歐姆表原理探微

1 引言

在高中物理第二冊“用多用電表探索黑箱內(nèi)的電學(xué)元件”的實(shí)驗(yàn)中，涉及到了歐姆表的原理及使用。對于歐姆表的原理，筆者發(fā)現(xiàn)在許多資料上對此問題都還存在著不足之處，老師沒有深究，學(xué)生也就不敢細(xì)問。愛因斯坦說：“提出一個(gè)問題往往比解決一個(gè)問題重要”。因?yàn)榻鉀Q問題也許只是數(shù)學(xué)上的或?qū)嶒?yàn)上的技能而已，而提出一個(gè)新的問題，新的可能性，從新的角度去看舊的問題，卻需要有創(chuàng)造性的想象力，也標(biāo)志著科學(xué)的真正進(jìn)步。

多用電表俗稱萬用表，可以測量直流電流、直流電壓、交流電壓以及電阻，是電工及電器維修人員必備的電路檢修儀器。歐姆表是多用電表的重要組成部分，用以測量電學(xué)元件的電阻。歐姆表的使用較電流表、電壓表要特殊也要復(fù)雜一些，它的使用步驟及使用注意事項(xiàng)也與電流表、電壓表有很大區(qū)別。許多學(xué)生在學(xué)習(xí)的時(shí)候只是把這些問題記了下來，并沒有弄懂。其實(shí)這個(gè)問題本身并不復(fù)雜，可以說是學(xué)生對恒定電流部分應(yīng)用與思考的一次鍛煉。對此，筆者對歐姆表的原理及關(guān)聯(lián)的使用事項(xiàng)，進(jìn)行了深入一步的探討。

2 歐姆表基本原理

在很多資料上，歐姆表的原理圖都如圖1所示，但這只是歐姆表的基本原理圖，對于換檔以及換檔后的調(diào)零都無法解釋。我們先從基本原理入手。歐姆表內(nèi)部由一個(gè)電池（電動勢為Ε，內(nèi)阻為r）、一個(gè)小量程電流表（俗稱表頭）和一個(gè)調(diào)零電阻組成。表頭的滿偏電流為Ig，內(nèi)阻為Rg。將紅、黑表筆短接，對歐姆表調(diào)零時(shí)，根據(jù)閉合電路的歐姆定律有Ig＝ΕRg+r+R。此時(shí)，外電路電阻為零，所以通過調(diào)節(jié)調(diào)零電阻使表頭電流達(dá)到滿偏，使指針指示值為0Ω。當(dāng)紅、黑表筆間接有未知電阻Rx時(shí)，有I＝ΕRg+r+R+Rx ，可以看出對于每一個(gè)未知電阻都有一個(gè)電流值I與之對應(yīng)，我們在刻度盤上直接算出并標(biāo)出與I對應(yīng)的Rx值，所測電阻的值就可從表盤刻度直接讀出。

4 換檔原理及換檔后需重新調(diào)零的原因

換檔后歐姆表的內(nèi)阻已經(jīng)發(fā)生了變化，而電源電動勢是固定的，所以必然電路中的電流會發(fā)生變化。也就是說，原來紅黑表筆短接時(shí)，指針滿偏指到零刻度，若將倍率檔調(diào)大，由于內(nèi)阻發(fā)生變化，電路中電流也隨之變化，當(dāng)紅黑表筆短接時(shí)，指針將不再指向零刻度。因而，每次換檔后均需調(diào)零。

如我們所知道的，表頭的滿偏電流是固定的，倍率檔的調(diào)大是通過串聯(lián)電阻使總阻值增大而實(shí)現(xiàn)的，由于電阻的增大，電流則相應(yīng)地減小。而換檔后調(diào)零的目的，卻是使電流恢復(fù)到原來的值，以便表筆短接時(shí)指針指示到零刻度，所以必然需要將調(diào)零電阻阻值調(diào)小。

這樣便發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問題，當(dāng)換檔后，通過調(diào)零使指針再指到零刻度，此時(shí)歐姆表的內(nèi)阻將和原來一樣，這樣便沒有起到換檔的目的。所以歐姆表如果真的只像是書上給出的一個(gè)簡單的串聯(lián)電路，完全是不可行的。

6 總結(jié)

經(jīng)過上面的分析，可以看出歐姆表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)其實(shí)遠(yuǎn)比一般資料上所描繪的要復(fù)雜。只是對于高中生而言，我們沒有必要也不應(yīng)當(dāng)講那么復(fù)雜，但作為老師，有些必要了解的知識還是應(yīng)該要了解，以免在學(xué)生問到的時(shí)候無言以對，甚至誤導(dǎo)學(xué)生。

(欄目編輯鄧 磊)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。