歐姆擋換擋原理

多用電表歐姆擋換擋原理分析劉朝明（廣東省佛山市順德區(qū)杏壇中學(xué)528325）高中物理教材（新教材）對多用電表的使用要求較高，但沒有涉及歐姆表的原理問題。由于多用電表歐姆擋的擋間變換的原理較復(fù)雜，學(xué)生不易理解，部分老師對此問題也有不少疑問。例如，當(dāng)歐姆表由小倍率擋變大倍率擋時(shí)內(nèi)阻變大了還是變小了？表內(nèi)僅僅是通過調(diào)零電阻來實(shí)現(xiàn)內(nèi)電阻的變化嗎？為什么由小倍率擋變大倍率擋后，短接調(diào)零前卻發(fā)現(xiàn)表頭指針竟然偏右，即在原來零刻度線的右方？等問題，不一而足。針對這些問題，筆者認(rèn)真做過實(shí)驗(yàn)并打開歐姆表進(jìn)行觀察，對多用電表電原理圖進(jìn)行了仔細(xì)分析。下面是筆者對此問題的理解和分析。首先應(yīng)當(dāng)說明的是，根據(jù)全電路歐姆定律分析知，歐姆表的總內(nèi)阻等于歐姆表刻度盤上標(biāo)出的中值電阻。并由此可推知，當(dāng)歐姆表換倍率更大的擋位后，因?yàn)橹兄惦娮柙龃螅?，歐姆表的內(nèi)阻是增大的。為什么由小倍率擋變大倍率擋后，歐姆表總內(nèi)阻增大后，短接調(diào)零前卻發(fā)現(xiàn)表頭指針竟然偏右，即通過表頭的電流會增大呢？這就要弄清歐姆表的電原理。以下圖1是課本給出的單擋位的歐姆表電原理圖。下圖2是筆者根據(jù)多用電表的電原理圖簡化后得到的歐姆表多擋電原理圖。x1kx100x10x1多用電表歐姆擋電路圖圖2x1kx100x10x1從圖2可見，歐姆表由小量程擋向大量程擋轉(zhuǎn)換時(shí)需要增大歐姆表的總內(nèi)阻是通過變換并聯(lián)阻值更大的電阻來實(shí)現(xiàn)的@4=14KQ，R3T?67KQ，R2T51Q，R1=13.6Q）O并非是通過串聯(lián)更大電阻來增大內(nèi)阻的。當(dāng)歐姆表的倍率為x1擋時(shí)，表筆短接，根據(jù)閉合電路歐姆定律有，通過電源的電流為：

E/=R+r(E/=R+r式中的R表示除電源內(nèi)阻r以外的其它接入電路的電阻（R1、R4、R0、Rg）的總電阻。（R+r）是歐姆表的總內(nèi)阻。設(shè)Ig是電流表的滿偏電流，U表示電源的端電壓，同是在表筆短接時(shí)，顯然有：Ig=RQ+R4+Rg（2）我們要注意以上兩個(gè)電流的區(qū)別和聯(lián)系。表頭顯示的電流應(yīng)是Ig，而并非I。當(dāng)選擇開關(guān)x1擋換至x10擋時(shí)，由于R的值變大，從式（1）可見I變小，但因?yàn)閁的值變大，從式（2）可知Ig是變大的。這就是歐姆表換大量程擋后，短接調(diào)零前表頭指針偏右的原因。以下是一道與此知識相關(guān)的高考復(fù)習(xí)練習(xí)題,此題是廣州市2004年高考模擬考題，命題雖有超出今年高考說明要求之嫌，但命題立意較高是一道考查學(xué)生能力的題目。從考后試卷分析發(fā)現(xiàn)學(xué)生出錯(cuò)很多。這主要是學(xué)生對歐姆表換擋原理沒有弄清，以及不會靈活運(yùn)用歐姆定律和中值電阻這個(gè)已知條件。題目：某同學(xué)用以下器材接成圖3所示的電路，并將原微安表盤改畫成如圖4所示，成功地改裝了一個(gè)簡易的“Rx1k”的歐姆表，使用中發(fā)現(xiàn)這個(gè)歐姆表用來測量阻值在10kQ—20kQ范圍內(nèi)的電阻時(shí)精確度令人滿意。所供器材如下：A、Ig=100pA的微安表一個(gè)；B、電動(dòng)勢E=1.5V，電阻可忽略不計(jì)的電池；C、阻值調(diào)至14kQ電阻箱R一個(gè)；D、紅、黑測試表棒和導(dǎo)線若干；（1）原微安表的內(nèi)阻Rg=Q（2）在圖1電路的基礎(chǔ)上，不換微安表和電池，圖2的刻度也不改變，僅增加1個(gè)元件，就能改裝成“Rx1”的歐姆表。要增加的元件是（填器件名稱），規(guī)格為。（保留兩位有效數(shù)字）（3）畫出改裝成“Rx1”的歐姆表后的電路圖。解析如下：根據(jù)“使用中發(fā)現(xiàn)這個(gè)歐姆表用來測量阻值在10kQ—20kQ范圍內(nèi)的電阻時(shí)精確度令人滿意。”說明在測阻值在10kQ—20kQ的電阻時(shí)歐姆表的指針在刻度盤的中間附近，由此

可結(jié)合刻度盤確定此表的中值電阻，即表內(nèi)總電阻約為R總=15kd（相當(dāng)于歐姆表選擇量程于x1k擋）。當(dāng)表筆短接時(shí)，電流滿偏，根據(jù)歐姆定律有：EIg=R+Rg代入E、R、Ig的值可得Rg=1kQ要減少把原表改裝成“Rx1”的歐姆表，就要減少表的內(nèi)阻依題意，顯然只有并聯(lián)一個(gè)小電阻R’。才能使表內(nèi)總電阻等于中值電阻R=15Q。根據(jù)R=R,（R+Rg），代入R以及Rg的數(shù)并并R+R+Rg