欧姆表工作原理的简化解析

肖飞燕　钱呈祥

(1. 浙江省永嘉中学，浙江　永嘉　325100；

2. 浙江永嘉县上塘中学，浙江　永嘉　325100)



欧姆表工作原理的简化解析

肖飞燕1钱呈祥2

(1. 浙江省永嘉中学，浙江永嘉325100；

2. 浙江永嘉县上塘中学，浙江永嘉325100)

摘要：指针式欧姆表的工作原理是闭合电路的欧姆定律,在讨论欧姆表时，一般是用教材上的原理图，它是一个单量程的欧姆表，只适用于×1挡位.当我们探讨欧姆表不同挡位的内阻时，应采用多量程欧姆表原理图.本文运用简化解析图指出：欧姆表各倍率挡的中值电阻并不是依赖于调零电阻的调节，而主要是靠改变并联电阻来调节，调零电阻仅起到微调的作用.

关键词：欧姆表原理；简化解析图；中值电阻

1原理分析

图1

指针式欧姆表的原理是闭合电路欧姆定律,如图1所示,G是内阻为Rg、满偏电流为Ig的电流表，R是可变电阻,也叫调零电阻，电池的电动势是E、内电阻r.

当红、黑表笔相接时,调节R的阻值,使E/(Rg+r+R)=Ig,则指针指到满刻度,表明红、黑表笔间的电阻为零;当红、黑表笔不接触时,电路中没有电流,指针不偏转,即指着电流表的零点,表明表笔间的电阻是无限大;当红、黑表笔间接入某一电阻Rx时,则通过电流表的电流I=E/(Rg+r+R+Rx),Rx改变,I随着改变,可见每一个Rx值都有一个对应的电流值I.如果我们在刻度盘上直接标出与I对应的电阻Rx的值,那么只要用红、黑表笔分别接触待测电阻的两端,就可以从表盘上直接读出它的阻值.

用欧姆表只能粗测电阻,使用时应合理选用量程,使指针指在刻度盘的中央1/3区域,若读数偏大应换用较大的挡位;若读数偏小应换用较小的挡位,且每次换挡之后都要进行调零,从而减小测量的误差.多用电表欧姆挡测量电阻的方法：对于指针式多用电表，每换一次倍率挡都要做一次调零.调零就是把多用电表的红表笔和黑表笔搭在一起，然后转动调零旋钮，使指针指向零的位置.

笔者以MC系列多用电表为例，说明多用电表的读数，其第一条刻度线是电阻值指示，最左端是无穷大，右端为零，当中刻度不均匀.电阻挡有R×1、R×10、R×100、R×1k、R×10k各挡，分别说明刻度的指示要乘上的倍数，才得到实际的电阻值(单位为欧姆).例如用R×100挡测一电阻，指针指示为“10”，那么它的电阻值为10×100Ω=1000Ω，即1kΩ.

由此可见，欧姆表各倍率挡的中值电阻并不是依赖于调零电阻的调节，而主要是靠改变并联电阻来调节，调零电阻仅起到微调的作用.那么，小倍率挡换成大倍率挡，短接调零前，为什么指针偏右，通过表头的电流比原来大呢？因为换成大倍率挡后，新中值电阻变大，电路干路上电流减小，电源内阻上的电压减小，表头所在支路电压增大而该支路电阻不变，所以通过表头的电流略有增大，要用调零电阻使指针回到零欧姆刻度.

2电路分析

图4

如图4所示，这是J0411型多用电表中欧姆挡的电路，用R0来代表电表中与其连接的其它部分的等效电阻.从表盘上看出电阻刻度的中值为“15”.它有四个不同的倍率挡，都用3V的电池组供电.W3为电位器，是用改变分流比的方法调节欧姆零点的.它以×1k挡为基础设计，由电池电压和中值电阻可知，微安表头，R0、R16、W3这部分构成了一个200μA的微安表，其内阻为600Ω，所以这挡串联的电阻器R17=14.4kΩ.使用一个特殊的双刀开关K换挡，K置于×100挡，就将R18=1.67kΩ的电阻与×1k挡并联，使欧姆表的内阻减小为1.5kΩ.K置于×10和×1挡，则分别将R19=151Ω和R20=13.6Ω与×1k挡并联，使欧姆表内阻分别减小为150Ω和15Ω.

3案例分析

例1(2015年广东高考)：某实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括电压表(内阻约为3kΩ)、电流表(内阻约为1Ω)、定值电阻等.

(1) 使用多用电表粗测元件X的电阻.选择×1欧姆挡测量，示数如图5(a)所示，读数为Ω.据此应选择图5中的(填“b”或“c”)电路进行实验.

图5

(2) 连接所选电路，闭合S；滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，电流表的示数逐渐(填“增大”或“减小”)；依次记录电流及相应的电压；将元件X换成元件Y，重复实验.

(3) 图6(a)是根据实验数据作出的U-I图线，由图可判断元件(填“X”或“Y”)是非线性元件.

图6

(4) 该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R=21Ω的定值电阻，测量待测电池组的电动势E和电阻r，如图6(b)所示.闭合S1和S2，电压表读数为3.00V；断开S2，读数为1.00V，利用图6(a)可算得E=V，r=Ω(结果均保留两位有效数字，视电压表为理想电压表).

解析：(1) 读数为10，使用×1欧姆挡，故电阻为10×1=10Ω.RX约为电流表内阻的10倍，是电压表内阻的1/300，可见待测电阻很小，故采用电流表外接法，即b电路.

(2) 当P向右边滑动时，未知元件上分到的电压增大，因此电流增大，电流表读数逐渐增大.

(3) 由图6(a)可知，元件X对应的U-I关系图线为直线，元件Y对应的U-I关系图线为曲线，即元件Y对应的电压与电流的比值并不固定，因此Y是非线性元件.

图7

例2(2015年上海高考)：图7是一个多用表欧姆挡内部电路示意图.电流表满偏电流0.5mA、内阻10Ω，电池电动势1.5V、内阻1Ω，变阻器R0阻值0—5000Ω.

(1) 该欧姆表的刻度值是按电池电动势为1.5V刻度的，当电池的电动势下降到1.45V、内阻增大到4Ω时仍可调零.调零后R0阻值将变(选填“大”或“小”)；若测得某电阻阻值为300Ω，则这个电阻的真实值是Ω.

(2) 若该欧姆表换了一个电动势为1.5V，内阻为10Ω的电池，调零后测量某电阻的阻值，其测量结果(选填“偏大”、“偏小”或“准确”).

(2) 该欧姆表换了一个电动势为1.5V，内阻为10Ω的电池，调零后测量某电阻阻值准确，因为电源内阻的变化，可以通过调零电阻阻值的变化来抵消.

参考文献：

[1] 曹猛，黄开智.欧姆表换挡原理的分析与研究[J].中学物理教学参考，2013，(12).

[2] 殷邵燕.欧姆表原理的教学策略[J].中学物理教学参考，2015，(7).