“表里如一”終是阻

2019-11-19 07:10:00

教學考試(高考物理) 2019年6期

四川

(作者單位：四川省成都市石室中學)

電流表、電壓表、歐姆表都可看成一個可讀數的定值電阻

電學實驗一直是教師和學生最為重視也最為頭痛的高考復習模塊，尤其是這幾年的高考似乎對萬用表情有獨鐘，每次考查的方式均有不同，并且答案還有一些自相矛盾的地方，這讓教師和學生痛苦不堪，為此筆者特意總結了這些題的異同來和同行交流。

一個表頭(靈敏電流表)可以改裝成大量程的電流表，可以改裝成大量程的電壓表，也可以改裝成單倍率歐姆表，這些表共用同一個表頭，共享同一個表盤，本質上都可以看為自身表盤可以讀數的定值電阻。

一、磁電式電流表表頭

磁電式電流表表頭(以下簡稱表頭)又稱小量程安培表，如圖1所示。表頭由永磁體、鐵芯、線圈、螺旋彈簧、指針、刻度盤等組成。當線圈通入電流時，線圈受到安培力作用而轉動，指針偏轉角度與電流成正比，偏轉角與電流一一對應，所以電流表的刻度是均勻的，電流越大，指針偏轉越大；電流反向，指針偏轉也反向。一般實驗室的表盤都是向右偏轉，為實驗方便，規定使指針向右偏轉時電流的流入端為紅表筆。電流不能太大，如果太大可能把指針撞彎或者撞斷，并且線圈產生的熱量也可能把線圈表面的絕緣層燒壞導致燒毀電流表。同一個表頭的表盤刻度線是不能改變的，能改變的只是每一刻度線對應值的大小。

二、改裝成大量程的電壓表

圖2

三、改裝成大量程的電流表

圖3

【例1】圖4是一個量程為I1=1 mA和I2=10 mA的雙量程電流表，Ig=0.5 mA，Rg=200 Ω。求：

圖4

(1)A、B接線柱是________(填“紅表筆”或“黑表筆”)；

(2)A、B接線柱是電勢________的一端(填“更高”或“更低”)；

(3)量程更大的接線柱是________(填“A”或“B”)；

(4)求R1和R2。

【解析】(1)(2)電表的接線柱一般是“+”和“-”，從正接線柱流入，即A、B接線柱為紅表筆，電勢更高；(3)同樣一個表頭，并聯電阻越小，量程越大，故量程更大的接線柱是A；(4)根據并聯電壓相等，接B有Ig·Rg=(I1-Ig)·(R1+R2)，接A有Ig·(Rg+R2)=(I2-Ig)·R1，聯立兩方程得R1=20 Ω，R2=180 Ω。

【例2】電壓表Vx由電流表G與電阻Rx串聯而成，如圖5。

甲

乙

(1)若要校表，電路圖采用________(填“甲”或“乙”)；

(2)若在校表中發現此電壓表的讀數比準確值略小，采用下列哪種措施可以改進

( )

A.在Rx上并聯一只比Rx小得多的電阻

B.在Rx上串聯一只比Rx小得多的電阻

C.在Rx上并聯一只比Rx大得多的電阻

D.在Rx上串聯一只比Rx大得多的電阻

E.________________________

【解析】(1)校表是指改裝后的表與標準表每一刻度一對一校對，要從零開始，故選乙圖的分壓電路；(2)改裝后的電壓表的讀數比準確值略小，本質上是流過表頭線圈的電流略小，改裝后的表與標準表是并聯，電壓相等，所以Rx偏大，故選C；設置選項E的目的是提升學生思維，比如可以換一個比Rx略小的電阻或換個表頭或重新標注表頭的每一刻度值。

四、改裝成單倍率的歐姆表

圖6

1.轉換刻度

為降低教學難度，可以列舉等間距的電流值來推算相應的電阻值。

(1)當I=Ig時，Rx=0，在滿偏電流Ig處標為“0”(歐姆調零)；

(2)當I=0時，Rx→∞，在I=0處標為“∞”(機械調零)；

圖7

通過這些數據及計算，一、可以發現電流均勻變化時電阻不均勻變化；二、可以發現左密右疏；三、可以深化中值電阻的概念；四、可以強化歐姆表的原理；五、可以加深之前對電流表和電壓表的改表及表盤刻度之間的轉化。每年講完這些計算后，學生收獲都很大。

表頭的刻度值轉換成歐姆值后可以直接讀出電阻。歐姆表的使用中最關鍵的兩步，一是調零，二是換擋。

2.歐姆表調零的目的

歐姆表本質是讀電流，通過歐姆定律換算成電阻。所以電阻是否準確本質就是流過表頭的電流是否準確。機械調零的目的是使指針的讀數就是流經歐姆表電流的讀數，如果開始時指針沒指到電流的零刻度線，表頭的讀數應是在指針直接讀數的基礎上加上或減去之前的示數，這樣就很麻煩；使流過表頭的電流等于滿偏電流的過程就是歐姆調零。總之，兩調零的目的就是校準表頭的電流。

3.歐姆表換擋的目的

歐姆表的刻度是零到無窮大，那測量過程中為什么要換倍率呢？比如當待測電阻Rx=RΩ，倍率選×1；在不換倍率的情況下，如果Rx=10RΩ或Rx=100RΩ或Rx=1 000RΩ時，流過表頭的電流會很小，指針的偏角基本上都很小，讀數誤差很大，所以為了讀數準確，要使指針指向中間位置附近，即歐姆表的準確范圍是在中值電阻附近。換倍率的目的就是通過改變中值電阻的大小來實現準確范圍的放縮。

4.換擋的兩種方式

【例3】將G表改裝成兩種倍率(如“×1”、“×10”)的歐姆表。現有兩種備選電路，如圖8甲和圖8乙所示，則圖________(選填“甲”或“乙”)為合理電路；另一種電路不合理的原因是____________________，在合理的電路中，當開關S合向________端，這時的歐姆表是較大的倍率擋。