浅谈数字万用表在高中物理教学中的应用

杨新文

摘 要：随着科技的发展，先进的测量仪器不仅给生产和科学研究带来了技术的革新，给中学物理教学也带来了不少方便，数字万用表以其完善的性能和精确的测量结果，远远超过了指针式万用表，不仅在课堂演示实验中可以为教学带来准确的测量和直观的感受，也可以在课外实验中让学生体会到高科技测量仪器测量的准确和便捷。通过对比数字式万用表和指针式万用表的性能优劣及其在物理教学中的应用，为大家在今后的教学中使用数字式万用表提供参考。

关键词：数字式万用表；指针式万用表；物理教学；物理实验

万用表是高中物理电学实验中必须掌握的一种电学仪表，也是电子技术中广泛应用的一种重要测量工具，很长一段时间里，

我们都用的是指针式万用表，它显示直观、方便，但它的缺点也非常明显：笨重、灵敏度不高、读数精确度较差等等。新型的数字式万用表是在直流数字电压表的基础上扩展而来的，通过不同功能的转换器，把被测电学物理量如交流电压、电流、电阻、电容、电感、二极管正向压降、晶体管放大系数等转换成直流电压信号，再由A/D转换器转换成数字量，并以数字显示出来，显示效果明显，读数方便准确，不仅在电子技术方面发挥了重要的作用，也在高中物理教学中逐步代替了指针式万用表，并发挥出其特殊的功效，为指针式万用表所不能及。

一、数字万用表和指针式万用表的优劣

1.数字万用表

（1）数字显示直观准确，无视觉误差，并具有极性自动显示功能，测量时无需预先判断红黑表笔的接法。

（2）测量精度很高（电压、电流、电阻测量误差小于1%，某些量程甚至小于0.5%，电感、电容测量误差小于2.5%）。

（3）输入阻抗高（测量电压时输入阻抗为10MΩ，远大于指针式万用表），对被测电路影响甚小。

（4）测量功能齐全，可测量交、直流电流、电压、电阻、电容、电感、频率、温度、三极管放大系数、二极管导通情况等，测量速率快（采样率3次/秒）。

（5）保护功能齐全，有过压、过流保护电路。

（6）功耗低，抗干扰能力强。

2.指针式万用表

（1）指针万用表是一种平均值式仪表，它具有直观、形象的读数指示。

（2）指针式万用表测量误差较大。以MF-47型万用表为例，其直流测量误差为2.5级（即2.5%），电阻测量误差为2.5级，交流测量误差为5.0级，明显大于数字式万用表。

（3）指针式万用表一般内部没有放大器，所以内阻较小，比如教学中常用的MF-47型、500型万用表的直流电压灵敏度为20千欧/伏。

（4）指针式万用表由于内阻较小，且多采用分立元件构成分流分压电路。所以频率特性是不均匀的（相对数字式来说），而数字式万用表的频率特性相对好一点。

（5）指针式万用表内部结构简单，功能较少，维护简单，过流、过压能力较强。

（6）使用电磁式机械表头，体积较大，抗震性差。

从上述比较结果来看，数字式万用表要比指针式万用表具有更加强大的各种物理量测量功能，在将来完全有可能取代指针式万用表，加上现在数字式万用表的价格在进一步下降，学校配备教学仪器的负担也大大降低，学生实验中人手一表也很容易达到，对提高学生参与实验的积极性大有裨益。

二、数字式万用表在物理教学中的应用

在物理实验中，利用数字式万用表可以大大提高学生读数的方便性和准确性。比如在电阻定律实验中，使用数字式万用表可以避免使用繁杂的伏安法，直接测出导体在横截面积相同时不同长度的电阻大小，然后再测出导体在长度相同时不同横截面积的电阻大小，轻松得出导体的电阻跟导体的长度和横截面积的关系，节约了大量的时间和精力。

例如，在高中物理选修3-1中，研究平行板电容器的电容大小与极板的正对面积和距离之间的关系时，如果使用直径为22厘米的J2309型平行板电容器，利用数字式万用表的电容测量档选最小量程（2nF档），将红黑表笔固定在两块金属板上，改变它们的正对面积和距离（3～20mm之间变化），可以很容易看出万用表上电容值的大小发生变化（测得结果在12pF到3pF之间变

化），这就给学生留下了深刻的印象，而这在指针式万用表上是绝不可能测量出来的，教材上也只是用验电器定性地演示，实际效果往往很差，只能由学生自己理解和体会了。

又如，在高中物理选修3-2中，对自感系数（即电感），学生只知道线圈匝数越多，电感越大，但由于没有具体的测量结果做比较，所以很难留下深刻的印象，但是如果用可拆变压器的原、副线圈接入数字万用表的电感测量档，就可以分别测量出它们的电感数值的大小，给学生留下一个客观的概念，如使用J2425型可拆变压器原线圈各个不同匝数下有铁芯和无铁芯时的电感，实测结果如下表所示，而指针式万用表只能测出它们的直流电阻，对测量电感则是无能为力。■

此外，数字万用表还可以用来测量温度、频率等物理量，可以做到一物多用。

当然，数字式万用表的应用相对现行教学大纲来说还有一定的矛盾，所以应该先让学生掌握指针式万用表的应用，然后让学生学会数字式万用表的应用，在教学过程和物理实验中应该大胆使用数字式万用表，让学生学会使用手中的先进测量工具进行探究实验，在探究中发现和掌握物理规律。

参考文献：

刘毅.万用表数字图像识别技巧及应用研究[D].南昌大学，2013.

编辑 薛直艳