十問歐姆表

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多用電表在人教版高中物理必修一教材中占了兩節(jié)，分別為“多用電表的原理”和“練習(xí)使用多用電表”，但在考試中更多的是考查歐姆表。下面就學(xué)生對歐姆表常見的疑惑進(jìn)行解答。

一問：歐姆表是用來測量什么的？

答：測量不同的物理量會采用不同的測量儀器，正像電壓表用來測電壓、電流表用來測電流一樣，歐姆表就是用來粗略測量電阻阻值的。

二問：歐姆表在測量電阻時，需要有外電源給電阻通電嗎？

答：因?yàn)闅W姆表內(nèi)部有自身電源，當(dāng)測量電阻的阻值時，為了防止損毀歐姆表，必須將電阻與外電源斷開，測量過程中的電壓完全由歐姆表內(nèi)部的電池提供。測量純電阻時哪只表筆連接電阻的哪一端沒有要求限制。

三問：用歐姆表測量二極管的電阻時，對紅黑表筆的連接有要求嗎？

答：是否需要考慮兩個表筆連接待測電器的哪一端，與待測電阻的性質(zhì)有關(guān)。用歐姆表測量二極管的正向和反向電阻時，必須要考慮兩個表筆的連接問題。在測量二極管正向電阻時，需要將黑表筆接二極管的正極，紅表筆接二極管的負(fù)極；在測量二極管的反向電阻時，應(yīng)將黑表筆接二極管的負(fù)極，紅表筆接二極管的正極，如圖1所示。

圖1

四問：歐姆表為什么是粗略測量電阻？

答：因?yàn)闅W姆表的表盤刻度不均勻，且阻值越大，表盤刻度就越密，所以無法準(zhǔn)確讀出電阻阻值。

五問：歐姆表的表盤刻度不均勻要從其結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行研究，那么歐姆表的結(jié)構(gòu)是什么樣的呢？

答：歐姆表內(nèi)部由三部分組成，分別是電源、電流表和調(diào)零電阻，由兩根表筆與外部待測電阻相連，黑表筆連接內(nèi)部電源的正極，紅表筆則連接內(nèi)部電源的負(fù)極，如圖2所示。

圖2

六問：歐姆表的工作原理是什么呢？

答：歐姆表內(nèi)置有一個電流表，其工作原理是閉合電路歐姆定律，電流（其中Rx為待測電阻、r為內(nèi)部電池內(nèi)阻、Rg為電流表內(nèi)阻、R0為調(diào)零電阻的阻值），由表達(dá)式可知電流I并不與待測電阻Rx成正比。因此也決定了歐姆表的表盤不是均勻的。

七問：如何確定歐姆表的表盤刻度呢？

答：通常我們把r+Rg+R0三者的總和叫作歐姆表的內(nèi)阻，當(dāng)Rx=0時，根據(jù)歐姆定律有Ig=當(dāng)則有Rx=r+Rg+R0，此時指針剛好指著刻度盤的正中間，我們把此時的電阻叫作中值電阻Rx=R中=r+Rg+R0。通過前面的分析，我們知道了歐姆表三個特定位置的阻值，分別是Rx=0時I=Ig，指針指向最右端；Rx=R中時，指針指向表盤正中間位置；當(dāng)Rx=∞時，I=0，指針指向最左端。根據(jù)當(dāng) R=2R、3R、4R……nR,此時x中中中中的電流就分別為滿偏電流Ig的，此時電表指針偏轉(zhuǎn)的角度為電流滿偏刻度的而當(dāng)時，電表指針的偏轉(zhuǎn)角度分別為滿偏時的可見，一個Rx對應(yīng)一個電流值，假如我們在刻度盤上直接標(biāo)出與電流I值相對應(yīng)的Rx值，在這個刻度盤上就可以直接讀出的Rx值了?，F(xiàn)在我們可以通過一個表格進(jìn)行一下對比，設(shè)Ig為電流計的滿偏電流，Rx為待測電阻阻值，I為兩表筆間接入Rx時流經(jīng)電流計的電流，此時電流計指針的偏角為α，電流計滿偏時的指針偏角為θ，以電流的十分之一為單位列表分析：

?

通過這個表格能清晰地看出指針偏角和電流是正比且一一對應(yīng)，但是電阻Rx沒有按照正比關(guān)系對應(yīng)。綜上所述，歐姆表的表盤刻度是不均勻的，指針偏角越小，電阻越大，流經(jīng)電流表的電流越小，且刻度越來越密。

歐姆表跟其它表一樣也是有量程的，歐姆表的量程是∞，且∞在刻度盤的最左端。當(dāng)兩個表筆斷開時，整個電路成斷路狀態(tài)，沒有電流通過電流表，此時電流為零，電阻最大∞。當(dāng)兩表筆間短接時，流經(jīng)電流表的電流最大，應(yīng)指向電流表的量程，即最右端，此時的外接電阻為零，也就是說歐姆表電阻為零的刻度在表盤的最右端，這也是歐姆表區(qū)別于其它表的不同之處。

八問：歐姆表是如何改變倍率的？

答：通過上面的分析不難發(fā)現(xiàn)，若歐姆表的中值電阻相同了，即指針位置為處的電阻相同了，那么處的電阻也就都相同，換句話說，這樣的歐姆表表盤就是通用的，歐姆表就是一樣的了。要想改變歐姆表檔位，即指針指到同一位置的電阻要發(fā)生變化，也就不難想象要從改變中值電阻入手了。Ig=R由E和I決定，所以調(diào)整歐中g(shù)姆表的倍率實(shí)際上就是通過改變E和Ig來實(shí)現(xiàn)的。，可見，改變中值電阻可以通過電動勢E和滿偏電流Ig來實(shí)現(xiàn)。方案有兩種：第一，控制滿偏電流Ig不變，只改變電源的電動勢E；第二，控制電源的電動勢E不變，只改變滿偏電流Ig。

如圖3所示為人教版教材選修3-1第二章恒定電流第8節(jié)《多用電表的原理》一節(jié)給出的多量程多用電表示意圖，其中E和E?電動勢是不同的，其中的3和4擋為電阻擋，通過選擇擋位實(shí)現(xiàn)方案一。

圖3

圖4

如圖4所示，電源的電動勢不變，通過并聯(lián)在電流計的三個阻值不同的電阻，將電流計改裝成三個量程不同的電流表，也就是改變流經(jīng)內(nèi)部的最大電流，實(shí)現(xiàn)了方案二。這就是歐姆表換擋改變倍率的原理。

九問：應(yīng)該如何使用歐姆表測量電阻？

答：1.先看歐姆表的指針是否指到電流的零點(diǎn)，如果沒有指到電流零點(diǎn)則需要進(jìn)行機(jī)械調(diào)零。

2.測量電阻之前，先用兩表筆試觸電阻，根據(jù)指針的偏角選擇歐姆表的倍率。

3.然后將兩表筆短接，進(jìn)行歐姆調(diào)零，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)零電阻旋鈕，將指針調(diào)到指向電流最大處。

4.將兩表筆接在待測電阻兩端，讀出指針?biāo)傅淖柚担缓蟪艘运x倍率，即是待測電阻的阻值。

5.如果測量多個電阻，每換一次倍率都需要重新調(diào)零。

十問：使用歐姆表測量完畢，應(yīng)如何存放歐姆表呢？

答：測量完畢后，應(yīng)拔出兩個表筆，選擇開關(guān)置于 OFF擋或交流電壓最高擋位置。

練習(xí)1：歐姆表的中值電阻只決定于E和Ig，若歐姆表表頭的滿偏電流Ig=50μA，設(shè)計時要求中值電阻為R中=250kΩ，那么應(yīng)該用多大的電源電壓？

練習(xí)2：將G表改裝成兩種倍率（如“×1”“×10”）的歐姆表?，F(xiàn)有兩種備選電路，如圖5和圖 6所示，則圖__（選填“5”或“6”）為合理電路；另一種電路不合理的原因在于，在合理的電路中，當(dāng)開關(guān)S合向__端，這時的歐姆表是較大的倍率擋。

圖5

圖6

分析：圖6中電源和電流計都沒有發(fā)生變化，因此對于圖6，無論開關(guān)接到c端還是d端，都不能改變E和Ig，所以圖6是不能改變歐姆表倍率的。而圖5中電流計跟兩個電阻RA、RB并聯(lián)，實(shí)際上就是把電流計改裝成兩種不同量程的電流表，這樣就可以通過改變電流表的Ig來改變歐姆表的倍率，所以正確電路應(yīng)該選擇圖5。開關(guān)接a處，改裝后的電流表量程偏大，所以根據(jù)，此時的R就偏?。婚_關(guān)接b中處時R中偏大。因此，本題的答案是正確電路為圖5，開關(guān)合上b時倍率較大。

掌握了歐姆表的中值電阻概念和換擋原理，這兩個問題就能迎刃而解。教學(xué)中可以適當(dāng)拓寬歐姆表的內(nèi)容，使學(xué)生能夠把握歐姆表的工作原理，輕松駕馭靈活多變的題目。