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欧姆表十问
欧姆表“十问”
河北武邑中学 孙学英 053400
欧姆表是中学物理中基本的测量仪器,也是用法最麻烦,最难理解的一个仪器。在2011年各省市高考试题中,欧姆表的身影在六套试卷中频繁出现。下面笔者就学生在欧姆表使用过程中的常见问题进行分析。
一、欧姆表的测量原理是什么?
欧姆表是由电流表表头、直流电源、电位器和红、黑二表笔串联而成(如图1所示),虚线框内是欧姆表的内部结构的原理图。
(1)当红、黑表笔相接触时(如图1甲),相当于被测电阻,调节R的值,使电流表的指针达到满偏,此时有
--------①
所以电流表的满偏刻度处被定为电阻挡的零点。
(2)当红、黑表笔不接触时(如图1乙),相当于被测电阻,此时电流表的电流为零,所以电流表零刻度的位置是电阻挡刻度的“”位置。
(3)当红、黑表笔间接入某一电阻时(如图1丙),通过电流表的电流
-------②
可见,一个对应一个电流值,我们可以在刻度盘上直接标出与I值对应的值,就可以从刻度盘上直接读出的值。
(4)中值电阻:电流表的指针指到刻度盘的中央时所对应的值叫中值电阻,即为欧姆表内阻
-------③
二、欧姆表的刻度为什么不均匀?
磁电式电流表及电压表的刻度是均匀的,欧姆表的刻度却很不均匀,越向左边越密。这是因为刻度的疏密程度取决于导数dI/dRx,由②式得,
上式表明Rx越大dI/dRx越小,故越向左边刻度越密。
三、使用欧姆表时,为什么要尽可能利用中央刻度?
由于欧姆表刻度不均匀,读数时必然存在误差,当指针在右边时,尽管在表盘上读数较为准确,但乘上大倍率时,误差就会很大;当指针在左边时,由于刻度线太密,数值跳跃很大,无法准确读出电阻值的大小;而中央部分的刻度相对均匀一些,读数也较为准确,因此,测量电阻时,应尽量使指针在中央刻度附近。
四、调节欧姆调零旋钮时调的是什么元件?
测电阻之前,要让红黑表笔短接,调节的是图1中的电阻箱R,使电流表指针满偏。
五、欧姆表是如何实现改变倍率的?
让①、②两式做比,得
-------④
再由③变形,得
④式中的I/Ig这个数值具有重要意义,就是每一个I/Ig数值确定了表针的位置。 例如当I/Ig=1时,I=Ig,表针指最右端;当I/Ig=1/2时,I=Ig/2,表针指在刻度盘的中心处。可见,若两个欧姆表的相等,则它们的刻度情况就完全相同(可以共用一个刻度盘)。换句话说:中值电阻唯一地决定了欧姆表的刻度。中值电阻一经确定,刻度盘的刻度便将全盘定局。由此可知,要改变欧姆表的测量范围,实现欧姆表的不同倍率,只需改变中值电阻即可。那么,又该如何改变中值电阻呢?
由①、③,得
可知,要改变中值电阻有两种途径:(1)改变电动势E值。人教版选修3一1中的多用电表就采用了这种方法,如图2所示;
(2)改变电流表的满偏电流Ig值。如图3所示
六、如何选用合适的倍率?
测量过程中,如果用×10的倍率时,指针偏转角太小, 意味着电阻值太大,为使指针在中央附近,应选择较大的倍率,即×100。
七、为什么每次换倍率后都需要重新调零
由前面分析知,换用不同倍率时, 由于电动势E或Ig发生改变,欧姆表的内部电路发生了变化, ,表的内阻(即中值电阻)改变了。因此,每次换倍率后都要重新进行欧姆调零。
八、欧姆表中的电池用久了,对测量结果有何影响
结合上面的相关分析,若只是电池内阻变大不会影响测量结果,因为在进行欧姆调零时通过调小电阻箱R值抵消了其变化的影响;而电动势E变小会造成中值电阻变小,例如表盘上的为15Ω,而现在实际值只有14Ω,当指针只在中央刻线时,你的读数为15Ω,所以电池用久后会造成测量值偏大。
九、在使用欧姆表时,为什么还要进行机械调零?
在多用电表使用前,回路中电流为零,指针应指在电流表的零刻度。对应的电阻阻值应为∞,如果不在∞处,应调整定位螺丝,使指针指在左端电流零值处,这个过程叫机械调零,如果缺少这一步骤,读数误差是很大的。
十、为什么多用电表使用后,应把选择开关置于交流电压最高档或“OFF”档上?
因为若置于欧姆档上,一方面电池会漏电,另一方面,如果再次使用测量电压或电流时,忘记换档的操作错误将会烧毁电表。如果置于交变电压最高档,就可以避免以上两种情况的发生,如果用交流电压最高档,去测电流或电阻,只是测量无法进行,但不会烧毁电表。
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