关于欧姆表的几个问题

关于欧姆表的几个问题

论文导读：欧姆表的构造及其使用方法是高中物理教学的重要知识点。欧姆表，关于欧姆表的几个问题。关键词：欧姆表

作为测量电阻的常用仪表，欧姆表的构造及其使用方法是高中物理教学的重要知识点，但在教学过程发现，有时学生提出的问题却不大好解释。论文大全，欧姆表。抱着追根求源的想法，我仔细研究了多用电表的内部电路，总算有了一些头绪，写下来与大家分享。

一、为什么每次实验前要进行机械调零？

首先是机械调零调什么？图1为磁电式电表的表头结构图。从图中可以看出，指针与线圈、铁芯同轴转动并与一根游丝相连，游丝的另一端连接着调零杠杆，拨动调零杠杆，游丝被张紧或放松，从而带动指针偏转。在进行任何一次测量前，电表指针指示的状态应为零电流（电阻无穷大）。但是由于各种原因，电表的指针有时并没有指在零电流刻度上，这就需要进行机械调零。用螺丝刀转动机械调零螺丝，带动调零杠杆，使指针恢复到零位。这一步骤不是在测量电阻时才有的，用多用电表测量任何物理量时都要进行这一步骤。但是每次测量只需在开始时进行，实验过程中改换换挡位时不需要再进行机械调零。论文大全，欧姆表。

二、测量电阻时指针为什么要指在刻度盘的中央附近？

我们知道，为了能尽可能地减小相对误差，在测量电流和电压时，希望指针要有较大的偏转，但在测量电阻时，却要求指在刻度盘中央附近，这是为什么呢？

由于电阻的任一档位的测量范围都是从零欧姆到无穷大，因此选用任一档位都能测出电阻值。图2为一电表的表盘，假设我们测量的电阻阻值约为150，如果选择“×1”档，指针在刻度盘上的位置靠左边，在那个区域，如果读出150，其中数字“1”是准确的，数字“5”是估计的；如果选择“×10”档，指针在刻度盘上的中央位置，在那个区域，如果读出150，其中数字“1”和“5”是准确的，数字“0”是估计的；如果选择“×100”档，指针在刻度盘上的位置靠右边，在那个区域，读出的电阻值为 1.5×100，其中数字“1”是准确的，数字“5”是估计的。相比可以看出在刻度盘的左侧，电阻刻度太密，读数不够精确；在刻度盘的右侧，虽然刻度线比较稀疏，但因为要乘以比较大的倍率，因此误差也会同时被放大。所以指针指在刻度盘中央附近时读数更加准确。

三、测量电阻时如何选择合适的档位？

既然测量电阻时，希望指针指在刻度盘的中央附近，如何根据估计值来确定合适的档位呢？要解决这个问题，还是要来看欧姆表的结构。如图3所示，欧姆表内有表头、电源、变阻器。由于多用电表遵循电流从红表笔流入电表，黑表笔流出电表的规则，因此红表笔连接着内部电源的负值。

设欧姆表的总内阻为，表头的满偏电流为，则在进行欧姆调零时，满足：，

实际测量时，有：。

设待测电阻阻值为，当测量时指针指在刻度盘的中央时，满足：

解出，说明欧姆表的中值电阻等于内电阻。论文大全，欧姆表。

当测量时指针指在刻度盘的左侧位置时，满足：，

解出；

当测量时指针指在刻度盘的右侧位置时，满足：，

解出。

据此，我们可以知道，欧姆表每个档位最适合测量的电阻值为中值电阻的到3倍。论文大全，欧姆表。比如，欧姆表的刻度盘中央的刻度值为15，选用“×1”档，其最适合的测量范围为5～15，而选用“×100”档，最适合测量范围就是500～1500，以此类推。

四、欧姆表是通过什么电路来实现一表多档位的？

有许多教师讲，欧姆表不同的档位对应不同的内电阻，因此只要改变串联电阻的阻值就可以获得不同的档位。实际上这是错误的。从图3可以看出，在调零时是必须满足的，因此改变的同时必须要同时改变电源的电动势。图4是人教版物理选修3-1所给出的多用电表的原理图，它就采用了这一原理。但如果真是这样的话，制造一个五档位的欧姆表，就要用五个电动势以10倍递增的电源，这显然是不可能的。实际情况是怎样的呢？

我研究了一款型号为MF47的多用电表的电路图，将电路简化后得到了图5，图中虚线方框内可以等效为一个电流表。改变档位时，会同时改变的阻值，等于在做电表改装的工作。论文大全，欧姆表。即在这一表达式中，换挡改变的是和，而保持不变。在图5中的是欧姆调零电阻，也就是说，欧姆调零调的是等效电表的量程。

五、为什么每次换挡都要进行欧姆调零？

从图5可以看出，在进行欧姆调零时，红黑表笔短接，指针达到满偏，当换挡时，改变了的阻值，整个回路阻值改变，引起回路电流改变，带来电源的内电压改变，使得虚线框的输入电压发生变化，指针不再指在满刻度位置，需要进行欧姆调零。我在实际测量时发现，从“×1k”档变化到“×100”档，几乎不需要调零。而从“×10”档变化到“×1”档，红黑表笔短接时电流有明显的减小。这是因为当选用倍率较大的档位时，的阻值也较大，回路中电流小，内电压变化也小，而选用倍率较小的档位时，的阻值较小，相应内电压损失较大。当然如果电源内阻为零，而且电动势不随时间改变，欧姆表也可以不进行欧姆调零，而这是不现实的。

六、电源的新旧对电阻的测量有没有影响？

干电池用旧以后，内阻增加较大，电动势有微弱的减小。根据图3，假如仅是电阻的变化，可以通过调节变阻器的阻值使表头满偏，而不变，因此只要可以调零，测量就不会产生系统误差。如果是电动势减小，调零时内电阻会减小，测量时读数会怎样呢？

我们可以借用一个特殊值来说明。假如电表的中值电阻也就是内电阻应为15，但由于电动势减小，调零时内电阻减小到14。论文大全，欧姆表。当用这一电表测量时，如果待测电阻为14，则指针指在刻度盘中央，但读数是15，因此测量结果偏大。