綜合性、設計性物理實驗實例介紹

摘 要：應用并聯式調零電路和中值法，通過三種典型電路的分析直接導出設計參數。這種方法很方便而且很有使用價值。

關鍵詞：調零電路；中值法；表盤刻度

中圖分類號：G64文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）04-0185-02

0 引言

長期以來，基礎物理實驗的教學模式單一、教學內容陳舊、教學方法過死。實驗內容基本是驗證性和測量性的，缺乏由學生自己設計的帶有研究性的內容。為了克服學生實際動手能力、獨立思考和創新意識的不足，學院領導決定率先在江西省獨立二級學院中開設綜合性、設計性物理實驗（16課時）。現對歐姆表的制作做如下介紹。

1 設計的目的與要求

制作一個可隨身攜帶的簡易測定電阻的裝置。具體要求如下

（1）給出具體的設計方案與元件參數，使測量精度E≤±2%

（2）歐姆表應具有“×1”“×100”兩檔。

2 設計思路

由于是一臺可隨身攜帶的測量裝置就必須配備電源在老化過程中零點調節的調零電路，以及用作顯示阻值的表頭。一般來講調零電路有兩種，一種是串聯式調零電路，另一種是并聯式調零電路。由于前者測量精度較差，因此，在歐姆表設計中常用后者。

3 歐姆表的基本結構及測量原理

用來測量電阻大小的電表稱為歐姆表，其電路如圖所示。圖中E為電池的端電壓，r為電池內電阻， R′j為分流電阻，R0為調零電阻，Rd為限流電阻，Rg電表的內電阻。用歐姆表測量電阻時，首先需要調零，即將a、b兩點短路（相當于Rx＝0），調節調零電阻R0的P端，使表頭指針偏轉到滿刻度。該狀態下歐姆表的總內阻為R

當電池端電壓E保持不變時，待測電阻和電流值有一一對應的非線性關系。在這種情況下為了滿足一定的測量精度要求通常使測量讀數指示在表盤的中央位置附近。為此，引入中值電阻R中的概念。當a、b兩端接入R中時，由于此時回路電流I中=I/2，故指針將指在表頭表盤的中間位置，由歐姆定律知R中＝RZ，所以習慣上又稱該狀態下的RZ為歐姆表的中值電阻（對應不同檔時其中值電阻值不等）。

4 應用中值法的概念確定元件參數

5 歐姆表量程

由于上述設計要求歐姆表在測量待測電阻應在中值電阻的0.2~5倍的刻度范圍內，測量結果才滿足精度要求，為此歐姆表都做成較多量程的，而相鄰量程的比值取10進位制，一般都有三個量程分別為“×1”“×10”“×100”。

若表頭的標度尺預先按已知電阻刻盤好，就可以直接用來測量電阻。因為待測電阻Rx越大，電流就越小。所以，歐姆表的標度尺為反向刻度，且刻度是不均勻的，電阻越大，刻度線間隔越小。

改變量程的方法是改變歐姆表中測量狀態時的中值電阻，表頭刻度值N的自我定義。若定義RZ=N×100Ω，則“×1”檔并聯電阻R1的確定如下，

6 實踐的體會

在獨立學院中進行綜合性、設計性物理實驗是以培養創新能力為目的，要求學生在一個學期的學習中完成1-2個小型研究課題。要求學生自己調研和查閱資料，自己設計、裝配、調試實驗裝置，直到完成。通過師生的努力共同

得以提高。

參考文獻

［1］華中學院，物理實驗［M］.北京：高等教育出版社，2002，90~92.

［2］陳早生.大學物理實驗［M］.上海：華東理工大學出版社，2004，254~256.

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