路
    设表头满偏电流为 I_g,表头内阻为 R_g,要扩展到的量程为 I,且 I > I_g。分流电阻 R_sh 与表头并联,则:
    I_g R_g = (I - I_g) R_sh
    所以:
    R_sh = I_g R_g / (I - I_g)
    电流表总内阻为表头内阻与分流电阻并联,因此很小,接近理想电流表的零电阻。教师只说明“知道电流和电压后可计算分流电阻”,未在课堂中写出公式。

  4. 电压表倍率电阻的计算思路
    设表头满偏电流为 I_g,表头内阻为 R_g,要扩展到的电压量程为 V。倍率电阻 R_m 与表头串联,则:
    V = I_g (R_g + R_m)
    所以:
    R_m = V / I_g - R_g
    电压表总内阻为 R_g + R_m,因此很大,接近理想电压表的无穷大电阻。教师只说明倍率电阻应很大,未在课堂中写出公式。

  5. 系统误差如何理解
    电流表串联接入电路后会增加一点电阻,可能使被测电流略变小;电压表并联接入电路后会汲取一点电流,可能使被测电压略变小。这就是电表内阻引入的系统误差。选用内阻合适的电表、或进行修正,可以减小这种影响。教师提到“会引入系统误差”,但没有展开具体修正方法。

英语术语学习表

English term 中文含义 课堂语境与用法 Example sentence
cross-sectional area 横截面积 导线很细时,横截面积 A 很小,电阻很高 A fine wire has a small cross-sectional area.
resistance 电阻 横截面积小导致电阻高 If the cross-sectional area is low, the resistance is high.
fine wire 细导线 用于说明细线导致高电阻、低电流 A fine wire gives high resistance and low current.
direct current / DC 直流电 动圈式电表只适用于直流电路 This moving coil meter is only suitable for DC circuits.
moving coil meter 动圈式电表 本次课的核心测量机构 The moving coil meter is not ideal because it has internal resistance.
ammeter 电流表 测量电流,与电路串联 Connect the ammeter in series with the circuit.
voltmeter 电压表 测量电压,与电路并联 Connect the voltmeter in parallel with the circuit.
in series 串联 测电流时电表与电路串联 To measure current, put the meter in series.
in parallel 并联 测电压时电表与电路并联 To measure voltage, connect the meter in parallel.
internal resistance 内阻 实际电表有内阻,会导致测量误差 The ammeter has an internal resistance.
systematic error 系统误差 内阻会引入系统性测量误差 The internal resistance can introduce systematic error.
ideal ammeter 理想电流表 应具有零电阻,无电压降 An ideal ammeter should have zero resistance.
ideal voltmeter 理想电压表 应具有无穷大电阻,不汲取电流 An ideal voltmeter should have infinite resistance.
zero resistance 零电阻 理想电流表的条件 Ideally, the ammeter should have zero resistance.
infinite resistance 无穷大电阻 理想电压表的条件 An ideal voltmeter should have infinite resistance.
voltage drop 电压降 理想电流表不应产生电压降 An ideal ammeter has no voltage drop.
draw current 汲取电流、消耗电流 理想电压表不汲取电流 An ideal voltmeter draws no current.
shunt resistor 分流电阻 电流表中并联的小电阻,用于扩大电流量程 A shunt resistor is used to expand the ammeter range.
multiplier resistor 倍率电阻 电压表中串联的大电阻,用于扩大电压量程 A multiplier resistor is used in a voltmeter.
measuring range 量程、测量范围 电流超出量程时需要使用分流电阻 The current is outside the measuring range.
expand the measuring range 扩大量程 分流电阻和倍率电阻都用于扩大量程 A shunt resistor can expand the measuring range.
Ohm's law 欧姆定律 用于说明电阻很大时电流接近零 Based on Ohm's law, if resistance is infinite, current is close to zero.
current flow 电流流动 倍率电阻很大时电流接近零 With a very large multiplier resistor, current flow is almost zero.

复习提纲

一、基础概念

  • 解释导线横截面积 A 与电阻、电流之间的关系。
  • 说明为什么细导线会导致高电阻、低电流。
  • 记住 moving coil meter 只适用于 DC,direct current,直流电路。
  • 区分 moving coil meter、ammeter、voltmeter 三个术语。

二、连接方式

  • 测电流:电流表与电路串联,in series。
  • 测电压:电压表与电路并联,in parallel。
  • 能判断给定测量任务应使用哪种电表、如何连接。
  • 注意:电流表外部串联,但内部可能是并联结构;电压表外部并联,但内部倍率电阻是串联。

三、理想电表与实际电表

  • 理想电流表:零电阻,无电压降。
  • 理想电压表:无穷大电阻,不汲取电流。
  • 实际电表:有 internal resistance,会引入 systematic error。
  • 能解释为什么实际电表不是理想电表。

四、量程扩展

  • 电流表扩大量程:使用 shunt resistor,分流电阻。
  • 分流电阻连接方式:并联。
  • 分流电阻阻值:很小。
  • 目的:使电流表总电阻很小,接近理想电流表。
  • 电压表扩大量程:使用 multiplier resistor,倍率电阻。
  • 倍率电阻连接方式:串联。
  • 倍率电阻阻值:很大。
  • 目的:使电压表总电阻很大,电流接近零,接近理想电压表。
  • 能说出“没有倍率电阻,就不能测量很大的电压”。

五、易错点

  • 不要把 shunt resistor 和 multiplier resistor 混淆。
  • 不要把电流表的串联连接与电压表的并联连接混淆。
  • 不要认为实际电表是理想的;它们有内阻。
  • 不要认为所有电表内阻都很大或都很小;电流表应接近零电阻,电压表应接近无穷大电阻。
  • 注意材料中“low power”和“very small resistance”等表达有实时字幕与精修稿差异,核心结论应以课堂反复强调的电阻、量程和理想条件为准。
  • 课堂没有给出具体数值,不能凭空计算具体分流电阻或倍率电阻。

六、核心问题

  1. 为什么细导线的电阻高?
  2. 动圈式电表为什么只适用于直流电路?
  3. 测量电流和测量电压时,电表分别应如何连接?
  4. 理想电流表和理想电压表的内阻分别应是多少?
  5. 实际电表的内阻会带来什么测量问题?
  6. 电流表为什么需要分流电阻?分流电阻应大还是小?为什么?
  7. 电压表为什么需要倍率电阻?倍率电阻应大还是小?为什么?
  8. 当被测电流超过电流表量程时,应如何处理?
  9. 如果没有倍率电阻,电压表为什么无法测量很高的电压?
  10. 如何用欧姆定律定性解释“电压表电阻很大时,电流接近零”?

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