“表里如一”终是阻

四川

(作者单位：四川省成都市石室中学)

电流表、电压表、欧姆表都可看成一个可读数的定值电阻

电学实验一直是教师和学生最为重视也最为头痛的高考复习模块，尤其是这几年的高考似乎对万用表情有独钟，每次考查的方式均有不同，并且答案还有一些自相矛盾的地方，这让教师和学生痛苦不堪，为此笔者特意总结了这些题的异同来和同行交流。

一个表头(灵敏电流表)可以改装成大量程的电流表，可以改装成大量程的电压表，也可以改装成单倍率欧姆表，这些表共用同一个表头，共享同一个表盘，本质上都可以看为自身表盘可以读数的定值电阻。

一、磁电式电流表表头

磁电式电流表表头(以下简称表头)又称小量程安培表，如图1所示。表头由永磁体、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘等组成。当线圈通入电流时，线圈受到安培力作用而转动，指针偏转角度与电流成正比，偏转角与电流一一对应，所以电流表的刻度是均匀的，电流越大，指针偏转越大；电流反向，指针偏转也反向。一般实验室的表盘都是向右偏转，为实验方便，规定使指针向右偏转时电流的流入端为红表笔。电流不能太大，如果太大可能把指针撞弯或者撞断，并且线圈产生的热量也可能把线圈表面的绝缘层烧坏导致烧毁电流表。同一个表头的表盘刻度线是不能改变的，能改变的只是每一刻度线对应值的大小。

二、改装成大量程的电压表

图2

三、改装成大量程的电流表

图3

【例1】图4是一个量程为I1=1 mA和I2=10 mA的双量程电流表，Ig=0.5 mA，Rg=200 Ω。求：

图4

(1)A、B接线柱是________(填“红表笔”或“黑表笔”)；

(2)A、B接线柱是电势________的一端(填“更高”或“更低”)；

(3)量程更大的接线柱是________(填“A”或“B”)；

(4)求R1和R2。

【解析】(1)(2)电表的接线柱一般是“+”和“-”，从正接线柱流入，即A、B接线柱为红表笔，电势更高；(3)同样一个表头，并联电阻越小，量程越大，故量程更大的接线柱是A；(4)根据并联电压相等，接B有Ig·Rg=(I1-Ig)·(R1+R2)，接A有Ig·(Rg+R2)=(I2-Ig)·R1，联立两方程得R1=20 Ω，R2=180 Ω。

【例2】电压表Vx由电流表G与电阻Rx串联而成，如图5。

甲

乙

(1)若要校表，电路图采用________(填“甲”或“乙”)；

(2)若在校表中发现此电压表的读数比准确值略小，采用下列哪种措施可以改进

( )

A.在Rx上并联一只比Rx小得多的电阻

B.在Rx上串联一只比Rx小得多的电阻

C.在Rx上并联一只比Rx大得多的电阻

D.在Rx上串联一只比Rx大得多的电阻

E.________________________

【解析】(1)校表是指改装后的表与标准表每一刻度一对一校对，要从零开始，故选乙图的分压电路；(2)改装后的电压表的读数比准确值略小，本质上是流过表头线圈的电流略小，改装后的表与标准表是并联，电压相等，所以Rx偏大，故选C；设置选项E的目的是提升学生思维，比如可以换一个比Rx略小的电阻或换个表头或重新标注表头的每一刻度值。

四、改装成单倍率的欧姆表

图6

1.转换刻度

为降低教学难度，可以列举等间距的电流值来推算相应的电阻值。

(1)当I=Ig时，Rx=0，在满偏电流Ig处标为“0”(欧姆调零)；

(2)当I=0时，Rx→∞，在I=0处标为“∞”(机械调零)；

图7

通过这些数据及计算，一、可以发现电流均匀变化时电阻不均匀变化；二、可以发现左密右疏；三、可以深化中值电阻的概念；四、可以强化欧姆表的原理；五、可以加深之前对电流表和电压表的改表及表盘刻度之间的转化。每年讲完这些计算后，学生收获都很大。

表头的刻度值转换成欧姆值后可以直接读出电阻。欧姆表的使用中最关键的两步，一是调零，二是换挡。

2.欧姆表调零的目的

欧姆表本质是读电流，通过欧姆定律换算成电阻。所以电阻是否准确本质就是流过表头的电流是否准确。机械调零的目的是使指针的读数就是流经欧姆表电流的读数，如果开始时指针没指到电流的零刻度线，表头的读数应是在指针直接读数的基础上加上或减去之前的示数，这样就很麻烦；使流过表头的电流等于满偏电流的过程就是欧姆调零。总之，两调零的目的就是校准表头的电流。

3.欧姆表换挡的目的

欧姆表的刻度是零到无穷大，那测量过程中为什么要换倍率呢？比如当待测电阻Rx=RΩ，倍率选×1；在不换倍率的情况下，如果Rx=10RΩ或Rx=100RΩ或Rx=1 000RΩ时，流过表头的电流会很小，指针的偏角基本上都很小，读数误差很大，所以为了读数准确，要使指针指向中间位置附近，即欧姆表的准确范围是在中值电阻附近。换倍率的目的就是通过改变中值电阻的大小来实现准确范围的放缩。

4.换挡的两种方式

【例3】将G表改装成两种倍率(如“×1”、“×10”)的欧姆表。现有两种备选电路，如图8甲和图8乙所示，则图________(选填“甲”或“乙”)为合理电路；另一种电路不合理的原因是____________________，在合理的电路中，当开关S合向________端，这时的欧姆表是较大的倍率挡。

甲

乙

图9(甲)、(乙)就是分别通过改变电源电动势E和改变干路中的电流I来改变倍率的。

甲

乙

5.测量误差

欧姆表的读数是通过表头电流一一对应过来的，因此测量误差本质上是看流过表头的电流大小，如果流过表头的电流偏大，则测量值偏小；如果流过表头的电流偏小，则测量值偏大。

【例4】(1)如果电源长期未用，电动势基本不变，内阻增大，但此表仍能调零，这将导致测量的结果________。(填“偏大”“偏小”或“相等”)

(2)若该欧姆表使用一段时间后，电源电动势变大，内阻变大，但此表仍能调零，这将导致测量的结果________。(填“偏大”“偏小”或“相等”)

(3)若欧姆表进行欧姆调零时不慎调零不足，这将导致测量的结果________。(填“偏大”“偏小”或“相等”)

【解析】欧姆表的内阻是RΩ=r+Rg+R，它由三部分构成，使用过程中电源内阻的变化不会影响欧姆表的内阻，因为如果r增大，可以通过减小调零电阻R来抵消r带来的影响，反之亦然，因此真正影响欧姆表内阻的只有电源电动势。

(1)当电源电动势不变时，RΩ不变，流过表头的电流I也不变，故测量值准确。

(2)当电源电动势变大时，Ig不变，RΩ变大，流过表头的电流I变大，故测量值偏小。

(3)欧姆调零时不慎调零不足，测量过程中流过表头的电流偏小，故测量值偏大。

五、总结