任紀(jì)成

(沂源縣第一中學(xué)，山東 淄博 256100)

淺議逆向刻度歐姆表與順向刻度歐姆表的異同

任紀(jì)成

(沂源縣第一中學(xué)，山東 淄博 256100)

教材和平時(shí)有關(guān)歐姆表的問(wèn)題中歐姆表都是逆向刻度,即表頭指針偏轉(zhuǎn)角越大、電流越大、對(duì)應(yīng)電阻的刻度值卻越小.為了在物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生靈活思考問(wèn)題、發(fā)散思維的能力,而設(shè)計(jì)了順向刻度的歐姆表,對(duì)相關(guān)的問(wèn)題進(jìn)行了分析,同時(shí)為了提高學(xué)生在平時(shí)解決物理問(wèn)題的能力,對(duì)反向刻度歐姆表與順向刻度歐姆表的不同點(diǎn)和相同點(diǎn)進(jìn)行具體的分析．

歐姆表;表頭電流;中值電阻

我們平時(shí)教學(xué)中用到的歐姆表都是逆向刻度的,即表頭指針偏轉(zhuǎn)角越大、電流越大、對(duì)應(yīng)電阻的刻度值卻越小,而順向刻度的歐姆表,表頭指針偏轉(zhuǎn)角越大、電流越大、對(duì)應(yīng)電阻的刻度值也越大.本文就針對(duì)順向刻度的歐姆表的設(shè)計(jì)以及兩種歐姆表的異同之處,淺談一下自己的看法．

圖1

1 兩表的不同點(diǎn)

1.1 工作原理不同

(1) 逆向刻度歐姆表工作原理.

如圖1是單倍率的逆向刻度歐姆表的電路圖,電位器R0稱(chēng)為歐姆調(diào)零電阻.

當(dāng)歐姆表調(diào)零時(shí),兩表筆短接,調(diào)節(jié)調(diào)零電阻R0,使電流表滿(mǎn)偏,此時(shí)有

(1)

當(dāng)兩表筆接待測(cè)電阻Rx時(shí),電流表示數(shù)為I表，則

(2)

由(2)式可知, 通過(guò)表頭的電流I表與被測(cè)電阻Rx一一對(duì)應(yīng),在刻度盤(pán)上直接標(biāo)出與I表對(duì)應(yīng)的Rx的值,就能從刻度盤(pán)上直接讀出待測(cè)電阻Rx的值.

圖2

(2) 順向刻度的歐姆表工作原理.

如圖2是單倍率的順向刻度歐姆表的電路圖,電位器R∞叫歐姆調(diào)∞電阻

(3)

通過(guò)表頭的電流

(4)

由(4)式可知, 通過(guò)表頭的電流I表與被測(cè)電阻Rx一一對(duì)應(yīng),在刻度盤(pán)上直接標(biāo)出與I表對(duì)應(yīng)的Rx的值,就能從刻度盤(pán)上直接讀出待測(cè)電阻Rx的值.

1.2 表頭是如何刻度的

(1) 逆向刻度歐姆表的刻度.

由(2)式可知當(dāng)選擇某一倍率時(shí),紅黑表筆短接,即被測(cè)電阻為0,此時(shí)通過(guò)表頭的電流為最大,

(5)

指針偏轉(zhuǎn)角度最大,在表頭電流最大刻度處標(biāo)上電阻值Rx為0．

紅黑表筆斷開(kāi),即被測(cè)電阻為∞,此時(shí)通過(guò)表頭的電流為0,指針指在表頭的0刻度,在此處標(biāo)上電阻值Rx為∞.

(6)

由(5)、(6)式可知:Rx=R內(nèi),在表頭中間刻度處標(biāo)上電阻值Rx為R內(nèi).

(7)

(8)

(2) 順向刻度歐姆表的刻度.

由(4)式可知,當(dāng)Rx=0時(shí),即兩表筆短接時(shí),通過(guò)表頭的電流I表一定為0．

當(dāng)Rx=∞時(shí),即兩表筆斷開(kāi)時(shí),通過(guò)表頭的電流I表最大，調(diào)節(jié)電位器R∞讓表頭指針指在最大刻度處,通過(guò)表頭的電流為

(9)

兩表筆接測(cè)量電阻Rx時(shí),指針偏格為n,滿(mǎn)刻度偏格為N,則

(10)

由(4)、(9)、(10)式可知,

(11)

由(11)式可知,

在指針偏格n處,標(biāo)上此時(shí)Rx的數(shù)值,這樣就可以把刻度盤(pán)上的電流數(shù)值換為被測(cè)電阻數(shù)值了,這就是改裝的順向刻度的歐姆表.

也可以這樣理解:當(dāng)選擇某一倍率時(shí),紅黑表筆短接,即被測(cè)電阻為0,此時(shí)通過(guò)表頭的電流為0,指針不偏轉(zhuǎn),表頭刻度為0．

紅黑表筆斷開(kāi),即被測(cè)電阻為∞,此時(shí)調(diào)節(jié)R∞,使通過(guò)表頭的電流為滿(mǎn)偏電流,指針指在滿(mǎn)刻度,此時(shí)

(12)

由(4)、(9)、(12)式可知,

(13)

(14)

這樣就完成了順向刻度歐姆表表頭的刻度．

1.3 表頭上刻度的特點(diǎn)

(1) 逆向刻度歐姆表.

由上面的分析可知,逆向刻度歐姆表的表頭刻度盤(pán)的最左邊刻度處為∞,最右邊刻度處為0,中間刻度處為中值電阻(Rx=R內(nèi)),所以表頭刻度盤(pán)的刻度是左密右疏．

(2) 順向刻度歐姆表.

由上面的分析可知,順向刻度歐姆表表頭刻度盤(pán)的最左邊刻度處為0,最右邊刻度處為∞,中間刻度處為中值電阻(Rx=R內(nèi)),所以表頭刻度盤(pán)的刻度應(yīng)是左疏右密．

1.4 歐姆調(diào)零和歐姆調(diào)∞

(1) 逆向刻度歐姆表是歐姆調(diào)零.

由(2)式可知,當(dāng)Rx=0時(shí),即兩表筆短接時(shí),通過(guò)表頭的電流I表最大,調(diào)節(jié)電位器R0讓指針指在最大刻度處,所以應(yīng)是歐姆調(diào)零．

(2) 順向刻度歐姆表是歐姆調(diào)∞.

由(4)式可知,當(dāng)Rx=0時(shí),即兩表筆短接時(shí),通過(guò)表頭的電流I表一定為0．

當(dāng)Rx=∞時(shí),即兩表筆斷開(kāi)時(shí),通過(guò)表頭的電流I表最大，調(diào)節(jié)電位器R∞讓指針指在表頭最大刻度處,所以應(yīng)是歐姆調(diào)∞,而不是歐姆調(diào)零．

1.5 兩種歐姆表的多個(gè)倍率是如何實(shí)現(xiàn)的

(1) 逆向刻度歐姆表.

圖3

如圖3是一個(gè)多倍率逆向刻度歐姆表的原理圖,虛線框內(nèi)是利用普通表頭和若干個(gè)固定電阻及一個(gè)電位器適當(dāng)?shù)剡B接起來(lái)所構(gòu)成的電路,可以等效為一個(gè)內(nèi)阻基本不變而滿(mǎn)偏電流可調(diào)的表頭,在表頭回路里接入的電位器R0叫歐姆調(diào)零電阻．由R4和虛線框內(nèi)部分共同組成電阻檔的×1k倍率,在此基礎(chǔ)上并上一個(gè)電阻就構(gòu)成了其它倍率,圖3中的R1、R2、R3分別為×1、×10、×100倍率應(yīng)并聯(lián)上去的電阻,它們與×1k倍率的中值電阻R中并聯(lián)后的等效內(nèi)阻分別為R中1、R中10、R中100,由此可見(jiàn)改變逆向刻度歐姆表的倍率實(shí)際上是改變中值電阻R中,對(duì)于其它倍率逆向刻度歐姆表的中值電阻只要在最高倍率的中值電阻上并聯(lián)一電阻Rx,使其并聯(lián)等效電阻等于所需的倍率的中值電阻R中x即可．

因此,逆向刻度歐姆表的多個(gè)倍率是依靠配換不同的電阻Rx改變中值電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)的．

(2) 順向刻度歐姆表.

多倍率的順向刻度歐姆表是在單倍率順向刻度歐姆表原理的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而成．如圖4是一個(gè)多倍率順向刻度歐姆表的原理圖,圖4中的R1、R2、R3、R4分別為×1、×10、×100、×1k倍率時(shí)應(yīng)和R∞串聯(lián)的電阻,它們與R∞、電源內(nèi)阻r串聯(lián),再與Rg并聯(lián),并聯(lián)后的等效內(nèi)阻分別為R中1、R中10、R中100、R中1k．因此,順向刻度歐姆表的多個(gè)倍率是依靠變換不同的電阻R改變中值電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)的．

圖4

2 兩表的相同點(diǎn)

2.1 作用相同

逆向刻度歐姆表與順向刻度歐姆表都可用來(lái)測(cè)量電阻,并且不論哪一種表在測(cè)電阻時(shí),都不能準(zhǔn)確測(cè)量電阻,只能粗測(cè)電阻數(shù)值．

2.2 表頭刻度

逆向刻度歐姆表與順向刻度歐姆表的表頭刻度都是不均勻的．

2.3 內(nèi)部放置的電源

不論是逆向刻度歐姆表還是順向刻度歐姆表,在表的內(nèi)部,都是紅表筆接內(nèi)部電源負(fù)極,黑表筆接內(nèi)部電源正極．

2.4 倍率的實(shí)現(xiàn)

不論是逆向刻度歐姆表還是順向刻度歐姆表,改變歐姆表的倍率實(shí)際上是改變中值電阻R中．逆向刻度歐姆表對(duì)于其它倍率歐姆表的中值電阻只要在最高倍率的中值電阻上并聯(lián)一電阻Rx,使其并聯(lián)等效電阻等于所需的倍率的中值電阻R中x即可．順向刻度歐姆表在改變倍率時(shí),R∞、電源內(nèi)阻r串聯(lián),與不同的電阻串聯(lián),再與Rg并聯(lián),并聯(lián)后的等效內(nèi)阻為中值電阻,因此,不論是逆向刻度歐姆表還是順向刻度歐姆表,它們的多個(gè)倍率都是依靠變換不同的電阻Rx改變中值電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)的．

2.5 兩種歐姆表不用時(shí)電池的放置相同

(1) 逆向刻度歐姆表.

圖5

可在圖3中加上一個(gè)開(kāi)關(guān)如圖5所示,當(dāng)逆向刻度歐姆表不用時(shí),把開(kāi)關(guān)斷開(kāi),也就是把開(kāi)關(guān)打在off檔,或者把電池從逆向刻度歐姆表中取出來(lái)．

(2) 順向刻度歐姆表.

可在圖4中加上一個(gè)開(kāi)關(guān)如圖6所示,當(dāng)順向刻度歐姆表不用時(shí),把開(kāi)關(guān)斷開(kāi),也就是把開(kāi)關(guān)打在off檔,或者把電池從歐姆表中取出來(lái)．

圖6

啟示: (1) 我們?cè)谄綍r(shí)的教學(xué)中,依靠教材,但不拘泥于教材,引導(dǎo)學(xué)生牢固掌握基本知識(shí)的基礎(chǔ)上,靈活多變,從不同的角度思考問(wèn)題,以達(dá)到提高學(xué)生思維能力的目的,這也是目前物理高考中一個(gè)考查的重點(diǎn)．

(2) 學(xué)生在平時(shí)學(xué)習(xí)物理時(shí),一定要注意對(duì)于不同的現(xiàn)象、不同的問(wèn)題,不能只滿(mǎn)足于現(xiàn)象和問(wèn)題的表面,而應(yīng)該深入分析、尋根求底,真正分析出它們的異同點(diǎn).這樣做對(duì)提高學(xué)生的解題能力有很大的幫助．

1 范曉輝.新編高中物理奧賽指導(dǎo)[M].南京:南京師范大學(xué)出版社,2006:465-466.

2017-05-23)