多用电表欧姆挡换挡原理分析

高中物理教材 (新教材) 对多用电表的使用要求较 高 ,但没有涉及欧姆表的原理问题. 由于多用电表欧姆 挡的挡间变换的原理较复杂 ,学生不易理解 ,部分教师 对此问题也有不少疑问. 例如 ,当欧姆表由小倍率挡变 大倍率挡时内阻变大了还是变小了 ? 表内仅仅是通过 调零电阻来实现电阻变化的吗 ? 为什么由小倍率挡变 大倍率挡后 ,短接调零前却发现表头指针竟然偏右 ,即 在原来零刻度线的右方 ? ……等问题. 针对这些问题 , 笔者认真做过实验并打开欧姆表进行观察 , 对多用电 表电原理图进行了仔细分析. 下面是笔者对此问题的 理解和分析.
示的电流应是 I g ,而并非通过电源的电流 I. 当选择开
关 ×1 挡换至 ×10 挡时 ,由于 R 的值变大 , 从式 (1) 可
见 I 变小 ,引起电源的端电压 U 变大. 因为 U 的值变
大 ,从式 (2) 可知 I g 是变大的. 这就是欧姆表换大量程
挡后 ,短接调零前表头指针偏右的原因.
图 1 图 2 从图 2 可见 ,欧姆表由小量程挡向大量程挡转换 时 ,需要增大欧姆表的总内阻是通过变换并联阻值更 大的电阻来实现的 ( R4 = 14 kΩ, R3 = 1. 67 kΩ, R2 = 151 Ω, R1 = 13. 6 Ω) . 并非是通过串联更大电阻来增 大内阻的. 当欧姆表的倍率为 ×1 挡时 , 表笔短接 , 根据闭合 电路欧姆定律有 ,通过电源的电流为 :
图3
图4
题目 :某同学用以下器材接成图 3 所示的电路 ,并
将原微安表盘改画成如图 4 所示 , 成功地改装了一个
简易的“R ×1 k”的欧姆表 , 使用中发现这个欧姆表用
来测量阻值在 10 kΩ～20 kΩ 范围内的电阻时精确度
令人满意. 所供器材如下 :
A. Ig = 100μA 的微安表一个.
, 代入
R
以及
Rg
的数值可计算得
R′≈15
Ω. (保留两位有效数字)
画出改装成“R ×1”的欧姆表后的电路图如图 5
所示.
(收稿日期 :2004 - 06 - 01)
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968 W.
P总 = P1 + P2 = 44 W + 968 W = 1 012 W. W 总 = P总 t = 1 012 W ×2 ×60 s = 121 440 J . 分析 :造成错解 1 的原因是这部分学生不知道电 吹风中的电热丝和电动机是并联连接的 , 他们认为这 两者是串联的 ;造成错解 2 、4 的学生是由于不理解电
生积极开展小发明 、小实验 、小制作活动 , 将理论与实
践有机地结合起来. 如在学完电的知识后 ,组织学生安
装照明电路 ,排除照明电路的故障 ,估算家用电器耗电
量 ,提出节约用电的办法等等. 这样学生了解了物理知
识的社会价值 ,形成了解决问题的能力 , 实现了自我 、
社会与自然的和谐发展 , 实现了认知 、情感 、态度与技
第 26 卷第 2 期 物 理 教 师 Vol. 26 No. 2 2005 年 P H YSICS T EA C H ER (2005)
多用电表欧姆挡换挡原理分析
刘朝明
(广东省佛山市顺德区杏坛中学 ,广东 佛山 528325)
吹风工作原理 ,想当然地认为电吹风工作时只有一只
用电器在工作 ;造成错解 3 的学生有点懂电吹风的工
作原理 ,但是他们认为吹冷风时只有电动机工作 ,吹热
风时只有电热丝工作 ,还没有真正理解 ,处于似懂非懂
阶段.
归根到底 ,出现这些错误的原因都是知识掌握不
牢固 ,物理课本上的习题会做 , 但对实物电路不熟悉 ,
Ig
=
R
E + Rg
.
代入 E、R 、I g 的值可得 R g = 1 kΩ.
要把原表改装成“R ×1”的欧姆表 , 就要减少表的
内阻. 依题意 ,显然只有并联一个小电阻 R′, 才能使表
内总 电 阻 等 于 中 值 电 阻 R并 = 15 Ω. 根 据 R并 =
R′( R + Rg) R′+ R + R g
以下是一道与此知识相关的高考复习练习题 , 此
题是广 州 市 2004 年 高 考 模 拟 考 题 , 命 题 虽 有 超 出
2004 年高考说明要求之嫌 , 但命题立题较高 , 是一道
考查学生能力的题目. 从考后试卷分析发现学生出错
很多. 这主要是学生对欧姆表换挡原理没有弄清 ,以及
不会灵活运用中值电阻.
首先应当说明的是 ,根据全电路欧姆定律分析知 , 欧姆表的总内阻等于欧姆表刻度盘上标出的中值电 阻. 并由此可推知 ,当欧姆表换倍率更大的挡位后 , 因 为中值电阻增大 ,所以 , 欧姆表的内阻是增大的. 为什 么由小倍率挡变大倍率挡后 ,欧姆表总内阻增大后 ,短 接调零前却发现表头指针竟然偏右 , 即通过表头的电 流会增大呢 ? 这就要弄清欧姆表的电原理. 图 1 是课 本给出的单挡位的欧姆表电原理图. 图 2 是笔者根据 多用电表的电原理图简化后得到的欧姆表多挡电原理 图.
有的学生连家庭电路的电压都不知道 , 理论和实际脱
钩 ;同时部分学生也缺少分析问题的能力 ,见到稍复杂
的问题便束手无策 ,随便套用公式.
如何解决知识应用这类问题昵 ?“电吹风”又吹给
我们哪些启示呢 ? 我认为在物理教学中应注意以下两
点:
(1) 加强物理知识与生活 、科学 、技术和社会相联
系的教学. 物理学是自然科学中的一门基础学科 ,人类
能方面的和谐发展.
(收稿日期 :2004 - 09 - 08)
(上接第 23 页)
(1) 原微安表的内阻 Rg =
Ω.
(2) 在图 3 电路的基础上 , 不换微安表和电池 , 图
4 的刻度也不改变 ,仅增加 1 个元件 ,就能改装成“R ×
1”的欧姆表. 要增加的元件是
(填器件名称) ,
规格为
. (保留两位有效数字)
I
=
R
E +
r.
(1)
式中的 R 表示除电源内阻 r 以外的其他接入电路的电阻
( R1 、R4 、R0 、Rg) 的总电阻. ( R + r) 是欧姆表的总内阻.
设 Ig 是电流表的满偏电流 , U 表示电源的端电
压 ,同是在表笔短接时 ,显然有 :
Ig
=
R0
+
U R4
+
Rg .
(2)
我们要注意以上两个电流的区别和联系. 表头显
2 W. U = I R = 0. 2 A ×50 Ω = 10 V ②W = U2 t/ R = (10V) 2 ×120 s/ 50 Ω = 240 J ,
或 W = Pt = 2W ×120 s = 240 J . 错解 3 : ①吹冷风时 ,电吹风消耗电功率 P = U I =
220 V ×0. 2 A = 44 W. ②吹热风时 W = Pt = U2 t/ R = (220 V) 2 ×2 ×
(3) 画出改装成“R ×1”的欧姆
表后的电路图.
解析如下 :根据“使用中发现这
个欧姆表用来测量阻值在 10 kΩ～
20 kΩ 范围内的电阻时精确度令人
满意. ”说 明 测 阻 值 在 10 kΩ～ 20
kΩ 的电阻时欧姆表的指针在刻度
图5
盘的中间 , 由此可定此表的中值电
阻 ,即表内总电阻约为 R总 = 15 kΩ. (相当于欧姆表选 择量程于 ×1 k 挡) . 当表笔短接时 , 电流满偏 , 根据欧 姆定律有 :
44 W. 电吹风电阻 R = U/ I = 220 V/ 0. 2 A = 1 100 Ω. ②W = P总 t = U2 t/ R总 = (220 V) 2 ×120 s/ (1 100
Ω + 50 Ω) = 5050. 43 J . 错解 2 : ①电热丝发热功率 P = I2 R = (0. 2 A) 2 ×50 Ω =
60 s/ 50 Ω = 116 160 J . 错解 4 : ①电吹风消耗电功率 P = U I = 220 V ×0. 2 A =
44 W. ②W = Pt = 44 W ×120 s = 5 280 J . 正解 : 电吹风吹冷风时 ,消耗功率 P1 = U I = 220 V ×
0. 2 A = 44 W. 发热电阻丝功率 P2 = U2 / R = (220 V ) 2 / 50 Ω =
生活的每一个方面都与物理学的发展进步息息相关 ,
这就要求我们有意识地去关注学习内容与家庭 、社会
生活 、生产实践的联系 , 关注环境污染 、能源危机等一
些社会问题 ,关注纳米 、超导等新科技 、新成果. 切实改
变传统教学中课堂等于教室 , 学习资源等于教材的观
念.
(2) 加强培养学生的创造意识和动手能力 ,组织学
B. 电动势 E = 1. 5 V ,电阻可忽略不计的电池.
C. 阻值调至 14 kΩ 电阻箱 R 一个.
D. 红 、黑测试表棒和导线若干. (下转第 25 页)
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第 26 卷第 2 期 物 理 教 师 Vol. 26 No. 2 2005 年 P H YSICS T EA C H ER (200Leabharlann Baidu)