淺議逆向刻度歐姆表與順向刻度歐姆表的異同

任紀成

(沂源縣第一中學，山東 淄博 256100)

淺議逆向刻度歐姆表與順向刻度歐姆表的異同

任紀成

(沂源縣第一中學，山東 淄博 256100)

教材和平時有關歐姆表的問題中歐姆表都是逆向刻度,即表頭指針偏轉角越大、電流越大、對應電阻的刻度值卻越小.為了在物理教學中培養學生靈活思考問題、發散思維的能力,而設計了順向刻度的歐姆表,對相關的問題進行了分析,同時為了提高學生在平時解決物理問題的能力,對反向刻度歐姆表與順向刻度歐姆表的不同點和相同點進行具體的分析．

歐姆表;表頭電流;中值電阻

我們平時教學中用到的歐姆表都是逆向刻度的,即表頭指針偏轉角越大、電流越大、對應電阻的刻度值卻越小,而順向刻度的歐姆表,表頭指針偏轉角越大、電流越大、對應電阻的刻度值也越大.本文就針對順向刻度的歐姆表的設計以及兩種歐姆表的異同之處,淺談一下自己的看法．

圖1

1 兩表的不同點

1.1 工作原理不同

(1) 逆向刻度歐姆表工作原理.

如圖1是單倍率的逆向刻度歐姆表的電路圖,電位器R0稱為歐姆調零電阻.

當歐姆表調零時,兩表筆短接,調節調零電阻R0,使電流表滿偏,此時有

(1)

當兩表筆接待測電阻Rx時,電流表示數為I表，則

(2)

由(2)式可知, 通過表頭的電流I表與被測電阻Rx一一對應,在刻度盤上直接標出與I表對應的Rx的值,就能從刻度盤上直接讀出待測電阻Rx的值.

圖2

(2) 順向刻度的歐姆表工作原理.

如圖2是單倍率的順向刻度歐姆表的電路圖,電位器R∞叫歐姆調∞電阻

(3)

通過表頭的電流

(4)

由(4)式可知, 通過表頭的電流I表與被測電阻Rx一一對應,在刻度盤上直接標出與I表對應的Rx的值,就能從刻度盤上直接讀出待測電阻Rx的值.

1.2 表頭是如何刻度的

(1) 逆向刻度歐姆表的刻度.

由(2)式可知當選擇某一倍率時,紅黑表筆短接,即被測電阻為0,此時通過表頭的電流為最大,

(5)

指針偏轉角度最大,在表頭電流最大刻度處標上電阻值Rx為0．

紅黑表筆斷開,即被測電阻為∞,此時通過表頭的電流為0,指針指在表頭的0刻度,在此處標上電阻值Rx為∞.

(6)

由(5)、(6)式可知:Rx=R內,在表頭中間刻度處標上電阻值Rx為R內.

(7)

(8)

(2) 順向刻度歐姆表的刻度.

由(4)式可知,當Rx=0時,即兩表筆短接時,通過表頭的電流I表一定為0．

當Rx=∞時,即兩表筆斷開時,通過表頭的電流I表最大，調節電位器R∞讓表頭指針指在最大刻度處,通過表頭的電流為

(9)

兩表筆接測量電阻Rx時,指針偏格為n,滿刻度偏格為N,則

(10)

由(4)、(9)、(10)式可知,

(11)

由(11)式可知,

在指針偏格n處,標上此時Rx的數值,這樣就可以把刻度盤上的電流數值換為被測電阻數值了,這就是改裝的順向刻度的歐姆表.

也可以這樣理解:當選擇某一倍率時,紅黑表筆短接,即被測電阻為0,此時通過表頭的電流為0,指針不偏轉,表頭刻度為0．

紅黑表筆斷開,即被測電阻為∞,此時調節R∞,使通過表頭的電流為滿偏電流,指針指在滿刻度,此時

(12)

由(4)、(9)、(12)式可知,

(13)

(14)

這樣就完成了順向刻度歐姆表表頭的刻度．

1.3 表頭上刻度的特點

(1) 逆向刻度歐姆表.

由上面的分析可知,逆向刻度歐姆表的表頭刻度盤的最左邊刻度處為∞,最右邊刻度處為0,中間刻度處為中值電阻(Rx=R內),所以表頭刻度盤的刻度是左密右疏．

(2) 順向刻度歐姆表.

由上面的分析可知,順向刻度歐姆表表頭刻度盤的最左邊刻度處為0,最右邊刻度處為∞,中間刻度處為中值電阻(Rx=R內),所以表頭刻度盤的刻度應是左疏右密．

1.4 歐姆調零和歐姆調∞

(1) 逆向刻度歐姆表是歐姆調零.

由(2)式可知,當Rx=0時,即兩表筆短接時,通過表頭的電流I表最大,調節電位器R0讓指針指在最大刻度處,所以應是歐姆調零．

(2) 順向刻度歐姆表是歐姆調∞.

由(4)式可知,當Rx=0時,即兩表筆短接時,通過表頭的電流I表一定為0．

當Rx=∞時,即兩表筆斷開時,通過表頭的電流I表最大，調節電位器R∞讓指針指在表頭最大刻度處,所以應是歐姆調∞,而不是歐姆調零．

1.5 兩種歐姆表的多個倍率是如何實現的

(1) 逆向刻度歐姆表.

圖3

如圖3是一個多倍率逆向刻度歐姆表的原理圖,虛線框內是利用普通表頭和若干個固定電阻及一個電位器適當地連接起來所構成的電路,可以等效為一個內阻基本不變而滿偏電流可調的表頭,在表頭回路里接入的電位器R0叫歐姆調零電阻．由R4和虛線框內部分共同組成電阻檔的×1k倍率,在此基礎上并上一個電阻就構成了其它倍率,圖3中的R1、R2、R3分別為×1、×10、×100倍率應并聯上去的電阻,它們與×1k倍率的中值電阻R中并聯后的等效內阻分別為R中1、R中10、R中100,由此可見改變逆向刻度歐姆表的倍率實際上是改變中值電阻R中,對于其它倍率逆向刻度歐姆表的中值電阻只要在最高倍率的中值電阻上并聯一電阻Rx,使其并聯等效電阻等于所需的倍率的中值電阻R中x即可．

因此,逆向刻度歐姆表的多個倍率是依靠配換不同的電阻Rx改變中值電阻來實現的．

(2) 順向刻度歐姆表.

多倍率的順向刻度歐姆表是在單倍率順向刻度歐姆表原理的基礎上設計而成．如圖4是一個多倍率順向刻度歐姆表的原理圖,圖4中的R1、R2、R3、R4分別為×1、×10、×100、×1k倍率時應和R∞串聯的電阻,它們與R∞、電源內阻r串聯,再與Rg并聯,并聯后的等效內阻分別為R中1、R中10、R中100、R中1k．因此,順向刻度歐姆表的多個倍率是依靠變換不同的電阻R改變中值電阻來實現的．

圖4

2 兩表的相同點

2.1 作用相同

逆向刻度歐姆表與順向刻度歐姆表都可用來測量電阻,并且不論哪一種表在測電阻時,都不能準確測量電阻,只能粗測電阻數值．

2.2 表頭刻度

逆向刻度歐姆表與順向刻度歐姆表的表頭刻度都是不均勻的．

2.3 內部放置的電源

不論是逆向刻度歐姆表還是順向刻度歐姆表,在表的內部,都是紅表筆接內部電源負極,黑表筆接內部電源正極．

2.4 倍率的實現

不論是逆向刻度歐姆表還是順向刻度歐姆表,改變歐姆表的倍率實際上是改變中值電阻R中．逆向刻度歐姆表對于其它倍率歐姆表的中值電阻只要在最高倍率的中值電阻上并聯一電阻Rx,使其并聯等效電阻等于所需的倍率的中值電阻R中x即可．順向刻度歐姆表在改變倍率時,R∞、電源內阻r串聯,與不同的電阻串聯,再與Rg并聯,并聯后的等效內阻為中值電阻,因此,不論是逆向刻度歐姆表還是順向刻度歐姆表,它們的多個倍率都是依靠變換不同的電阻Rx改變中值電阻來實現的．

2.5 兩種歐姆表不用時電池的放置相同

(1) 逆向刻度歐姆表.

圖5

可在圖3中加上一個開關如圖5所示,當逆向刻度歐姆表不用時,把開關斷開,也就是把開關打在off檔,或者把電池從逆向刻度歐姆表中取出來．

(2) 順向刻度歐姆表.

可在圖4中加上一個開關如圖6所示,當順向刻度歐姆表不用時,把開關斷開,也就是把開關打在off檔,或者把電池從歐姆表中取出來．

圖6

啟示: (1) 我們在平時的教學中,依靠教材,但不拘泥于教材,引導學生牢固掌握基本知識的基礎上,靈活多變,從不同的角度思考問題,以達到提高學生思維能力的目的,這也是目前物理高考中一個考查的重點．

(2) 學生在平時學習物理時,一定要注意對于不同的現象、不同的問題,不能只滿足于現象和問題的表面,而應該深入分析、尋根求底,真正分析出它們的異同點.這樣做對提高學生的解題能力有很大的幫助．

1 范曉輝.新編高中物理奧賽指導[M].南京:南京師范大學出版社,2006:465-466.

2017-05-23)