透视欧姆表实质 突破电学实验

温新宝

摘 要：剖析欧姆表的结构及使用原理，采用等效电源的思想，把欧姆表视为一块特殊的电源，为欧姆表的教学提供一个物理模型，也为解决欧姆表相关的问题提供一解题思路。

关键词：欧姆表；等效电源；闭合电路欧姆定律

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）7-0054-3

电学实验是高考的必考题型，也是考查灵活运用电路知识与方法能力的好题型。近几年高考试题中电学实验试题的变化特点与趋势，主要表现在：对基本实验的改造，仪器基本原理的深度理解，利用图像法处理实验数据等方面。本文以欧姆表为例，刍议高考电学实验。

1 透视电表的实质，重新审视欧姆表

1.电表的共同特点：电表可分为电流表、电压表和欧姆表，这3种电表有共同的特点。（1）共同的表头即灵敏电流计，也就是磁电式电流表，从结构的实质来看就是多匝电阻丝，我们就把它视为一块可显示示数的特殊电阻，再特殊也是一块电阻即符合部分电路的欧姆定律即U=IRg。（2）电表的正负接线柱的物理意义相同，均以电流的流向为标准，电流总是从正接线柱流入，从负接线柱流出。

2.欧姆表的实质：欧姆表是由灵敏电流计与电源、控制元件及待测电阻等组成的闭合电路，所以欧姆表可视为一块特殊的电源，欧姆表等效为电源的内部，欧姆表外部的电阻相当于外电阻。（1）通过表盘的中值电阻直接读出欧姆表的内阻R=R。（2）由欧姆表的指针示数测出的是外电阻的阻值R。（3）欧姆表是一块特殊电源，再特殊也是电源，即符合闭合电路的欧姆定律E=U+U。

2 高考试题研讨，深化认识电表

电学实验就是“带电作业”，几乎都离不开电表的使用，实验原理基本上都是直流电路的基本规律。因此，可以将两个或两个以上的基本实验进行组合。下面以两个欧姆表的原理为核心的高考题为例，与大家共同探讨电表的实质。

案例1 （2011全国卷23）使用多用电表测量电阻时，多用电表内部的电路可以等效为一个直流电源（一般为电池）、一个电阻和一表头相串联，两个表笔分别位于此串联电路的两端。现需要测量多用电表内电池的电动势，给定的器材有：待测多用电表，量程为60 mA的电流表，电阻箱，导线若干。实验时，将多用电表调至“×1 Ω”挡，调好零点；电阻箱置于适当数值。完成下列填空：

（1）仪器连线如图l所示（a和b是多用电表的两个表笔）。若两电表均正常工作，则表笔a为_________ （填“红”或“黑”）色；

（2）若适当调节电阻箱后，如图1中多用电表、电流表与电阻箱的示数分别如图2（a）（b）（c）所示，则多用电表的读数为 Ω；电流表读数为 mA；电阻箱的读数为 Ω；

（3）将图l中多用电表的两表笔短接，此时流过多用电表的电流为_________mA；

（4）计算得到多用电表内电池的电动势为

_________V。（保留3位有效数字）

【解析】以欧姆表的实质为根据，从3个方面去分析，本题就会迎刃而解。

1.根据电表正负接线柱的物理意义可知：“多用表欧姆挡工作时内置电源正极与黑表笔相连”及“电流表工作时电流应由‘+接线柱流入”，则表笔a应为黑色。

2.欧姆表的内外电阻的理解。多用电表调至“×1”挡，由多用电表的中值电阻可知欧姆表内阻R=R=15 Ω；由多用表指针读数可知R=14 Ω，外电阻即电阻箱与电流表的阻值，也理解了欧姆表的示数与电阻箱的阻值是不等的，此时电阻箱读数为4.6 Ω。

3.遵守闭合电路的欧姆定律，几个外电路的状态就对应几个方程。

（1）两表笔短接时，由E=IR内，得流过多用电表的电流为I=E/R=E/15=102 mA。

（2）当电流表读数为53 mA时，由闭合电路欧姆定律E=I×（R+R）可知E=1.54 V。

案例2 （2013·新课标Ⅰ·23）某学生实验小组利用图3（a）所示的电路，测量多用电表内电池的电动势和电阻“×1 k”挡内部电路的总电阻。使用的器材有：多用电表，电压表（量程5 V，内阻十几千欧），滑动变阻器（最大阻值5 kΩ），导线若干。

回答下列问题：

（1）将多用电表挡位调到电阻“×1 k”挡，再将红表笔和黑表笔 ，调零点。

（2）将图3（a）中多用电表的红表笔和 （填“1”或“2”）端相连，黑表笔连接另一端。

（3）将滑动变阻器的滑片调到适当位置，使多用电表的示数如图3（b）所示，这时电压表的示数如图3（c）所示。多用电表和电压表的读数分别为 kΩ和 V 。

（4）调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零。此时，多用电表和电压表的读数分别为12.0 kΩ和4.00 V。从测量数据可知，电压表的内阻为____kΩ。

（5）多用电表电阻挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、一个理想电流表和一个电阻串联而成的电路，如图3（d）所示。根据前面的实验数据计算可得，此多用电表内电池的电动势为 ___V，电阻“×1 k”挡内部电路的总电阻为 ___kΩ。

【解析】若从欧姆表实质角度分析，这两道题可以说是惊人的相似。

1.根据电表正、负接线柱的物理意义可知：“多用表欧姆挡工作时内置电源正极与黑表笔相连”及“电压表工作时电流应由‘+接线柱流入”，则红表笔接1。

2.欧姆表的内、外电阻的理解。多用电表调至“×1 k”挡，由多用电表的中值电阻可知欧姆表内阻R=R=15.0 kΩ；当外电阻只有电压表时，由多用表指针读数可知R=12.0 kΩ，则R就是电压表的内阻。

3.遵守闭合电路的欧姆定律，一个外电路的状态就对应一个方程。

当电压表读数为4.00 V时，由闭合电路欧姆定律E=U+ U可知E=U+=9.00 V。

透过现象看本质，才能揭开电表的神秘面纱。只要立足于根本去分析实验，我们会站到更高的层次去审视电学实验，消除对电学实验的恐惧感。

（栏目编辑 王柏庐）