歐姆表使用中的十個為什么

摘 要：歐姆表是測電阻的儀器，正確使用歐姆表是培養實驗技能和科學思維的重要途徑。但實際操作中會出現很多疑問，而弄清其中的底層邏輯是提升學科素養的有效途徑。

關鍵詞：左密右疏；歐姆調零；中值電阻；相對誤差

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2024）7-0073-3

歐姆表是測電阻的儀器，其工作原理則基于閉合電路的歐姆定律。在歐姆表測電阻的教學中，教師往往直接給出一些結論讓學生記憶，比如“在中值電阻附近讀數較為準確”，但為什么準確學生不得而知，還讓學生有了更多疑惑。高考評價體系中指出，整合學科相關知識，運用學科相關能力認識問題、分析問題、解決問題，這是提升學科素養的有效途徑。由此看來，教師講明為什么是有必要的。基于此，結合教學實際，總結了以下十個學生容易產生的疑問，并加以解讀，以期幫助學生更好地理解和使用歐姆表。

1 為什么歐姆表的刻度左密右疏

指針式的電流表或電壓表的刻度是均勻的，而歐姆表的刻度卻不均勻，且左密右疏，這是為什么？我們知道，歐姆表測電阻時，首先是將電阻Rx接入電路，那么通過電流表的電流為

2 為什么每次換擋都需要進行歐姆調零

歐姆調零的步驟是紅黑表筆短接，調節歐姆調零旋鈕，使指針指向滿偏電流（表盤上0 Ω）的位置。

如圖1是歐姆表換擋示意圖，換擋時旋動旋鈕S，當S接通R1、R2或R3時代表歐姆表不同的擋位，擋位不同時，G表并聯的電阻不同，歐姆表的內阻也不同。歐姆調零時，紅黑表筆短接（外電阻為零），指針不再指向0 Ω的位置，這時需要通過調節調零電阻R0，使指針重新指向0 Ω的位置，此時才可以表示外電阻為0。

3 為什么低擋位時無法調零

歐姆表在換擋后要進行歐姆調零才能使用，但在實際操作時有這樣一種現象［1］：高倍率擋時（比如×10k）調節歐姆調零旋鈕，可以正常進行歐姆調零，但當低倍率擋時（比如×1），無論怎樣調節歐姆調零旋鈕，指針都無法指到滿偏電流的位置，這也就意味著歐姆調零失敗，這是為什么呢？問題出在電池上，學生型歐姆表一般使用干電池作為內部電源。資料顯示，當干電池使用久了以后，電池的電動勢減小，內阻增大為十幾歐甚至上百歐。如果繼續使用舊的電池作為內部電源，那么無論選擇哪個擋位，流過表頭的最大電流都會減小。只是低倍率擋時，流過表頭的最大電流減小得更多，以至于電流小于其量程，這也就意味著無法調零。如果將電池更換為新電池，這種現象隨即消失。

4 為什么中值電阻就是該擋位下的內阻

如圖2（甲）是歐姆表內部構造示意圖，歐姆表的內部構造由電池、電流表G、調零電阻R和紅、黑表筆組成，其內阻R=Rg+R+r。如圖2（乙）所示，當紅、黑表筆短接（被測電阻Rx=0）時，調節調零電阻R，使I=Ig，電流表的指針達到滿偏（指針指在0 Ω位置），這一過程叫歐姆調零。根據閉合電路的歐姆定律

5 為什么中值電阻決定了歐姆表的刻度

6 為什么不能測電源的內阻

歐姆表的工作原理是基于表內的電池與待測電阻構成閉合電路，通過表頭的電流指示來顯示被測電阻。對于外部電源的內阻不能用歐姆表測量，有兩方面的原因：第一，把外部電源接上歐姆表后，電路的結構將發生變化，歐姆表的電流與原來設計標注的刻度不再吻合，指針指示讀數也就不再是所測電阻的阻值；第二，實際操作中，外部電源的接入輕則會使測量無效，重則燒壞歐姆表。由此看來，歐姆表不能用來測電源的內阻，即使在測純電阻的阻值時，也需要先把外部電源斷開才能進行測量。

7 為什么估讀會偏大

（3）式結果表明，這樣估讀的結果是大于實際電阻值的，即估讀值偏大。由于歐姆表的刻度本身不均勻，所以度數越小或越大，估讀的誤差就越大。

8 為什么在中值電阻附近讀數

由上面分析可知，對于不同數量級阻值的電阻，為了滿足在中值電阻附近讀數，我們需要選擇合適的倍率，比如，中間刻度是“15”，在測量約20 Ω的電阻時，宜選擇倍率“×1”；在測量約2 000 Ω的電阻時，宜選擇倍率“×100”，等等。

9 為什么指針偏轉角太大時要換低倍率的擋位

測電阻時，我們在中值電阻附近讀數較為準確，這就需要選擇合適的擋位讓指針指在中值電阻附近。如圖4所示，指針的偏轉角較大，并不是指在中間刻度附近，所以需要更換倍率，由于當前指針讀數偏小，根據電阻Rx=讀數×倍率，所以選擇的倍率偏高，需要更換低倍率的擋位，反之亦然。可以利用口訣記憶，即“轉大換小，轉小換大”。

10 為什么電池用舊了，測量值偏大

以上十個為什么是學生學習歐姆表的過程中容易產生的疑惑，主要表現在歐姆表的原理、使用方法、注意事項和誤差分析等幾個方面，教師只有在教學中講明了這些疑惑的底層邏輯，學生才能更好地使用歐姆表。歐姆表測電阻的特點是可以直接讀數且操作簡單，但限于測量原理，所以只能用于粗測阻值，如果對精度有要求，就需要考慮其他測量方法，比如伏安法［5］。

參考文獻：

［1］張轉利，陶振宇.為什么低擋調不到零？——對歐姆表使用過程中一個現象的探討［J］.物理教師，2015，36（10）：54-56.

［2］馬仕彪.歐姆表測量原理和倍率的探討［J］.物理通報，2023（9）：140-145.

［3］梁燦彬，秦光戎，梁竹健.電磁學［M］.北京：高等教育出版社，1980：214-215.

［4］朱建廉.為何要在中間區域？——關于“歐姆表測電阻時讀數誤差”的研究［J］.物理教師，2023，44（10）：64-65.

［5］張巖松.歐姆表測電阻的十個為什么［J］.物理教學探討，2020，38（6）：61-62.