中學物理電壓表如何教學

摘要：在新課標要求中，除了正確使用電壓表測量和讀數，還要求能運用電壓表的特性正確辨識電路，解決生活中的一些實際問題，達到學以致用的目的。

關鍵詞：新課標要求STS理念電壓表 運用

在新課程標準中滲透了STS理念，體現了“從生活走向物理，從物理走向生活”。在當今的電器時代，電路知識是學習物理中的重要部分，電壓表亦是實際生活中的一個重要儀表。而由于電壓表在電路的連接方式又使學生經常在這一部分出錯。怎樣學好這一部分知識呢？我總結了以下幾點，以饗大家參考。

一、認識電壓表

電壓表在電路中測某段電路兩端電壓——這是電壓表的儀表作用，同時它也是一個電阻相對于電路中其他元件大得多的電路元件，所以，我們根據其這一特點，可以理解電壓表為什么要并聯在被測電路兩端了：當電壓表并聯時，由于電阻很大，電路中分流電流很小，小到幾乎可以忽略不計，所以電壓表在電路中可“視為”開路。

為了更好更深入的理解“電壓表可視為開路”的元件作用，我們可以設計以下實驗驗證，如圖1和圖2

圖1圖2

當S1S2——閉合時，L——1亮L2不亮，說明L2這條電路相當于被電壓表“開路，但是在圖2中同學們又發現了一個問題：既然電流表示數為0，電壓表所在線路視為開路，那電壓表為什么有示數呢？其實，電壓表并不是真正意義上的開路，只是它的電阻遠大于用電器的電阻，在電路中電流很小，甚至小到一般電流表無法顯示出示數，小到不足以使燈泡發光，因此我們把電壓表所在線路視為開路，但是要使電壓表有示數，電壓表中必須有電流通過，否則電壓表無示數，是真正的開路了。

綜上，我們總結出電壓表使用的幾條實用規則：

1．在識別電路的連接方式時，可將電壓表視為開路（即該支路不看）。

2．不管電路是開路還是短路，要使電壓表有示數，則表中必須有電流通過（即電壓表和電源構成通路時才會有示數）。

3．電壓表所測兩端有電阻時才有示數，若所測兩端為一段導線，則電壓幾乎為0。

二、正確使用電壓表識別電壓表所測電壓

在電學題中，正確識別電路的連接方式及判斷電壓表所測電壓是最基本的一個步驟，只有這一步正確了，才能保證后面問題的正確性。

方法：首先運用規則1簡化電路，再用節點法判斷電壓表測的電壓。

例題1：如圖3甲電路，當開關閉合前后，判斷兩表示數的變化。

甲 圖3 乙

由規則1簡化電路，畫出等效電路圖如圖乙：

從簡化圖我們將看似復雜電路簡單化了，很容易看出兩燈泡是串聯的。電壓表V1接在AC兩點，而A點在L1的電流流進端，C點在電流經A——L1——B——L2——C，即電流的流出端，故電壓表測的是L1和L2串聯的總電壓。而V2接在電流流進L2的B端和流出L2的D端，故電壓表測的是L2的電壓。

當開關閉合前，電路為開路，由規則2可知，兩表和電源構成通路，故兩表示數均等于電源電壓；當開關閉合后，電壓表V1所測電壓仍等于電源電壓不變，而此時電壓表V2測的是L2的電壓，故示數比原來減小。

三、電壓表在實際生活中的應用

1．利用電壓表檢查開路的故障

我們知道家庭用的裝飾小彩燈是串聯的，若某燈燒壞了，你怎么用電壓表檢測出該壞燈泡？

如上圖，我們可以將電壓表任意并接在電路的某兩點DE間，若電壓表有示數，則表明D點和E點到電源兩極之間的線路是通路，其中的燈泡是好的，問題出在DE之間，用此方法逐漸檢測出壞的燈泡，這樣利用電壓表檢測方便快捷。

2．利用電壓表識別短路故障

圖4

（1）電源短路故障判斷。

如圖4，兩節干電池串聯，當開關S閉合后，此時電壓表的示數是為0還是等于電源電壓呢？有同學根據規則3認為電壓表測的是一段導線的電壓，應該為0；有同學根據規則2認為電壓表和電源構成通路，則測的是電源電壓。根據規則判斷好像都有理，那不是矛盾了嗎？

現在我們從理論上來分析一下，由于電壓表測的是AB之間的電壓，由于短路電流I=U/R+r，此時電源電阻劇增，可理解為大部分電壓消耗在電源電阻上，若不考慮導線電阻，則電壓表示數為0，而實際導線有電阻，則電壓表應該有微小的示數，為驗證此理論猜想是否正確，同學們設計了實驗驗證：用電壓表測得電源電壓為2.6V，當開關閉合后，發生短路時，電壓表有微小示數0.09V，接近0V。

（2）電路部分短路判斷

如圖5電路中，當開關S閉合時，電流表示數變大，電壓表示數急減，問電路有什么故障？

分析如下：電流表有示數，則可知電路為通路，故障可能為短路，電壓表測的是L2的電壓

示數減小，則L2可能被短路，即電壓表此時測的是一段導線電壓，示數急減為0.

綜上，正確掌握了電壓表的知識，則可幫助我們快速簡單的識別電路，檢測電路故障，將所學知識融于生活中，真正做到從“生活到物理，從物理到生活”。