如何实现欧姆表的不同倍率.docx
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如何实现欧姆表的不同倍率
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如何实现欧姆表的不同倍率
在2008年苏、锡、常、镇四市高三教学情况调查
(二)物理试题中有这样一道实验题,原题为简答题中的的第仆题,共有两问,现只讨论其第二问,题目如下:
(2)将G表改装成两种倍率(如“X1”、“X10”)的欧姆表。
现有两种备选电路,如图2和图3所示,则图(选填“2”或“3”)为合理电路;另一
种电路不合理的原因是,在合理的
电路中,当开关S合向端,这时的欧姆表是较大的倍率挡。
答案:
图2•原因:
图3中的电路c和d所对应的电源电动势和满偏电流
(最大电流)相同,则对应中值电阻相同,即同一种倍率(其它答案意思讲酌情给分)b
在考试时,这道题的得分率很低,即使是得分的同学也有很多是随机猜测
的。
学生普遍觉得无从下手,不知如何分析,究其原因,是对“改装成两种倍率
(如“X1”、“X10”)的欧姆表”不理解,不知如何实现欧姆表的不同倍率。
要解决欧姆表的不同倍率问题则需要先回顾一下欧姆表的测量原理。
欧姆
表是测量电阻的仪表,其测量原理图如右下图所示。
它是由电流表表头、直流电源、电位器和红、黑二表笔串联而成。
虚线框内是欧姆表的内部结构(简化),则叶R+Rg即为欧姆表的内阻R内。
当被测电阻R接入电路后,通过表头的电流
1炊迎下核
R。
的值以保证当R=0时流过表头
稍&文档
rRgRoRx
Rx=v一(「R§R。
)
由上式可知,对给定的欧姆表,I与R有
对应的关系,所以由表头指针的位置可以知道R的大小。
为了读数方便,事先在刻度盘上直接标出欧姆值。
由欧姆表的原理可以看出,与电流表或电压表不同,欧姆表的刻度有以下三个显著特点:
(1)>电流表及电压表的刻度越向右数值越大,欧姆表则相反,这是由于Fx越小I越大造成的。
每个欧姆表刻度盘的最右端都可标以5Q”的数值,因为我们总可以选择的电流恰好等于它的满刻度电流Igo
(2)
、磁电式电流表及电压表的刻度是均匀的,欧姆表的刻度却很不均匀,越向左边越密。
这是因为刻度的疏密程度取决于导数dl/dRx,由通过表头的电流
上式表明R越大dl/dRx越小,故越向左边刻度越密。
(3)、电流表及电压表的刻度都是从0到某一确定的值,因此每个表都有一个确定的量程。
但欧姆表的刻度却总是从0到%欧。
那这是否表明所有的欧姆表都有相同的刻度?
是否欧姆表不存在量程问题?
不
是的!
要认识这个问题先让我们再熟悉一下欧姆表的中值电阻。
Fx=O时表头电流等于它的满
E
rRgR。
Rx可得:
欧姆表在每次换挡位后测量电阻前都必须进行欧姆调零,即将两表笔短接,
调节调零旋钮使指针指到电流表的满刻度。
因此当
刻度电流©所以把R=0和1=1g代入1
所以丄—」―脸—
(rRgRo)Rx
而(rRgR。
)(欧姆表的内阻)是一定的,所以每一个R值都对应一个确定的
1/1?
值。
1/1g这个数值是很有实际意义的,正是它唯一地决定着表针的位置。
例如当I/18=1时,I=h,表针指最右端;例如当I/18=1/2时,I=Ig/2,表针指在刻度盘的中心处,等等。
可以这样理解:
每个Rx值决定一个l/人值,而每个I/A
值又决定一个表针位置。
如果两个欧姆表有不同的(rRgR。
)值,同一R就对
应不同的l/h值,即对应不同的表针位置,它们的刻度情况就不一样。
反之,只要两个欧姆表的(「RgR。
)值相等,它们的刻度情况就完全相同(可以共用一
个刻度盘)。
欧姆表的(rRgRo)叫做它的中值电阻(简称中值)。
因为当
2(-RgRo)时,可得l/lg=1/2,表针恰指正中。
换句话说:
中值电阻唯一地决定了欧姆表的刻度。
中值电阻一经确定,刻度盘的刻度便将全盘定局。
当Rx的值分别为R中的2倍、3倍、4倍……时,电流表中的电流I分别为满度电流lx的1/3、1/4、1/5……即电表指针的偏转角度为满刻度时的1/3、1/4、
1/5……当Rx的值分别为R中的1/2、1/3、1/4时,电表指针的偏转角度分别为满偏时的2/3、3/4、4/5……所以,欧姆表的表盘的刻度是不均匀的.
那如何改变欧姆表的测量范围,实现欧姆表的不同倍率呢?
虽然任何欧姆表的刻度都从0到%欧,但因为欧姆表的刻度却很不均匀,越向左边刻度越密,所以当被测电阻R很大时就难以得到准确读数。
以人教版新课程教材选修3-1
课本第69页的欧姆表的刻度盘为例,中间刻度为15,如中值电阻为15欧,当Rx在100欧以上时,读数已很困难,当Rx在1000欧以上时,甚至无法读数。
要想准确地测出1000欧左右的阻值,应该换用一个中值电阻较大的欧姆,设想有一个欧姆表,其中值电阻为1500欧,是前面欧姆表的中值电阻的100倍,则可以证明,只要把前面表的每个刻度值乘以100,便可得到该表的刻度值。
于是当R=1000欧时,表的指针将指在中间附近,读数便准确多。
反之,对于小的RV值(例如几欧),则中值电阻为1500欧的表测量就不如前面的表准确。
所以测量大电阻
3欢迎下杈
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时要用中值大的欧姆表,反之则要用中值小的欧姆表。
实际使用的欧姆表都几个中值(几挡),为了统一使用一个刻度盘,相邻中值之比总是10或100。
例如,
最常用的欧姆表有x1、x10>x100>x1000>等挡。
使用挡时,中值就是刻度盘正中的欧姆值;使用x10挡时,中值是刻度盘正中数值的10倍,因而其他刻度值也应乘以10。
其余各挡以此类推。
由此可知,要改变欧姆表的测量范围,实现欧姆表的不同倍率,就是使表盘上的刻度都扩大相同的倍数,中值电阻也不例外。
而中值电阻就等于欧姆表的内阻,所以也就是改变欧姆表的内阻,根据只中二甩二(rRgR0HE可知改
%
变欧姆表的内阻,有两种途径:
改变电源电动势或改变电路中的最大电流b值。
在2008年苏、锡、常、镇四市高三教学物理试题中的实验题中,要改装成两种倍率(如伙仁、“X10”)的欧姆表,而图2和图3所对应的电路中的电源均只有一个,则只通过改变电路中的最大电流人值来改变中值电阻。
而图3中无论是接c还是d,使电流表满偏的最大电流是一样的,则所对应的欧姆表的内阻相同,即中值电阻相同,也就是对应同一个倍率,而图2中接a和接b,使电流表满偏的最大电流是不一样的,则所对应的欧姆表的内阻不相同,即中值电阻不相同,从而实现了不同的倍率,所以选图2。
又因为图2中接b端时的最大电流比接a端时小,由R中二R内二
Ro)e可知,接b端所对应中值电阻
大,则这时的欧姆表是较大的倍率挡。
现在我们再来看看人教版选修3-1"多用电表”一节中,第68页的插图
中图2.8-5,画的是多量程多用电表示意图。
教材中说明图中电流、电压、电阻挡各有两个量程,观察电路图叮知,1>
2挡为电流挡;5、6挡为电压挡;而3、4挡应为电阻挡。
但仔细观察电路图,
发现3、4支路的差别在于支路4多串联了一个定值电阻R,这样真的能起到实
现不同的倍率吗?
欧姆表在测量电阻之前首先要进行欧姆挡调零,即将红黑表笔短接,再调节可
变电阻,使电路中的电流达到满偏,不难发现,3、4支路在调零时由于表头相同,且
电源的电动势也一样,则满偏时电路中的总电阻是一样的,虽然支路
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4中多了一个定值电阻,但调零时可变电阻将调得更小。
所以教材中的电路图在
开关打到3、4挡时所对应的欧姆表的中值电阻是相同的,所以倍率也是相同的。
那如何来实现欧姆表的不同倍率,从而达到改变量程的目的?
一般有两种途径:
一是电路中的最大电流人值不变而改变电源电动势,可以在教材原插图的基础上,只要改变3、4支路中的电源电动势大小(即用两个不同的电源),可
以把支路4中的电源符号E改为E?
两是电源电动势不变而改变电路中的最大电流Ig值,如下图(右图)所示,可在电流表表头上想办法,在电流表表头上并
联多个电阻,即把G表改装成不同量程的电流表,再加一个选择开关即可实现不
高等教育出版社1980年
参考文献:
1人教版新课程教材选修3-1课本
2、电磁学梁灿彬秦光戎梁竹健
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