歐姆表使用中的十個為什么

摘 要：歐姆表是測電阻的儀器，正確使用歐姆表是培養(yǎng)實驗技能和科學(xué)思維的重要途徑。但實際操作中會出現(xiàn)很多疑問，而弄清其中的底層邏輯是提升學(xué)科素養(yǎng)的有效途徑。

關(guān)鍵詞：左密右疏；歐姆調(diào)零；中值電阻；相對誤差

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2024）7-0073-3

歐姆表是測電阻的儀器，其工作原理則基于閉合電路的歐姆定律。在歐姆表測電阻的教學(xué)中，教師往往直接給出一些結(jié)論讓學(xué)生記憶，比如“在中值電阻附近讀數(shù)較為準(zhǔn)確”，但為什么準(zhǔn)確學(xué)生不得而知，還讓學(xué)生有了更多疑惑。高考評價體系中指出，整合學(xué)科相關(guān)知識，運用學(xué)科相關(guān)能力認識問題、分析問題、解決問題，這是提升學(xué)科素養(yǎng)的有效途徑。由此看來，教師講明為什么是有必要的?；诖耍Y(jié)合教學(xué)實際，總結(jié)了以下十個學(xué)生容易產(chǎn)生的疑問，并加以解讀，以期幫助學(xué)生更好地理解和使用歐姆表。

1 為什么歐姆表的刻度左密右疏

指針式的電流表或電壓表的刻度是均勻的，而歐姆表的刻度卻不均勻，且左密右疏，這是為什么？我們知道，歐姆表測電阻時，首先是將電阻Rx接入電路，那么通過電流表的電流為

2 為什么每次換擋都需要進行歐姆調(diào)零

歐姆調(diào)零的步驟是紅黑表筆短接，調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕，使指針指向滿偏電流（表盤上0 Ω）的位置。

如圖1是歐姆表換擋示意圖，換擋時旋動旋鈕S，當(dāng)S接通R1、R2或R3時代表歐姆表不同的擋位，擋位不同時，G表并聯(lián)的電阻不同，歐姆表的內(nèi)阻也不同。歐姆調(diào)零時，紅黑表筆短接（外電阻為零），指針不再指向0 Ω的位置，這時需要通過調(diào)節(jié)調(diào)零電阻R0，使指針重新指向0 Ω的位置，此時才可以表示外電阻為0。

3 為什么低擋位時無法調(diào)零

歐姆表在換擋后要進行歐姆調(diào)零才能使用，但在實際操作時有這樣一種現(xiàn)象［1］：高倍率擋時（比如×10k）調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕，可以正常進行歐姆調(diào)零，但當(dāng)?shù)捅堵蕮鯐r（比如×1），無論怎樣調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕，指針都無法指到滿偏電流的位置，這也就意味著歐姆調(diào)零失敗，這是為什么呢？問題出在電池上，學(xué)生型歐姆表一般使用干電池作為內(nèi)部電源。資料顯示，當(dāng)干電池使用久了以后，電池的電動勢減小，內(nèi)阻增大為十幾歐甚至上百歐。如果繼續(xù)使用舊的電池作為內(nèi)部電源，那么無論選擇哪個擋位，流過表頭的最大電流都會減小。只是低倍率擋時，流過表頭的最大電流減小得更多，以至于電流小于其量程，這也就意味著無法調(diào)零。如果將電池更換為新電池，這種現(xiàn)象隨即消失。

4 為什么中值電阻就是該擋位下的內(nèi)阻

如圖2（甲）是歐姆表內(nèi)部構(gòu)造示意圖，歐姆表的內(nèi)部構(gòu)造由電池、電流表G、調(diào)零電阻R和紅、黑表筆組成，其內(nèi)阻R=Rg+R+r。如圖2（乙）所示，當(dāng)紅、黑表筆短接（被測電阻Rx=0）時，調(diào)節(jié)調(diào)零電阻R，使I=Ig，電流表的指針達到滿偏（指針指在0 Ω位置），這一過程叫歐姆調(diào)零。根據(jù)閉合電路的歐姆定律

5 為什么中值電阻決定了歐姆表的刻度

6 為什么不能測電源的內(nèi)阻

歐姆表的工作原理是基于表內(nèi)的電池與待測電阻構(gòu)成閉合電路，通過表頭的電流指示來顯示被測電阻。對于外部電源的內(nèi)阻不能用歐姆表測量，有兩方面的原因：第一，把外部電源接上歐姆表后，電路的結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化，歐姆表的電流與原來設(shè)計標(biāo)注的刻度不再吻合，指針指示讀數(shù)也就不再是所測電阻的阻值；第二，實際操作中，外部電源的接入輕則會使測量無效，重則燒壞歐姆表。由此看來，歐姆表不能用來測電源的內(nèi)阻，即使在測純電阻的阻值時，也需要先把外部電源斷開才能進行測量。

7 為什么估讀會偏大

（3）式結(jié)果表明，這樣估讀的結(jié)果是大于實際電阻值的，即估讀值偏大。由于歐姆表的刻度本身不均勻，所以度數(shù)越小或越大，估讀的誤差就越大。

8 為什么在中值電阻附近讀數(shù)

由上面分析可知，對于不同數(shù)量級阻值的電阻，為了滿足在中值電阻附近讀數(shù)，我們需要選擇合適的倍率，比如，中間刻度是“15”，在測量約20 Ω的電阻時，宜選擇倍率“×1”；在測量約2 000 Ω的電阻時，宜選擇倍率“×100”，等等。

9 為什么指針偏轉(zhuǎn)角太大時要換低倍率的擋位

測電阻時，我們在中值電阻附近讀數(shù)較為準(zhǔn)確，這就需要選擇合適的擋位讓指針指在中值電阻附近。如圖4所示，指針的偏轉(zhuǎn)角較大，并不是指在中間刻度附近，所以需要更換倍率，由于當(dāng)前指針讀數(shù)偏小，根據(jù)電阻Rx=讀數(shù)×倍率，所以選擇的倍率偏高，需要更換低倍率的擋位，反之亦然?？梢岳每谠E記憶，即“轉(zhuǎn)大換小，轉(zhuǎn)小換大”。

10 為什么電池用舊了，測量值偏大

以上十個為什么是學(xué)生學(xué)習(xí)歐姆表的過程中容易產(chǎn)生的疑惑，主要表現(xiàn)在歐姆表的原理、使用方法、注意事項和誤差分析等幾個方面，教師只有在教學(xué)中講明了這些疑惑的底層邏輯，學(xué)生才能更好地使用歐姆表。歐姆表測電阻的特點是可以直接讀數(shù)且操作簡單，但限于測量原理，所以只能用于粗測阻值，如果對精度有要求，就需要考慮其他測量方法，比如伏安法［5］。

參考文獻：

［1］張轉(zhuǎn)利，陶振宇.為什么低擋調(diào)不到零？——對歐姆表使用過程中一個現(xiàn)象的探討［J］.物理教師，2015，36（10）：54-56.

［2］馬仕彪.歐姆表測量原理和倍率的探討［J］.物理通報，2023（9）：140-145.

［3］梁燦彬，秦光戎，梁竹健.電磁學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，1980：214-215.

［4］朱建廉.為何要在中間區(qū)域？——關(guān)于“歐姆表測電阻時讀數(shù)誤差”的研究［J］.物理教師，2023，44（10）：64-65.

［5］張巖松.歐姆表測電阻的十個為什么［J］.物理教學(xué)探討，2020，38（6）：61-62.