歐姆表原理探微

1 引言

在高中物理第二冊“用多用電表探索黑箱內的電學元件”的實驗中，涉及到了歐姆表的原理及使用。對于歐姆表的原理，筆者發現在許多資料上對此問題都還存在著不足之處，老師沒有深究，學生也就不敢細問。愛因斯坦說：“提出一個問題往往比解決一個問題重要”。因為解決問題也許只是數學上的或實驗上的技能而已，而提出一個新的問題，新的可能性，從新的角度去看舊的問題，卻需要有創造性的想象力，也標志著科學的真正進步。

多用電表俗稱萬用表，可以測量直流電流、直流電壓、交流電壓以及電阻，是電工及電器維修人員必備的電路檢修儀器。歐姆表是多用電表的重要組成部分，用以測量電學元件的電阻。歐姆表的使用較電流表、電壓表要特殊也要復雜一些，它的使用步驟及使用注意事項也與電流表、電壓表有很大區別。許多學生在學習的時候只是把這些問題記了下來，并沒有弄懂。其實這個問題本身并不復雜，可以說是學生對恒定電流部分應用與思考的一次鍛煉。對此，筆者對歐姆表的原理及關聯的使用事項，進行了深入一步的探討。

2 歐姆表基本原理

在很多資料上，歐姆表的原理圖都如圖1所示，但這只是歐姆表的基本原理圖，對于換檔以及換檔后的調零都無法解釋。我們先從基本原理入手。歐姆表內部由一個電池（電動勢為Ε，內阻為r）、一個小量程電流表（俗稱表頭）和一個調零電阻組成。表頭的滿偏電流為Ig，內阻為Rg。將紅、黑表筆短接，對歐姆表調零時，根據閉合電路的歐姆定律有Ig＝ΕRg+r+R。此時，外電路電阻為零，所以通過調節調零電阻使表頭電流達到滿偏，使指針指示值為0Ω。當紅、黑表筆間接有未知電阻Rx時，有I＝ΕRg+r+R+Rx ，可以看出對于每一個未知電阻都有一個電流值I與之對應，我們在刻度盤上直接算出并標出與I對應的Rx值，所測電阻的值就可從表盤刻度直接讀出。

4 換檔原理及換檔后需重新調零的原因

換檔后歐姆表的內阻已經發生了變化，而電源電動勢是固定的，所以必然電路中的電流會發生變化。也就是說，原來紅黑表筆短接時，指針滿偏指到零刻度，若將倍率檔調大，由于內阻發生變化，電路中電流也隨之變化，當紅黑表筆短接時，指針將不再指向零刻度。因而，每次換檔后均需調零。

如我們所知道的，表頭的滿偏電流是固定的，倍率檔的調大是通過串聯電阻使總阻值增大而實現的，由于電阻的增大，電流則相應地減小。而換檔后調零的目的，卻是使電流恢復到原來的值，以便表筆短接時指針指示到零刻度，所以必然需要將調零電阻阻值調小。

這樣便發現了一個問題，當換檔后，通過調零使指針再指到零刻度，此時歐姆表的內阻將和原來一樣，這樣便沒有起到換檔的目的。所以歐姆表如果真的只像是書上給出的一個簡單的串聯電路，完全是不可行的。

6 總結

經過上面的分析，可以看出歐姆表的內部結構其實遠比一般資料上所描繪的要復雜。只是對于高中生而言，我們沒有必要也不應當講那么復雜，但作為老師，有些必要了解的知識還是應該要了解，以免在學生問到的時候無言以對，甚至誤導學生。

(欄目編輯鄧 磊)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。