浅议逆向刻度欧姆表与顺向刻度欧姆表的异同

任纪成

(沂源县第一中学，山东 淄博 256100)

浅议逆向刻度欧姆表与顺向刻度欧姆表的异同

任纪成

(沂源县第一中学，山东 淄博 256100)

教材和平时有关欧姆表的问题中欧姆表都是逆向刻度,即表头指针偏转角越大、电流越大、对应电阻的刻度值却越小.为了在物理教学中培养学生灵活思考问题、发散思维的能力,而设计了顺向刻度的欧姆表,对相关的问题进行了分析,同时为了提高学生在平时解决物理问题的能力,对反向刻度欧姆表与顺向刻度欧姆表的不同点和相同点进行具体的分析．

欧姆表;表头电流;中值电阻

我们平时教学中用到的欧姆表都是逆向刻度的,即表头指针偏转角越大、电流越大、对应电阻的刻度值却越小,而顺向刻度的欧姆表,表头指针偏转角越大、电流越大、对应电阻的刻度值也越大.本文就针对顺向刻度的欧姆表的设计以及两种欧姆表的异同之处,浅谈一下自己的看法．

图1

1 两表的不同点

1.1 工作原理不同

(1) 逆向刻度欧姆表工作原理.

如图1是单倍率的逆向刻度欧姆表的电路图,电位器R0称为欧姆调零电阻.

当欧姆表调零时,两表笔短接,调节调零电阻R0,使电流表满偏,此时有

(1)

当两表笔接待测电阻Rx时,电流表示数为I表，则

(2)

由(2)式可知, 通过表头的电流I表与被测电阻Rx一一对应,在刻度盘上直接标出与I表对应的Rx的值,就能从刻度盘上直接读出待测电阻Rx的值.

图2

(2) 顺向刻度的欧姆表工作原理.

如图2是单倍率的顺向刻度欧姆表的电路图,电位器R∞叫欧姆调∞电阻

(3)

通过表头的电流

(4)

由(4)式可知, 通过表头的电流I表与被测电阻Rx一一对应,在刻度盘上直接标出与I表对应的Rx的值,就能从刻度盘上直接读出待测电阻Rx的值.

1.2 表头是如何刻度的

(1) 逆向刻度欧姆表的刻度.

由(2)式可知当选择某一倍率时,红黑表笔短接,即被测电阻为0,此时通过表头的电流为最大,

(5)

指针偏转角度最大,在表头电流最大刻度处标上电阻值Rx为0．

红黑表笔断开,即被测电阻为∞,此时通过表头的电流为0,指针指在表头的0刻度,在此处标上电阻值Rx为∞.

(6)

由(5)、(6)式可知:Rx=R内,在表头中间刻度处标上电阻值Rx为R内.

(7)

(8)

(2) 顺向刻度欧姆表的刻度.

由(4)式可知,当Rx=0时,即两表笔短接时,通过表头的电流I表一定为0．

当Rx=∞时,即两表笔断开时,通过表头的电流I表最大，调节电位器R∞让表头指针指在最大刻度处,通过表头的电流为

(9)

两表笔接测量电阻Rx时,指针偏格为n,满刻度偏格为N,则

(10)

由(4)、(9)、(10)式可知,

(11)

由(11)式可知,

在指针偏格n处,标上此时Rx的数值,这样就可以把刻度盘上的电流数值换为被测电阻数值了,这就是改装的顺向刻度的欧姆表.

也可以这样理解:当选择某一倍率时,红黑表笔短接,即被测电阻为0,此时通过表头的电流为0,指针不偏转,表头刻度为0．

红黑表笔断开,即被测电阻为∞,此时调节R∞,使通过表头的电流为满偏电流,指针指在满刻度,此时

(12)

由(4)、(9)、(12)式可知,

(13)

(14)

这样就完成了顺向刻度欧姆表表头的刻度．

1.3 表头上刻度的特点

(1) 逆向刻度欧姆表.

由上面的分析可知,逆向刻度欧姆表的表头刻度盘的最左边刻度处为∞,最右边刻度处为0,中间刻度处为中值电阻(Rx=R内),所以表头刻度盘的刻度是左密右疏．

(2) 顺向刻度欧姆表.

由上面的分析可知,顺向刻度欧姆表表头刻度盘的最左边刻度处为0,最右边刻度处为∞,中间刻度处为中值电阻(Rx=R内),所以表头刻度盘的刻度应是左疏右密．

1.4 欧姆调零和欧姆调∞

(1) 逆向刻度欧姆表是欧姆调零.

由(2)式可知,当Rx=0时,即两表笔短接时,通过表头的电流I表最大,调节电位器R0让指针指在最大刻度处,所以应是欧姆调零．

(2) 顺向刻度欧姆表是欧姆调∞.

由(4)式可知,当Rx=0时,即两表笔短接时,通过表头的电流I表一定为0．

当Rx=∞时,即两表笔断开时,通过表头的电流I表最大，调节电位器R∞让指针指在表头最大刻度处,所以应是欧姆调∞,而不是欧姆调零．

1.5 两种欧姆表的多个倍率是如何实现的

(1) 逆向刻度欧姆表.

图3

如图3是一个多倍率逆向刻度欧姆表的原理图,虚线框内是利用普通表头和若干个固定电阻及一个电位器适当地连接起来所构成的电路,可以等效为一个内阻基本不变而满偏电流可调的表头,在表头回路里接入的电位器R0叫欧姆调零电阻．由R4和虚线框内部分共同组成电阻档的×1k倍率,在此基础上并上一个电阻就构成了其它倍率,图3中的R1、R2、R3分别为×1、×10、×100倍率应并联上去的电阻,它们与×1k倍率的中值电阻R中并联后的等效内阻分别为R中1、R中10、R中100,由此可见改变逆向刻度欧姆表的倍率实际上是改变中值电阻R中,对于其它倍率逆向刻度欧姆表的中值电阻只要在最高倍率的中值电阻上并联一电阻Rx,使其并联等效电阻等于所需的倍率的中值电阻R中x即可．

因此,逆向刻度欧姆表的多个倍率是依靠配换不同的电阻Rx改变中值电阻来实现的．

(2) 顺向刻度欧姆表.

多倍率的顺向刻度欧姆表是在单倍率顺向刻度欧姆表原理的基础上设计而成．如图4是一个多倍率顺向刻度欧姆表的原理图,图4中的R1、R2、R3、R4分别为×1、×10、×100、×1k倍率时应和R∞串联的电阻,它们与R∞、电源内阻r串联,再与Rg并联,并联后的等效内阻分别为R中1、R中10、R中100、R中1k．因此,顺向刻度欧姆表的多个倍率是依靠变换不同的电阻R改变中值电阻来实现的．

图4

2 两表的相同点

2.1 作用相同

逆向刻度欧姆表与顺向刻度欧姆表都可用来测量电阻,并且不论哪一种表在测电阻时,都不能准确测量电阻,只能粗测电阻数值．

2.2 表头刻度

逆向刻度欧姆表与顺向刻度欧姆表的表头刻度都是不均匀的．

2.3 内部放置的电源

不论是逆向刻度欧姆表还是顺向刻度欧姆表,在表的内部,都是红表笔接内部电源负极,黑表笔接内部电源正极．

2.4 倍率的实现

不论是逆向刻度欧姆表还是顺向刻度欧姆表,改变欧姆表的倍率实际上是改变中值电阻R中．逆向刻度欧姆表对于其它倍率欧姆表的中值电阻只要在最高倍率的中值电阻上并联一电阻Rx,使其并联等效电阻等于所需的倍率的中值电阻R中x即可．顺向刻度欧姆表在改变倍率时,R∞、电源内阻r串联,与不同的电阻串联,再与Rg并联,并联后的等效内阻为中值电阻,因此,不论是逆向刻度欧姆表还是顺向刻度欧姆表,它们的多个倍率都是依靠变换不同的电阻Rx改变中值电阻来实现的．

2.5 两种欧姆表不用时电池的放置相同

(1) 逆向刻度欧姆表.

图5

可在图3中加上一个开关如图5所示,当逆向刻度欧姆表不用时,把开关断开,也就是把开关打在off档,或者把电池从逆向刻度欧姆表中取出来．

(2) 顺向刻度欧姆表.

可在图4中加上一个开关如图6所示,当顺向刻度欧姆表不用时,把开关断开,也就是把开关打在off档,或者把电池从欧姆表中取出来．

图6

启示: (1) 我们在平时的教学中,依靠教材,但不拘泥于教材,引导学生牢固掌握基本知识的基础上,灵活多变,从不同的角度思考问题,以达到提高学生思维能力的目的,这也是目前物理高考中一个考查的重点．

(2) 学生在平时学习物理时,一定要注意对于不同的现象、不同的问题,不能只满足于现象和问题的表面,而应该深入分析、寻根求底,真正分析出它们的异同点.这样做对提高学生的解题能力有很大的帮助．

1 范晓辉.新编高中物理奥赛指导[M].南京:南京师范大学出版社,2006:465-466.

2017-05-23)