欧姆挡换挡原理

R 0
多用电表欧姆挡电路图
x1k x100x10x1E
r 多用电表欧姆挡换挡原理分析
刘朝明
（广东省佛山市顺德区杏坛中学 528325）
高中物理教材（新教材）对多用电表的使用要求较高，但没有涉及欧姆表的原理问题。

由于多用电表欧姆挡的挡间变换的原理较复杂，学生不易理解，部分老师对此问题也有不少疑问。

例如，当欧姆表由小倍率挡变大倍率挡时内阻变大了还是变小了？表内仅仅是通过调零电阻来实现内电阻的变化吗？为什么由小倍率挡变大倍率挡后，短接调零前却发现表头指针竟然偏右，即在原来零刻度线的右方？……等问题,不一而足。

针对这些问题，笔者认真做过实验并打开欧姆表进行观察，对多用电表电原理图进行了仔细分析。

下面是笔者对此问题的理解和分析。

首先应当说明的是，根据全电路欧姆定律分析知，欧姆表的总内阻等于欧姆表刻度盘上标出的中值电阻。

并由此可推知，当欧姆表换倍率更大的挡位后，因为中值电阻增大，所以，欧姆表的内阻是增大的。

为什么由小倍率挡变大倍率挡后，欧姆表总内阻增大后，短接调零前却发现表头指针竟然偏右，即通过表头的电流会增大呢？这就要弄清欧姆表的电原理。

以下图1是课本给出的单挡位的欧姆表电原理图。

下图2是笔者根据多用电表的电原理图简化后得到的欧姆表多挡电原理图。

图1
图2
从图2可见，欧姆表由小量程挡向大量程挡转换时需要增大欧姆表的总内阻是通过变换并联阻值更大的电阻来实现的（R 4=14K Ω，R 3=1.67K Ω，R 2=151Ω，R 1=13.6Ω）。

并非是通过串联更大电阻来增大内阻的。

当欧姆表的倍率为x 1挡时，表笔短接，根据闭合电路欧姆定律有，通过电源的电流为：
I=E
R+r（1）
式中的R表示除电源内阻r以外的其它接入电路的电阻（R1、R4、R0、Rg）的总电阻。

（R+r）是欧姆表的总内阻。

设Ig是电流表的满偏电流，U表示电源的端电压，同是在表笔短接时，显然有：
Ig=U
R0+R4+Rg（2）
我们要注意以上两个电流的区别和联系。

表头显示的电流应是Ig，而并非I。

当选择开关x 1挡换至x 10挡时，由于R的值变大，从式（1）可见I变小，但因为U的值变大，从式（2）可知Ig是变大的。

这就是欧姆表换大量程挡后，短接调零前表头指针偏右的原因。

以下是一道与此知识相关的高考复习练习题,此题是广州市2004年高考模拟考题,命题虽有超出今年高考说明要求之嫌，但命题立意较高,是一道考查学生能力的题目。

从考后试卷分析发现学生出错很多。

这主要是学生对欧姆表换挡原理没有弄清，以及不会灵活运用欧姆定律和中值电阻这个已知条件。

题目：某同学用以下器材接成图3所示的电路，并将原微安表盘改画成如图4所示，成功地改装了一个简易的“R x 1 k”的欧姆表，使用中发现这个欧姆表用来测量阻值在10kΩ—20kΩ范围内的电阻时精确度令人满意。

所供器材如下：
A、Ig=100μA的微安表一个；
B、电动势E=1.5V，电阻可忽略不计的电池；
C、阻值调至14kΩ电阻箱R一个；
D、红、黑测试表棒和导线若干；
（1）原微安表的内阻Rg= Ω
（2）在图1电路的基础上，不换微安表和电池，图2的刻度也不改变，仅增加1个元件，就能改装成“R x 1”的欧姆表。

要增加的元件是（填器件名称），规格为。

（保留两位有效数字）
（3）画出改装成“R x 1”的欧姆表后的电路图。

解析如下：
根据“使用中发现这个欧姆表用来测量阻值在10kΩ—20kΩ范围内的电阻时精确度令人满意。

”说明在测阻值在10kΩ—20kΩ的电阻时欧姆表的指针在刻度盘的中间附近，由此
可结合刻度盘确定此表的中值电阻，即表内总电阻约为R 总=15 k Ω。

（相当于欧姆表选择量程于x 1 k 挡）。

当表笔短接时，电流满偏，根据欧姆定律有：
Ig=E R+Rg
代入E 、R 、I g 的值可得Rg=1 k Ω
要减少把原表改装成“R x 1”的欧姆表，就要减少表的内阻，
依题意，显然只有并联一个小电阻R ’。

才能使表内总电阻等于
中值电阻R 并=15Ω。

根据R 并=R'(R+Rg)R'+R+Rg
,代入R 以及Rg 的数 值可计算可得R ’≈15Ω(保留两位有效数字)
画出改装成“R x 1”的欧姆表后的电路图如图3所示。

（本文发表在中国教育学会物理教学专业委员会会刊《物理教师》2005年第二期上）。