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        一道歐姆表換擋試題賞析

        2019-06-06 02:35:40趙生武
        數(shù)理化解題研究 2019年13期

        趙生武

        (甘肅省永登縣第一中學(xué) 730300)

        歐姆表的使用是歷年來高考電學(xué)實驗的熱點,并且近年來高考命題趨勢從考查歐姆表的讀數(shù)、探測黑箱內(nèi)元件等逐步向考查歐姆表原理與實際操作過渡,體現(xiàn)試題的綜合性、應(yīng)用性和實踐性.筆者在一輪復(fù)習(xí)中遇到一道典型的歐姆表換擋試題,試題在考查歐姆表基本原理的基礎(chǔ)上,突出歐姆表的歐姆調(diào)零和切換倍率兩大亮點.現(xiàn)將試題呈現(xiàn),并從四個角度予以賞析,并提出試題改編建議.

        一、試題呈現(xiàn)

        某物理興趣小組設(shè)計了如圖1a所示的歐姆表電路,通過控制開關(guān)S和調(diào)節(jié)電阻箱,可以使歐姆表具有“×1”和“×10”兩種倍率,所用器材如下:

        A.干電池(電動勢E=1.5V,內(nèi)阻r=0.5 Ω)

        B.電流表G(滿偏電流Ig=1mA,內(nèi)阻Rg=150Ω)

        C.定值電阻R1(阻值為1200Ω)

        D.電阻箱R2和R3(最大阻值為9999Ω)

        E. 電阻箱R4(最大阻值為9999Ω)

        F.開關(guān)一個,紅、黑表筆各一支,導(dǎo)線若干

        (1)該實驗小組按圖1(a)所示原理圖正確連接好電路,當(dāng)開關(guān)S斷開時,將紅、黑表筆短接,調(diào)節(jié)電阻箱R2=Ω,使電流表達到滿偏,此時閉合電路的總電阻叫做歐姆表的內(nèi)阻R內(nèi),則R內(nèi)=Ω,歐姆表是(填“×1”或“×10”)倍率.

        (2)閉合開關(guān)S.

        第一步:調(diào)節(jié)電阻箱R2和R3,當(dāng)R2=Ω 且R3=Ω時,將紅、黑表筆短接,電流表再次達到滿偏;

        第二步:在紅、黑表筆間接入電阻箱R4,調(diào)節(jié)R4,當(dāng)電流表指針指向圖1(b)所示位置時,對應(yīng)的歐姆表的示數(shù)為Ω.

        二、試題賞析

        1.考查基礎(chǔ)性——歐姆表的工作原理

        (1)歐姆調(diào)零原理

        (2)中值電阻

        2.體現(xiàn)創(chuàng)新性——歐姆表換擋

        3.突出綜合性——電流表的改裝和閉合電路歐姆定律的綜合應(yīng)用

        4.具有拓展性——歐姆表換擋的進一步思考

        現(xiàn)以實驗室常用的MF47型磁電式多用電表為例,如圖2所示,進一步分析歐姆表的換擋原理.MF47系列磁電式多用電表歐姆擋的倍率分別是:“×1”, “×10”, “×100”, “×1K”, “×10K”, “×100K”, “×1M”,刻度盤的中值刻度數(shù)為16.5,表頭的滿偏電流為46.2μA.為計算方便,中值刻度數(shù)取15,表頭滿偏電流取0.1mA,若不改裝電流表,只通過改變電源電動勢實現(xiàn)歐姆表換擋,由E=Ig·R內(nèi)求得各倍率對應(yīng)電源電動勢分別為:1.5mV,15mV,150mV,1.5V,15V,150V,1500V.可見,電源電動勢成10倍增長變化,考慮結(jié)構(gòu)緊湊性、攜帶方便性、使用安全性等原則,顯然不現(xiàn)實.

        經(jīng)查MF47系列磁電式多用電表內(nèi)部有兩只電池:R14型2#1.5V和6F22型9V,并且說明書中指出:當(dāng)R×10K擋不能調(diào)至零位時,更換6F22型9V電池,R×1K及以下?lián)醪荒苷{(diào)至零位時,更換R14型2# 1.5V電池.可見,電動勢為1.5V時,有“×1”, “×10”, “×100”, “×1K”倍率,電動勢為9V時,有“×10K”, “×100K”, “×1M”倍率.

        所以,MF47系列磁電式多用電表歐姆擋換擋原理綜合運用兩種方法,且在同一電動勢下,通過改裝電流表實現(xiàn)歐姆表換擋.

        三、改編建議

        本試題給出歐姆表具有“×1”和“×10”兩種倍率,兩種倍率下歐姆表的內(nèi)阻分別是150Ω和1500Ω.所以,歐姆表刻度盤的中值刻度為150,這與實驗室常用MF47系列磁電式多用電表相差較大,又因常見歐姆表試題中的歐姆表刻度盤的中值刻度為15左右.所以,本試題中“×1”和“×10”倍率建議改為“×10”和“×100”兩種倍率,更加符合實際和學(xué)生的已有經(jīng)驗.

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