一道歐姆表換擋試題賞析

趙生武

(甘肅省永登縣第一中學 730300)

歐姆表的使用是歷年來高考電學實驗的熱點，并且近年來高考命題趨勢從考查歐姆表的讀數(shù)、探測黑箱內元件等逐步向考查歐姆表原理與實際操作過渡，體現(xiàn)試題的綜合性、應用性和實踐性.筆者在一輪復習中遇到一道典型的歐姆表換擋試題，試題在考查歐姆表基本原理的基礎上，突出歐姆表的歐姆調零和切換倍率兩大亮點.現(xiàn)將試題呈現(xiàn)，并從四個角度予以賞析，并提出試題改編建議.

一、試題呈現(xiàn)

某物理興趣小組設計了如圖1a所示的歐姆表電路，通過控制開關S和調節(jié)電阻箱，可以使歐姆表具有“×1”和“×10”兩種倍率，所用器材如下：

A.干電池(電動勢E=1.5V，內阻r=0.5 Ω)

B.電流表G(滿偏電流Ig=1mA，內阻Rg=150Ω)

C.定值電阻R1(阻值為1200Ω)

D.電阻箱R2和R3(最大阻值為9999Ω)

E. 電阻箱R4(最大阻值為9999Ω)

F.開關一個，紅、黑表筆各一支，導線若干

(1)該實驗小組按圖1(a)所示原理圖正確連接好電路，當開關S斷開時，將紅、黑表筆短接，調節(jié)電阻箱R2=Ω，使電流表達到滿偏，此時閉合電路的總電阻叫做歐姆表的內阻R內，則R內=Ω，歐姆表是(填“×1”或“×10”)倍率.

(2)閉合開關S.

第一步：調節(jié)電阻箱R2和R3，當R2=Ω 且R3=Ω時，將紅、黑表筆短接，電流表再次達到滿偏；

第二步:在紅、黑表筆間接入電阻箱R4，調節(jié)R4，當電流表指針指向圖1(b)所示位置時，對應的歐姆表的示數(shù)為Ω.

二、試題賞析

1.考查基礎性——歐姆表的工作原理

(1)歐姆調零原理

(2)中值電阻

2.體現(xiàn)創(chuàng)新性——歐姆表換擋

3.突出綜合性——電流表的改裝和閉合電路歐姆定律的綜合應用

4.具有拓展性——歐姆表換擋的進一步思考

現(xiàn)以實驗室常用的MF47型磁電式多用電表為例，如圖2所示，進一步分析歐姆表的換擋原理.MF47系列磁電式多用電表歐姆擋的倍率分別是：“×1”， “×10”， “×100”， “×1K”， “×10K”， “×100K”， “×1M”，刻度盤的中值刻度數(shù)為16.5，表頭的滿偏電流為46.2μA.為計算方便，中值刻度數(shù)取15，表頭滿偏電流取0.1mA，若不改裝電流表，只通過改變電源電動勢實現(xiàn)歐姆表換擋，由E=Ig·R內求得各倍率對應電源電動勢分別為：1.5mV，15mV，150mV，1.5V，15V，150V，1500V.可見，電源電動勢成10倍增長變化，考慮結構緊湊性、攜帶方便性、使用安全性等原則，顯然不現(xiàn)實.

經(jīng)查MF47系列磁電式多用電表內部有兩只電池：R14型2#1.5V和6F22型9V，并且說明書中指出：當R×10K擋不能調至零位時，更換6F22型9V電池，R×1K及以下?lián)醪荒苷{至零位時，更換R14型2# 1.5V電池.可見，電動勢為1.5V時，有“×1”， “×10”， “×100”， “×1K”倍率，電動勢為9V時，有“×10K”， “×100K”， “×1M”倍率.

所以，MF47系列磁電式多用電表歐姆擋換擋原理綜合運用兩種方法，且在同一電動勢下，通過改裝電流表實現(xiàn)歐姆表換擋.

三、改編建議

本試題給出歐姆表具有“×1”和“×10”兩種倍率，兩種倍率下歐姆表的內阻分別是150Ω和1500Ω.所以，歐姆表刻度盤的中值刻度為150，這與實驗室常用MF47系列磁電式多用電表相差較大，又因常見歐姆表試題中的歐姆表刻度盤的中值刻度為15左右.所以，本試題中“×1”和“×10”倍率建議改為“×10”和“×100”兩種倍率，更加符合實際和學生的已有經(jīng)驗.