自制儀器 加快在線電路通斷的測(cè)量

在電學(xué)教學(xué)中，關(guān)于電路的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是其中重要的一環(huán)，不僅能鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒒静僮骷寄埽彩亲龊脤?shí)驗(yàn)，完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的基本保證。

可是在實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于學(xué)校條件的限制和教師教學(xué)方法的不同，許多學(xué)生的實(shí)際電路連接經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題，極大地影響既定教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。如何既快又好地解決學(xué)生的電路連接故障是每個(gè)教師頭疼的問(wèn)題。這時(shí)候都是先斷開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，再斷開(kāi)相關(guān)電路的導(dǎo)線連接，然后用萬(wàn)用電表電阻檔測(cè)量電路導(dǎo)線的通斷，這樣往往很麻煩。有沒(méi)有什么辦法在電源接通的情況下，直接測(cè)出在線電路中某根導(dǎo)線連接的通斷，或者是某一段電路是否完好呢?為此，筆者設(shè)計(jì)一個(gè)小小的電路，使之基本滿足上述要求，并在萬(wàn)用電表中進(jìn)行改裝，給實(shí)際工作帶來(lái)很大的方便。

如圖1所示，該電路是一個(gè)典型的電容充電電路。各元器件參數(shù):E，1.5 V;D1，IN4001;C，100 uF;R1，20 Ω;R2，47 KΩ;G為萬(wàn)用表表頭(或者電流計(jì)也可以)。當(dāng)把它的兩端接導(dǎo)線的兩端，若導(dǎo)線完好，則相當(dāng)于紅、黑兩端相連，電源E給電容C充電，表頭G指針偏轉(zhuǎn)，指示出電路中有充電電流;若導(dǎo)線斷開(kāi)，則電表G指針不動(dòng)，這樣很容易就能夠判斷出導(dǎo)線連接電路的通斷。

在線電路中，由于電源的接通，導(dǎo)線中可能有電流，或者導(dǎo)線兩端有電壓。此時(shí)，若導(dǎo)線完好，則導(dǎo)線兩端的電壓為零，上面電路的接入將不受到影響，仍是給電容充電;若導(dǎo)線斷開(kāi)，則在導(dǎo)線的兩端存在電壓，電路接入時(shí)，在兩接點(diǎn)間將產(chǎn)生電勢(shì)差，會(huì)影響原充電電路的充電特性。這種影響有2種情況。1)黑端電勢(shì)E1為正(設(shè)紅端電勢(shì)為0，下同)，當(dāng)E1的電勢(shì)大于0.8 V左右時(shí)，電路總電勢(shì)小于0.7 V，由于二極管的正向壓降特性和反向截止特性，電路中的電流為0，電表指針不偏轉(zhuǎn);當(dāng)E1的電勢(shì)小于0.8 V左右時(shí)，E1和E反向串聯(lián)，電路總電勢(shì)減小，給電容C的充電電流將大大減小，電表G的指針幾乎不偏轉(zhuǎn)。2)黑端電勢(shì)E1為負(fù)，則相當(dāng)于E和E1串聯(lián)，電路總電勢(shì)增大，給電容C充電的電流將大大增加，電表G的指針會(huì)很容易滿偏(這時(shí)表頭一定要有保護(hù)機(jī)構(gòu)，沒(méi)有的可加裝)，很容易和導(dǎo)線完好時(shí)的情況相區(qū)別。

因此，在實(shí)際測(cè)量某段電路時(shí)，只要把紅黑兩端和導(dǎo)線兩端接觸，根據(jù)電表指針的偏轉(zhuǎn)情況，很容易就能判斷出電路導(dǎo)線的通斷。

例如，圖2為伏安法測(cè)電阻電路，當(dāng)電鍵S閉合時(shí)，電流表、電壓表均無(wú)顯示。傳統(tǒng)的解決辦法是先斷開(kāi)電鍵S，用萬(wàn)用表電壓檔測(cè)一下電源有沒(méi)有電壓，接著把萬(wàn)用表轉(zhuǎn)到電阻檔，逐個(gè)測(cè)量導(dǎo)線段①②③④⑤⑥的連接好壞。如果采用筆者設(shè)計(jì)的導(dǎo)線通斷測(cè)量?jī)x來(lái)解決，則步驟要少得多。不用斷開(kāi)電鍵，把紅黑兩端接①②段(即電源負(fù)極和電阻左端A點(diǎn)，如果表頭指針不偏轉(zhuǎn)說(shuō)明①②導(dǎo)線斷;如果表頭指針偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明①②導(dǎo)線完好，再把紅黑兩端接③⑤段(即電阻右端B點(diǎn)和電源正極，如果表頭指針不偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明③⑤導(dǎo)線斷;如果表頭指針偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明③⑤導(dǎo)線完好。這樣就可以把整個(gè)電路分成幾個(gè)大部分分別進(jìn)行測(cè)量，大大縮短電路故障判斷時(shí)間。

把上面的電路加裝于萬(wàn)用電表中，做成在線電路通斷測(cè)量?jī)x。筆者選用的是實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)報(bào)廢的MF16-1型萬(wàn)用電表，它線路簡(jiǎn)捷，體積小，便于攜帶。圖3是萬(wàn)用電表的原電路圖和加裝的電路，改裝步驟:1)用萬(wàn)用電表表頭作為電表G，用萬(wàn)用電表電池作為E，紅黑端則利用萬(wàn)用電表的紅黑表棒;2)去掉較少用的交流電壓檔，斷開(kāi)交流電壓檔到表頭的接線①(打虛線×的導(dǎo)線，下同);3)斷開(kāi)交流電壓檔各轉(zhuǎn)換檔的連線②③④⑤;4)在電源正極和交流轉(zhuǎn)換檔間加一導(dǎo)線⑥;5)加裝上在線電路通斷測(cè)量電路⑦;6)因?yàn)樵頍o(wú)表頭保護(hù)機(jī)構(gòu)，正好用交流檔卸下的2只二極管做成一保護(hù)機(jī)構(gòu)⑧;7)在交流10 V檔面板上，用標(biāo)簽貼上“導(dǎo)線通斷測(cè)量”標(biāo)志。

這樣，在線電路通斷測(cè)量?jī)x器就成功了。使用在線電路通斷測(cè)量?jī)x時(shí)，只要安上電池，把萬(wàn)用電表?yè)艿浇涣?0 V檔即可，和萬(wàn)用電表操作一樣，非常方便。當(dāng)然，用其他型號(hào)的萬(wàn)用電表也可以改裝，基本原理是一致的。■

(作者單位:南京市江寧高級(jí)中學(xué))