如何實現(xiàn)歐姆表的不同倍率

精品文檔 1歡迎下載 如何實現(xiàn)歐姆表的不同倍率如何實現(xiàn)歐姆表的不同倍率 由一道習(xí)題引發(fā)的對課本 多用表 中插圖的質(zhì)疑 周心紅 江蘇省昆山中學(xué) 215300 摘要 關(guān)于歐姆表的量程 即不同倍率 在平時的教學(xué)過程中老師一般 不容易重視 也使得學(xué)生對這一內(nèi)容不夠理解 本文由一道高三模擬考試題引 入 從歐姆表的原理出發(fā) 講述如何來改變歐姆表的量程 實現(xiàn)不同倍率 并 指出課本 多用表 中插圖中存在的問題 給出了改裝意見 以更深刻的理解 歐姆表的量程問題 關(guān)鍵字 歐姆表 量程 不同倍率 歐姆表的內(nèi)阻 中值電阻 刻度盤 在 2008 年蘇 錫 常 鎮(zhèn)四市高三教學(xué)情況調(diào)查 二 物理試題中有這樣 一道實驗題 原題為簡答題中的的第 11 題 共有兩問 現(xiàn)只討論其第二問 題 目如下 2 將 G 表改裝成兩種倍率 如 1 10 的歐姆表 現(xiàn)有兩種備 選電路 如圖 2 和圖 3 所示 則圖 選填 2 或 3 為合理電路 另 一種電路不合理的原因是 在合理 的電路中 當(dāng)開關(guān) S 合向 端 這時的歐姆表是較大的倍率擋 答案 圖 2 原因 圖 3 中的電路 和 所對應(yīng)的電源電動勢和滿偏電 流 最大電流 相同 則對應(yīng)中值電阻相同 即同一種倍率 其它答案意思講酌 情給分 在考試時 這道題的得分率很低 即使是得分的同學(xué)也有很多是隨機(jī)猜 測的 學(xué)生普遍覺得無從下手 不知如何分析 究其原因 是對 改裝成兩種 倍率 如 1 10 的歐姆表 不理解 不知如何實現(xiàn)歐姆表的不同倍 率 要解決歐姆表的不同倍率問題則需要先回顧一下歐姆表的測量原理 歐 G RRc c d sE Rb 圖 3 G R RbRa a b s E 圖 2 精品文檔 2歡迎下載 姆表是測量電阻的儀表 其測量原理圖如右下圖所示 它是由電流表表頭 直 流電源 電位器和紅 黑二表筆串聯(lián)而成 虛線框內(nèi)是歐姆表的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 簡 化 則 r R0 Rg即為歐姆表的內(nèi)阻 R內(nèi) 當(dāng)被測電阻 Rx接入電路后 通過表頭 的電流 xg RRRr E I 0 即 0 RRr I E R gx 由上式可知 對給定的歐姆表 I 與 Rx有 一一對應(yīng)的關(guān)系 所以由表頭指針的位置可以 知道 Rx的大小 為了讀數(shù)方便 事先在刻度盤 上直接標(biāo)出歐姆值 由歐姆表的原理可以看出 與電流表或 電壓表不同 歐姆表的刻度有以下三個顯著 特點 1 電流表及電壓表的刻度越向右 數(shù)值越大 歐姆表則相反 這是由于 Rx越小 I 越大造成的 每個歐姆表刻度盤的最右端 都可標(biāo)以 0 的數(shù)值 因為我們總可以選擇 R0的值以保證當(dāng) Rx 0 時流過表 頭的電流恰好等于它的滿刻度電流 Ig 2 磁電式電流表及電壓表的刻度是均勻的 歐姆表的刻度卻很不均勻 越向左邊越密 這是因為刻度的疏密程度取決于導(dǎo)數(shù) dI dRx 由通過表頭的電 流表達(dá)式 得 xg RRRr E I 0 2 0 xgx RRRr E dR dI 上式表明 Rx越大 dI dRx越小 故越向左邊刻度越密 3 電流表及電壓表的刻度都是從 0 到某一確定的值 因此每個表都有 一個確定的量程 但歐姆表的刻度卻總是從 0 到 歐 那這是否表明所有的歐姆表都有相同的刻度 是否歐姆表不存在量程問題 不是的 要認(rèn)識這個問題先讓我們再熟悉一下歐姆表的中值電阻 歐姆表在每次換擋位后測量電阻前都必須進(jìn)行歐姆調(diào)零 即將兩表筆短接 調(diào)節(jié)調(diào)零旋鈕使指針指到電流表的滿刻度 因此當(dāng) Rx 0 時表頭電流等于它的滿 刻度電流 Ig 所以把 Rx 0 和 I Ig代入 可得 xg RRRr E I 0 0 RRr E I g g 所以 xg g g RRRr RRr I I 0 0 而 歐姆表的內(nèi)阻 是一定的 所以每一個 Rx值都對應(yīng)一個確定 0 RRr g G Er R0 黑 紅 Rx Rg 精品文檔 3歡迎下載 的 I Ig值 I Ig這個數(shù)值是很有實際意義的 正是它唯一地決定著表針的位置 例如當(dāng) I Ig 1 時 I Ig 表針指最右端 例如當(dāng) I Ig 1 2 時 I Ig 2 表針指 在刻度盤的中心處 等等 可以這樣理解 每個 Rx值決定一個 I Ig值 而每個 I Ig值又決定一個表針位置 如果兩個歐姆表有不同的值 同一 0 RRr g Rx就對應(yīng)不同的 I Ig值 即對應(yīng)不同的表針位置 它們的刻度情況就不一樣 反之 只要兩個歐姆表的值相等 它們的刻度情況就完全相同 可 0 RRr g 以共用一個刻度盤 歐姆表的叫做它的中值電阻 簡稱中值 因 0 RRr g 為當(dāng) Rx 時 可得 I Ig 1 2 表針恰指正中 換句話說 中值電阻 0 RRr g 唯一地決定了歐姆表的刻度 中值電阻一經(jīng)確定 刻度盤的刻度便將全盤定局 當(dāng) Rx 的值分別為 R中的 2 倍 3 倍 4 倍 時 電流表中的電流 I 分別為滿 度電流 Ix 的 1 3 1 4 1 5 即電表指針的偏轉(zhuǎn)角度為滿刻度時的 1 3 1 4 1 5 當(dāng) Rx 的值分別為 R中的 1 2 1 3 1 4 時 電表指 針的偏轉(zhuǎn)角度分別為滿偏時的 2 3 3 4 4 5 所以 歐姆表的表盤的刻 度是不均勻的 那如何改變歐姆表的測量范圍 實現(xiàn)歐姆表的不同倍率呢 雖然任何歐姆 表的刻度都從 0 到 歐 但因為歐姆表的刻度卻很不均勻 越向左邊刻度越密 所以當(dāng)被測電阻 Rx很大時就難以得到準(zhǔn)確讀數(shù) 以人教版新課程教材選修 3 1 課本第 69 頁的歐姆表的刻度盤為例 中間刻度為 15 如中值電阻為 15 歐 當(dāng) Rx 在 100 歐以上時 讀數(shù)已很困難 當(dāng) Rx 在 1000 歐以上時 甚至無法讀數(shù) 要 想準(zhǔn)確地測出 1000 歐左右的阻值 應(yīng)該換用一個中值電阻較大的歐姆表 設(shè)想 有一個歐姆表 其中值電阻為 1500 歐 是前面歐姆表的中值電阻的 100 倍 則 可以證明 只要把前面表的每個刻度值乘以 100 便可得到該表的刻度值 于 是當(dāng) Rx 1000 歐時 表的指針將指在中間附近 讀數(shù)便準(zhǔn)確多 反之 對于小 的 Rx值 例如幾歐 則中值電阻為 1500 歐的表測量就不如前面的表準(zhǔn)確 所 以測量大電阻時要用中值大的歐姆表 反之則要用中值小的歐姆表 實際使用 的歐姆表都幾個中值 幾擋 為了統(tǒng)一使用一個刻度盤 相鄰中值之比總是 10 或 100 例如 最常用的歐姆表有 1 10 100 1000 等擋 使用 1 擋時 中值就是刻度盤正中的歐姆值 使用 10 擋時 中值是刻度盤正中數(shù)值 的 10 倍 因而其他刻度值也應(yīng)乘以 10 其余各擋以此類推 由此可知 要改變歐姆表的測量范圍 實現(xiàn)歐姆表的不同倍率 就是使表 盤上的刻度都擴(kuò)大相同的倍數(shù) 中值電阻也不例外 而中值電阻就等于歐姆表 的內(nèi)阻 所以也就是改變歐姆表的內(nèi)阻 根據(jù) 可 g g I E RRrRR 0內(nèi)中 知改變歐姆表的內(nèi)阻 有兩種途徑 改變電源電動勢或改變電路中的最大電流 Ig值 在 2008 年蘇 錫 常 鎮(zhèn)四市高三教學(xué)物理試題中的實驗題中 要改裝 成兩種倍率 如 1 10 的歐姆表 而圖 2 和圖 3 所對應(yīng)的電路中的 電源均只有一個 則只通過改變電路中的最大電流 Ig值來改變中值電阻 而圖 3 中無論是接 還是 使電流表滿偏的最大電流是一樣的 則所對應(yīng)的歐姆 精品文檔 4歡迎下載 表的內(nèi)阻相同 即中值電阻相同 也就是對應(yīng)同一個倍率 而圖 2 中接 和接 使電流表滿偏的最大電流是不一樣的 則所對應(yīng)的歐姆表的內(nèi)阻不相同 即中值電阻不相同 從而實現(xiàn)了不同的倍率 所以選圖 2 又因為圖 2 中接 端時的最大電流比接 端時小 由 可知 接 g g I E RRrRR 0內(nèi)中 端所對應(yīng)中值電阻大 則這時的歐姆表是較大的倍率擋 現(xiàn)在我們再來看看人教版選修 3 1 多用電表 一節(jié)中 第 68 頁的插圖中 圖 2 8 5 畫的是多量程多用電表示意圖 教材中說明圖中電流 電壓 電阻擋各有兩個量程 觀察電路圖可知 1 2 擋為電流擋 5 6 擋為電壓擋 而 3 4 擋應(yīng)為電阻擋 但仔細(xì)觀察電路 圖 發(fā)現(xiàn) 3 4 支路的差別在于支路 4 多串聯(lián)了一個定值電阻 R 這樣真的能起 到實現(xiàn)不同的倍率嗎 歐姆表在測量電阻之前首先要進(jìn)行歐姆擋調(diào)零 即將紅黑表筆短接 再調(diào) 節(jié)可變電阻 使電路中的電流達(dá)到滿偏 不難發(fā)現(xiàn) 3 4 支路在調(diào)零時由于表 頭相同 且電源的電動勢也一樣 則滿偏時電路中的總電阻是一樣的 雖然支 路 4 中多了一個定值電阻 但調(diào)零時可變電阻將調(diào)得更小 所以教材中的電路 圖在開關(guān)打到 3 4 擋時所對應(yīng)的歐姆表的中值電阻是相同的 所以倍率也是相 同的 那如何來實現(xiàn)歐姆表的不同倍率 從而達(dá)到改變量程的目的 一般有兩種 途徑 一是電路中的最大電流 Ig值不變而改變電源電動勢 可以在教材原插圖 的基礎(chǔ)上 只要改變 3 4 支路中的電源電動勢大小 即用兩個不同的電源 可以把支路 4 中的電源符號 E 改為 E 二是電源電動勢不變而改變電路中的最 大電流 Ig值 如下圖 右圖 所示 可在電流表表頭上想辦法 在電流表表頭 上并聯(lián)多個電阻 即把 G 表改裝成不同量程的電流表 再加一個選擇開關(guān)即可 實現(xiàn)不同的倍率 E E 1 2 34