自制多用电表示教板

2020-05-13王浩宇马姝哲曲海涛

物理教学探讨 2020年3期

王浩宇马姝哲曲海涛

摘要：根据实验室中常见多用电表的原理，设计出了易于高中学生认知多用电表原理的简化电路，并将其制作成示教板用于辅助日常教学，在实际应用中取得了很好的效果。

关键词：多用电表;欧姆表;示教板;自制教具

1 问题的提出

多用电表是电学实验中的常用仪表，“多用电表原理”是高中物理电学部分的重要内容。由于多用电表的实际电路比较复杂，为了降低学习难度，人教版教材把多用电表的原理电路简化为如图1所示的电路[1]。利用该电路认识多用电表的原理时，学生发现电路中有两个电源，而实验室中常见的多用电表只有一个电源，这显然与实际情况不符[2-4]。同时，其欧姆挡电路的“倍率转换”和“欧姆调零”的原理与实际电表并不一致，这给学生对多用电表原理的深入学习设置了障碍。鉴于此，笔者通过查阅资料并实际拆解电表，掌握了实验室中常见的磁电式多用电表的原理，在此基础上设计出更加贴合实际的多用电表简化电路，并将其制作成示教板用以辅助学生的学习。

2 电路的设计

笔者亲自动手拆解了实验室中废旧的J0401型多用电表，了解了其内部构造。查阅相关资料，理解了实验室中常见的J0401、J0411等磁电式多用电表的原理[5-7]。在此基础上，设计出了如图2所示的多用电表原理的简化电路。通过调节选择开关S可以实现检流计、直流电流表、直流电压表和欧姆表的功能转换，通过改变接入对应电路的电阻可以实现不同量程或倍率的切换。

2.1 检流计与电流挡

电表的表头选用满偏电流为200 μA、内阻为500 Ω的磁电式电表。将一个阻值为R1=233 Ω的定值电阻和最大阻值为Rp=100 Ω的电位器串联后与表头并联，则原表头变为满偏电流Ig=500 μA、内阻Rg=200 Ω的新表头。当选择开关S旋至“G/A”挡，“电阻接口A”不接分流电阻时，该电表可作为检流计，其测量范围为-250 μA～+250 μA。通过改变接入“电阻接口A”的分流电阻RA的阻值，可实现不同量程的转换。根据量程Im=Ig，可计算出不同量程对应接入的分流电阻阻值，如表1所示。

2.2 电压挡

当选择开关S旋至“V”挡时，可作为直流电压表。通过改变接入“电阻接口V”的分压电阻RV的阻值可实现不同量程的转换。根据量程Um=Ig（Rg+RV），可计算出不同量程对应接入的分压电阻阻值，如表2所示。

2.3 欧姆挡

当选择开关S旋至“Ω”挡时，可作为欧姆表。欧姆挡电路中的电源为一节干电池，其电动势E=1.5 V，定值电阻R2=2.2 kΩ，此时其中值电阻接近2.4 kΩ。通过改变接入“电阻接口Ω”的电阻来改变电表的中值电阻阻值，可实现欧姆表不同倍率之间的切换。因电位器Rp的阻值变化对中值电阻的阻值影响很小，可通过改变电位器Rp的阻值来实现欧姆表的欧姆调零。根据欧姆表倍率切换的原理[3-4]和电阻的串、并联知识，计算出不同倍率对应接入“电阻接口Ω”的电阻阻值，如表3所示。

3 多用电表示教板的制作

3.1 所需材料

亚克力板（白色），表头，表盘，定值电阻，电位器，电阻箱， 5号干电池，电池盒，表笔，选择开关，插拔式接线柱，导线若干，自喷漆。

3.2 制作方法

3.2.1 制作示教板正面

利用CorelDRAW軟件绘制出图2所示的电路，用激光雕刻机在切割好的亚克力板上雕刻出电路线。为了对相应功能的电路加以区分来获得更好的演示效果，喷涂相应电路线时选用了不同颜色。在相应位置钻孔，将电阻、电位器、电池盒、插拔式接线柱、选择开关等部件安装固定，在示教板背面用导线将电路连通，成品效果如图3（a）所示。

3.2.2 制作示教板侧面

为了方便学生探究和体验电表改装的过程，制作示教板侧面如图3（b）所示。学生可通过分析计算，调节电阻箱阻值以改变接入对应电路的电阻，实现改变量程或倍率的目的。

3.2.3 制作表头和表盘

该示教板使用的表头和表盘如图4所示。同时提供空白表盘，学生可根据需要自主绘制表盘，以满足学生体验电表改装过程的需要。

3.2.4 制作电阻插件

为了演示的方便，制作电阻插件如图5所示。利用激光雕刻机将亚克力板进行切割钻孔，将相应量程或倍率的电阻固定到插件上，贴上标签。在示教板的电阻接口插入相应的电阻插件，即可实现不同量程或倍率的转换。

4 使用反馈

4.1 课堂教学演示

课堂教学中，利用此示教板进行直观的功能转换、倍率切换、欧姆调零等演示，促进了学生对多用电表原理的认识和理解。该示教板电路简单、功能齐全、贴合实际，课堂示教效果很好。

4.2 学生体验探究

以此示教板为平台，引导学生体验分析计算、量程或倍率切换、绘制表盘、电表校准等电表改装的真实环节，通过体验或探究帮助学生建构多用电表的原理模型，将知识重现转变为知识的重演。

参考文献：