高中物理實驗中電壓表及電流表的使用探析

問洋銘

摘 要：高中物理課程中關(guān)于電流表與電壓表的使用規(guī)則學習之后，在此談談自己對此知識的理解與運用。學習之后同學們基本上都能做到把兩表連入電路中。那么如何準確快速地把兩表連入實物電路，最重要的核心問題就是選擇兩表的量程。經(jīng)過多次實驗和課程的學習，我更關(guān)注的是在連入不同的實際電路中，如何選擇兩表的量程。本文將探討相關(guān)的問題。

關(guān)鍵詞：物理實驗；高中生；電壓表；電流表

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.234

1 引言

在高中物理課程的學習中，首先在電表的使用有一條規(guī)則為：“選取適當?shù)牧砍獭薄５鯓硬潘恪斑m當”？由于“適當”兩字屬于模糊概念，它本身沒有量的界定，學生實際操作起來，感到很難把握，部分老師對此也模棱兩可。在實驗中不宜將I調(diào)得過大，并且在讀電表數(shù)值時要盡量快，為了操作和讀數(shù)的方便，可將數(shù)據(jù)預先設(shè)定在下表中的一些值，如0.05A，0.1A，0.15A…等；每當電流表調(diào)到這些值時，只要再讀得對應的電壓值就可以了”。暫且撇開學生實際測得的數(shù)值如何，單就預先設(shè)定的值0.05A，由于電流表的最小量程一般為0.6A，用誤差理論分析可知，其測得的值的相對誤差已超過 5%，所以是不可靠的。

2 相關(guān)知識點梳理總結(jié)

當前中學實驗中所用的電表大部分是磁電式電表，它的基本原理和特征是：指針轉(zhuǎn)角大小與所通入的電流大小成正比，電流方向不同，偏轉(zhuǎn)方向也不同，其準確度等級一般為0.5，根據(jù)誤差理論，用這樣的電表則量，產(chǎn)生的最大相對誤差值，在選用電表的量程上，要盡可能使所測數(shù)值接近儀表的滿量程，這樣測得的值的相對誤差才比較小，因此，在選定電流表和電壓表的量程時，“適當”兩字的量就界定在使指示值在刻度盤上的 2/3以上。根據(jù)教科書中關(guān)于本節(jié)的教學知識點信息，如果把紅表筆和黑表筆短接，此時外電阻Rx=0，調(diào)節(jié)R2的值，使電路中的電流等于電流表的滿偏電流Ig，則當接上外電阻Rx時有：看到電流I與Rx有一一對應關(guān)系，只要將原電流值I改為對應的電阻值Rx，就是歐姆表了，令Rx=R內(nèi).則得I=Ig，即電表指針只偏轉(zhuǎn)滿刻度的一半，此刻度值稱中值電阻R中，它等于歐姆表的內(nèi)阻R中=R內(nèi)，有了中值電阻，根據(jù)就容易確定其它刻度了。如當Rx分別為中值電阻R中的2倍，3倍，……時，電路中的電流分別為滿偏電流的1/3，1/4……，即電表指針的偏轉(zhuǎn)角為滿偏時的1/3，1/4……。

3 案例解析與應用

根據(jù)課程教學的學習與多次實驗經(jīng)驗累積，我認為以下六種方法可以借鑒探討。方法1：都選大量程。拿著一個題目，先要通覽全題若整個題中無任何一點兩表量程信息的蛛絲螞跡，就應兩表都選大量程并試觸。方法是：先斷開開關(guān)，把兩表大量程連入電路中。再閉合開關(guān)試觸，觀察兩表視數(shù)，若指針所指位置在大量程范圍內(nèi)就接牢固；若指針所指位置在小量程范圍內(nèi)，就要先斷開開關(guān)，對于電壓表把接“15”接線柱改接到“3”上，對于電流表把接“3”接線柱改接到“0.6”上，再閉合開關(guān)讀數(shù)。方法2：看表格選量程。物理實驗經(jīng)常性要設(shè)計記錄實驗數(shù)據(jù)的表格，表格中記錄的數(shù)據(jù)可明確看出電流、電壓的大致范圍，可根據(jù)這些數(shù)據(jù)選量程。

例1：用“伏安法”測量一只小燈泡的電阻。表1是同學們設(shè)計的實驗電路圖數(shù)據(jù)。

像這類題，不能先把實物電路連，應通覽全題，找出記錄實驗數(shù)據(jù)的表格，發(fā)現(xiàn)通過小燈泡電流都小于0.6A，所以電流表應選0—0.6A量程。再看小燈泡兩端電壓都小于3V，所以電壓表應選0—3V量程，找準之后就可以放心大膽無后顧之憂地連實物了！

方法3：看刻度盤選量程。根據(jù)電流表、電壓表刻度盤讀數(shù)題也較多，這時就要看清刻度盤下的接線柱接哪個量程，它既是讀數(shù)的依據(jù)，也是連實物電路時兩表選量程的依據(jù)。例2：小劉同學在做“用伏安法測電阻”實驗時設(shè)計了如圖所示電路。根據(jù)電路圖連如圖乙所示實物電路。若電流表和電壓表的示數(shù)如圖丙所示，則電流表示數(shù)是 A，電壓表示數(shù)是 V，電阻Rx的阻值是 ?。

由圖1就可發(fā)現(xiàn)電流表選0—0.6A量程，電壓表選0—3V量程，根據(jù)兩表刻度盤讀數(shù)選量程連實物電路就非常簡單。根據(jù)電路選量程，像這類題就必須先分析準電路，再根據(jù)串、并聯(lián)電路中電流、電壓的規(guī)律，選出量程再完成題目所求。

這類題關(guān)鍵是看電源是由幾節(jié)干電池組成。由于1節(jié)干電池兩端電壓為1.5V，若一節(jié)或兩節(jié)干電池串聯(lián)組成電路，則電壓表應選0—3V量程。若兩節(jié)以上干電池串聯(lián)，則電壓表應選0—15V量程。由于燈L與滑動變阻器R串聯(lián)，表測串聯(lián)電路中電流，表測燈L兩端電壓。題目告訴了燈L電阻約為10 ，電源為三節(jié)干電池串聯(lián)工作，即總電壓為4.5V。當滑動變阻器阻值調(diào)到最小，此時電路中電壓表、電流表的示數(shù)最大，通過計算I=U總/RL=0.45V/10=0.45A<0.6A通過計算，所以電流表應選0—0.6A量程。

參考文獻：

[1]朱玉榮.高中物理學習的知識、方法[J].理科考試研究，2014（13）.