溫新寶

摘 要：剖析歐姆表的結(jié)構(gòu)及使用原理，采用等效電源的思想，把歐姆表視為一塊特殊的電源，為歐姆表的教學提供一個物理模型，也為解決歐姆表相關(guān)的問題提供一解題思路。

關(guān)鍵詞：歐姆表；等效電源；閉合電路歐姆定律

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）7-0054-3

電學實驗是高考的必考題型，也是考查靈活運用電路知識與方法能力的好題型。近幾年高考試題中電學實驗試題的變化特點與趨勢，主要表現(xiàn)在：對基本實驗的改造，儀器基本原理的深度理解，利用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)等方面。本文以歐姆表為例，芻議高考電學實驗。

1 透視電表的實質(zhì)，重新審視歐姆表

1.電表的共同特點：電表可分為電流表、電壓表和歐姆表，這3種電表有共同的特點。（1）共同的表頭即靈敏電流計，也就是磁電式電流表，從結(jié)構(gòu)的實質(zhì)來看就是多匝電阻絲，我們就把它視為一塊可顯示示數(shù)的特殊電阻，再特殊也是一塊電阻即符合部分電路的歐姆定律即U=IRg。（2）電表的正負接線柱的物理意義相同，均以電流的流向為標準，電流總是從正接線柱流入，從負接線柱流出。

2.歐姆表的實質(zhì)：歐姆表是由靈敏電流計與電源、控制元件及待測電阻等組成的閉合電路，所以歐姆表可視為一塊特殊的電源，歐姆表等效為電源的內(nèi)部，歐姆表外部的電阻相當于外電阻。（1）通過表盤的中值電阻直接讀出歐姆表的內(nèi)阻R=R。（2）由歐姆表的指針示數(shù)測出的是外電阻的阻值R。（3）歐姆表是一塊特殊電源，再特殊也是電源，即符合閉合電路的歐姆定律E=U+U。

2 高考試題研討，深化認識電表

電學實驗就是“帶電作業(yè)”，幾乎都離不開電表的使用，實驗原理基本上都是直流電路的基本規(guī)律。因此，可以將兩個或兩個以上的基本實驗進行組合。下面以兩個歐姆表的原理為核心的高考題為例，與大家共同探討電表的實質(zhì)。

案例1 （2011全國卷23）使用多用電表測量電阻時，多用電表內(nèi)部的電路可以等效為一個直流電源（一般為電池）、一個電阻和一表頭相串聯(lián)，兩個表筆分別位于此串聯(lián)電路的兩端?，F(xiàn)需要測量多用電表內(nèi)電池的電動勢，給定的器材有：待測多用電表，量程為60 mA的電流表，電阻箱，導線若干。實驗時，將多用電表調(diào)至“×1 Ω”擋，調(diào)好零點；電阻箱置于適當數(shù)值。完成下列填空：

（1）儀器連線如圖l所示（a和b是多用電表的兩個表筆）。若兩電表均正常工作，則表筆a為_________ （填“紅”或“黑”）色；

（2）若適當調(diào)節(jié)電阻箱后，如圖1中多用電表、電流表與電阻箱的示數(shù)分別如圖2（a）（b）（c）所示，則多用電表的讀數(shù)為 Ω；電流表讀數(shù)為 mA；電阻箱的讀數(shù)為 Ω；

（3）將圖l中多用電表的兩表筆短接，此時流過多用電表的電流為_________mA；

（4）計算得到多用電表內(nèi)電池的電動勢為

_________V。（保留3位有效數(shù)字）

【解析】以歐姆表的實質(zhì)為根據(jù)，從3個方面去分析，本題就會迎刃而解。

1.根據(jù)電表正負接線柱的物理意義可知：“多用表歐姆擋工作時內(nèi)置電源正極與黑表筆相連”及“電流表工作時電流應(yīng)由‘+接線柱流入”，則表筆a應(yīng)為黑色。

2.歐姆表的內(nèi)外電阻的理解。多用電表調(diào)至“×1”擋，由多用電表的中值電阻可知歐姆表內(nèi)阻R=R=15 Ω；由多用表指針讀數(shù)可知R=14 Ω，外電阻即電阻箱與電流表的阻值，也理解了歐姆表的示數(shù)與電阻箱的阻值是不等的，此時電阻箱讀數(shù)為4.6 Ω。

3.遵守閉合電路的歐姆定律，幾個外電路的狀態(tài)就對應(yīng)幾個方程。

（1）兩表筆短接時，由E=IR內(nèi)，得流過多用電表的電流為I=E/R=E/15=102 mA。

（2）當電流表讀數(shù)為53 mA時，由閉合電路歐姆定律E=I×（R+R）可知E=1.54 V。

案例2 （2013·新課標Ⅰ·23）某學生實驗小組利用圖3（a）所示的電路，測量多用電表內(nèi)電池的電動勢和電阻“×1 k”擋內(nèi)部電路的總電阻。使用的器材有：多用電表，電壓表（量程5 V，內(nèi)阻十幾千歐），滑動變阻器（最大阻值5 kΩ），導線若干。

回答下列問題：

（1）將多用電表擋位調(diào)到電阻“×1 k”擋，再將紅表筆和黑表筆 ，調(diào)零點。

（2）將圖3（a）中多用電表的紅表筆和 （填“1”或“2”）端相連，黑表筆連接另一端。

（3）將滑動變阻器的滑片調(diào)到適當位置，使多用電表的示數(shù)如圖3（b）所示，這時電壓表的示數(shù)如圖3（c）所示。多用電表和電壓表的讀數(shù)分別為 kΩ和 V 。

（4）調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使其接入電路的阻值為零。此時，多用電表和電壓表的讀數(shù)分別為12.0 kΩ和4.00 V。從測量數(shù)據(jù)可知，電壓表的內(nèi)阻為____kΩ。

（5）多用電表電阻擋內(nèi)部電路可等效為由一個無內(nèi)阻的電池、一個理想電流表和一個電阻串聯(lián)而成的電路，如圖3（d）所示。根據(jù)前面的實驗數(shù)據(jù)計算可得，此多用電表內(nèi)電池的電動勢為 ___V，電阻“×1 k”擋內(nèi)部電路的總電阻為 ___kΩ。

【解析】若從歐姆表實質(zhì)角度分析，這兩道題可以說是驚人的相似。

1.根據(jù)電表正、負接線柱的物理意義可知：“多用表歐姆擋工作時內(nèi)置電源正極與黑表筆相連”及“電壓表工作時電流應(yīng)由‘+接線柱流入”，則紅表筆接1。

2.歐姆表的內(nèi)、外電阻的理解。多用電表調(diào)至“×1 k”擋，由多用電表的中值電阻可知歐姆表內(nèi)阻R=R=15.0 kΩ；當外電阻只有電壓表時，由多用表指針讀數(shù)可知R=12.0 kΩ，則R就是電壓表的內(nèi)阻。

3.遵守閉合電路的歐姆定律，一個外電路的狀態(tài)就對應(yīng)一個方程。

當電壓表讀數(shù)為4.00 V時，由閉合電路歐姆定律E=U+ U可知E=U+=9.00 V。

透過現(xiàn)象看本質(zhì)，才能揭開電表的神秘面紗。只要立足于根本去分析實驗，我們會站到更高的層次去審視電學實驗，消除對電學實驗的恐懼感。

（欄目編輯 王柏廬）