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多用电表的原理,我们深入理解了么？

新课标?高中物理〔选修3-1〕?〔人教版〕第二章第八节的教学内容

是“多用电表的原理〞。教学内容可划分为三个主要局部：

第一局部：欧姆表的原理——闭合电路的欧姆定律。

教材编写者,从灵敏〔小量程的〕电流表改装为电压表和大量程的电流表

的先学知识的回忆中启迪学生——既然电压表和大量程的电流表都可以

由电流表改装而成,那么能不能把电流表改装成直接测量电阻的欧姆表

〔称为电阻表亦可〕呢？提出问题后,编写者没有直接答复,而是引导学

生从一道例题中去获得启示。通过这道例题的解答,很快就能领悟到：

通过测量电流的方法确实可以间接测量电阻——即确实可以把电流表改

装成欧姆表。这一局部的教学内容可以简单的称为“欧姆表的原理——闭

合电路的欧姆定律。〞

第二局部：多用电表的结构〔一〕——是如何把电流表、电压表和电阻表

有机整合在一起的？

多用电表的最大特点是,不同功能的电流表、电压表和欧姆表共用了一个

表头和一对接线柱〔表笔〕。那么这是通过怎样的设计而实现的呢？教材

通过“思考与讨论〞,引导同学了解多用电表的简化结构模型。教师只要

引导学生仔细观察“三表〞的结构之共同局部和区别局部,那么学生还

是能够比拟容易地领悟设计之思路的。

第三局部：多用电表的结构〔二〕——三表的不同量程〔或倍率〕又是如

何有机整合的？

在本章第四节“串联电路和并联电路〞的练习中,同学们初步了解了电

压表和电流表的不同量程的结构设计,又有了前面两局部教学内容做铺

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垫,同学们还是可以较好的理解整体的设计思路。但毕竟结构相对复杂

了,此局部是教学的一个难点,因此教材以“说一说〞呈现本局部教学

内容。我相信,只要教师引导成功,学生的学习激情高涨,本局部教学将

到达本节教学的最高潮。

我们关注下面简化结构模型〔图一〕：

有一定教学经验〔亲身接触过多用电表〕的教师,都极容易发现这样一个

问题：实际的多用电表内只有一对〔个〕电源,而教材给出的结构模型告

诉我们,多用电表内有两个不同的电源。这到底是怎么一回事呢？

是教材编写者不了解实际的多用电表吗？

是教材编写者在编写教材时出现编写错误吗？

是教材编写者在编写中进行了“模糊〞处理吗？

本博主是一个年轻物理教师,才第一轮教授高二年级的物理课程。教学前

没有充分思考以上问题,于是在教学中仅仅简单指出：“实际的多用电表

只有一个电源,而不是像教材中出现两个电源。〞在教学中,考虑到学生

接受程度,我们教师可以躲避一些难点而不求深入。但作为教师自己还是

有必要提出并理解下面问题：欧姆表各倍率档位的电阻是如何“布局〞的

呢？这样的布局是合理的吗？符合工作实际吗？

我们可能猜想,多用电表的内部电路结构可能如下列图二所示：

但严格分析将知道,3和4作为欧姆档位,它们的倍率最终是一样的,也

就是说这种结构起不到换倍率的作用。因此图二所表示的结构是理论上不

可行的。我们再分析图一：

假定3是×1倍率的档位,有下面关系Ig=E/R,Ig为表头满篇电流,E

电源电动势,R为表笔短接是闭合电路的总电阻。那么电流为Ig/k〔k=1〕

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时,表示欧姆表测量的电阻为〔k-1〕R,即Ig/k=E/[R+(k-1)R]。如果4

表示×1000倍率的档位,那么必定有E‘=1000E,R’=1000R。假定E=1.5V,

那么E‘=1500V,在中学实验中是不可能出现如此大电压的直流电源的,

在工业上,也仅在极少数化工产业中使用。因此,图一结构模型理论上可

行,但不切合实际。事实上前面已经表达,实际的多用电表只有一个电

源,而不是多个电源。那么实际的多用电表内部电路结构到底是怎样的呢？

为了简化,下面仅仅摘取欧姆表结构模块进行分析。根据上面分析,不难

推出欧姆表的内部结构如下列图三所示〔刘朝明,物理教

师,Vol.26,No.2(2019)〕：

因此,采用这样一个结构模型,电源仅需要一个,而且仅仅使用市面上

常用电池即可。

关于多用电表还有这样一个问题,指针是否允许超过满篇电流刻度？答

案是,通过表头的电流可以少许超过满篇电流,不会损坏表头；但不能过

大的超过满篇电流,否那么损坏表头。因此,仅仅使用表内电池,属于