電表量程減小問(wèn)題的探討

朱行建

(天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)教育促進(jìn)中心，天津　300457)

電表量程減小問(wèn)題的探討

朱行建

(天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)教育促進(jìn)中心，天津300457)

名師簡(jiǎn)介：朱行建，天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)教育促進(jìn)中心物理教研員，特級(jí)教師，主要從事中學(xué)物理教學(xué)與評(píng)價(jià)研究.任天津師范大學(xué)碩士生導(dǎo)師、全國(guó)高等物理教育研究會(huì)中學(xué)物理課程與教學(xué)分會(huì)秘書(shū)長(zhǎng).教育部基礎(chǔ)教育課程發(fā)展中心高中學(xué)業(yè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目組成員、教育部考試中心高考評(píng)價(jià)項(xiàng)目組成員、教育部基礎(chǔ)教育司中考評(píng)價(jià)項(xiàng)目組成員、教育部中小學(xué)教材審查項(xiàng)目組成員.天津市“265”“千人計(jì)劃”教師培訓(xùn)專家.

摘要：針對(duì)電路中某些電表測(cè)量的特殊要求，給出了電表量程減小的原理，并依此快速、簡(jiǎn)單和有效地解決有關(guān)問(wèn)題.

關(guān)鍵詞：電表；量程；減小

現(xiàn)行高中教科書(shū)中關(guān)于電表改裝的描述與分析常采用的是擴(kuò)大量程的方法，即無(wú)論是電流表和電壓表，當(dāng)其量程不夠測(cè)量時(shí)，電壓表要串聯(lián)一個(gè)電阻或電流表要并聯(lián)一個(gè)電阻，以擴(kuò)大其測(cè)量的量程而滿足測(cè)量的需要.這無(wú)疑是正確的，但也會(huì)導(dǎo)致思維定勢(shì)，好象電表的改裝只是擴(kuò)大量程.在一些問(wèn)題中電表的量程太大,導(dǎo)致在測(cè)量時(shí)電表指針的偏轉(zhuǎn)角度太小，使得電表測(cè)量結(jié)果的誤差較大，為了使電表指針盡可能的偏轉(zhuǎn)較大些，就必須選擇一定的電阻與電表進(jìn)行組裝，這其實(shí)就是將電表量程“減小”的問(wèn)題，其量程就是題目要求的電表指針偏轉(zhuǎn)的最大值.這類問(wèn)題在高考試題中時(shí)有出現(xiàn)，學(xué)生回答的正確率不高的主要原因就是學(xué)生想不到“減小”量程.由于這類問(wèn)題的常見(jiàn)解法較為煩瑣,筆者嘗試給出解決這類問(wèn)題快速、簡(jiǎn)單和有效的方法.

1電表量程減小的原理

1．1電壓表問(wèn)題

圖1

1．2電流表問(wèn)題

圖2

2電表量程減小的應(yīng)用

要求測(cè)量時(shí)兩電表指針偏轉(zhuǎn)均超過(guò)其量程的一半.試從3個(gè)固定電阻中選用1個(gè)，與其它器材一起組成測(cè)量電路，并在虛線框內(nèi)畫(huà)出測(cè)量電路的原理圖(要求電路中各器材用題中給定的符號(hào)標(biāo)出).

(1)命題組給出的傳統(tǒng)解法

若直接將兩電表串聯(lián)后與電源相連接，則電路中電流約為0.5～0.55mA，電壓表兩端的電壓極可能大于其量程，所以此方法不可用.必須利用題目中給定的固定電阻才有可能完成測(cè)量任務(wù).

若將選用的固定電阻與電壓表和電流表串聯(lián)，由題中給出的數(shù)據(jù)可知，無(wú)論是選用R1、R2、R3中的哪一個(gè)，電路中的電流都會(huì)小于電流表量程的一半.若選用R2和R3，不只是電流表，電壓表的指針的偏轉(zhuǎn)也會(huì)小于其量程的一半.所以，將題目給出的固定電阻串聯(lián)接入電路是不可取的.

圖3

選用1個(gè)定值電阻與電壓表并聯(lián)后再與電流表串聯(lián)接通電源(如圖3).若選用的是R1，則可推算出電流表的讀數(shù)略小于1mA，電壓表的讀數(shù)近2V.這可以在滿足題目要求的情況下完成測(cè)量任務(wù).

若將圖中的R1換為R2或R3，則可推算出電壓表兩端的電壓超過(guò)其量程，也就是會(huì)損壞儀器.不可以選用R2或R3.

(2)快速解法

例2(2004年高考理綜全國(guó)卷)：如圖4所示，用以下器材測(cè)量一待測(cè)電阻Rx的阻值(900～1000Ω)：

圖4

電源E，具有一定內(nèi)阻，電動(dòng)勢(shì)約為9.0V；

電壓表V1，量程為1.5V，內(nèi)阻r1=750Ω；

電壓表V2，量程為5V，內(nèi)阻r2=2500Ω；

滑線變阻器R，最大阻值約為100Ω；

單刀單擲開(kāi)關(guān)K，導(dǎo)線若干.

(1)命題組給出的傳統(tǒng)解法

首先第一步要考慮的是：所給出的兩只電壓表，既知道它們的量程，又知道它們的內(nèi)阻，因此，當(dāng)接在電路中時(shí)，既可直接讀出它們的電壓值，又可算出通過(guò)它們的電流.由此可知，當(dāng)用伏安法測(cè)電阻Rx的值時(shí)可能有兩種電路，如圖5、6所示.當(dāng)用圖5時(shí)，Rx與一只電壓表并聯(lián)，可直接讀出Rx上的電壓，再與另一只電壓表串聯(lián)時(shí)，可由兩只電壓表電流之差算出Rx中的電流.這樣由歐姆定律就可求出Rx的值.當(dāng)用圖6時(shí)，Rx與一只電壓表串聯(lián)，讀出電壓表電壓，從而算出通過(guò)電壓表也就是通過(guò)Rx的電流，然后再與另一只電壓表并聯(lián)直接讀出電壓，此電壓減去串聯(lián)電壓表上的電壓就應(yīng)是Rx上的電壓，這樣也可用歐姆定律算出Rx的值.這就是說(shuō)上述兩種電路都可用.

圖5

圖6

第二點(diǎn)要考慮的是：對(duì)于上述每種電路，由于有兩種規(guī)格不同的電壓表，因此，若在上述電路中將電壓表互換位置，就會(huì)有四種

(2)快速解法

由以上討論可知，本文提出的快速的分析方法其實(shí)是一種可逆的思維方法，當(dāng)電表廣大量程時(shí)需要串聯(lián)或者并聯(lián)電阻，而減小量程時(shí)就對(duì)應(yīng)的是需要并聯(lián)或者串聯(lián)電阻才能滿足測(cè)量的要求.這種思維的方法能夠快速、簡(jiǎn)單和有效的解決問(wèn)題.

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