淺談數字萬用表在高中物理教學中的應用

楊新文

摘 要：隨著科技的發展，先進的測量儀器不僅給生產和科學研究帶來了技術的革新，給中學物理教學也帶來了不少方便，數字萬用表以其完善的性能和精確的測量結果，遠遠超過了指針式萬用表，不僅在課堂演示實驗中可以為教學帶來準確的測量和直觀的感受，也可以在課外實驗中讓學生體會到高科技測量儀器測量的準確和便捷。通過對比數字式萬用表和指針式萬用表的性能優劣及其在物理教學中的應用，為大家在今后的教學中使用數字式萬用表提供參考。

關鍵詞：數字式萬用表；指針式萬用表；物理教學；物理實驗

萬用表是高中物理電學實驗中必須掌握的一種電學儀表，也是電子技術中廣泛應用的一種重要測量工具，很長一段時間里，

我們都用的是指針式萬用表，它顯示直觀、方便，但它的缺點也非常明顯：笨重、靈敏度不高、讀數精確度較差等等。新型的數字式萬用表是在直流數字電壓表的基礎上擴展而來的，通過不同功能的轉換器，把被測電學物理量如交流電壓、電流、電阻、電容、電感、二極管正向壓降、晶體管放大系數等轉換成直流電壓信號，再由A/D轉換器轉換成數字量，并以數字顯示出來，顯示效果明顯，讀數方便準確，不僅在電子技術方面發揮了重要的作用，也在高中物理教學中逐步代替了指針式萬用表，并發揮出其特殊的功效，為指針式萬用表所不能及。

一、數字萬用表和指針式萬用表的優劣

1.數字萬用表

（1）數字顯示直觀準確，無視覺誤差，并具有極性自動顯示功能，測量時無需預先判斷紅黑表筆的接法。

（2）測量精度很高（電壓、電流、電阻測量誤差小于1%，某些量程甚至小于0.5%，電感、電容測量誤差小于2.5%）。

（3）輸入阻抗高（測量電壓時輸入阻抗為10MΩ，遠大于指針式萬用表），對被測電路影響甚小。

（4）測量功能齊全，可測量交、直流電流、電壓、電阻、電容、電感、頻率、溫度、三極管放大系數、二極管導通情況等，測量速率快（采樣率3次/秒）。

（5）保護功能齊全，有過壓、過流保護電路。

（6）功耗低，抗干擾能力強。

2.指針式萬用表

（1）指針萬用表是一種平均值式儀表，它具有直觀、形象的讀數指示。

（2）指針式萬用表測量誤差較大。以MF-47型萬用表為例，其直流測量誤差為2.5級（即2.5%），電阻測量誤差為2.5級，交流測量誤差為5.0級，明顯大于數字式萬用表。

（3）指針式萬用表一般內部沒有放大器，所以內阻較小，比如教學中常用的MF-47型、500型萬用表的直流電壓靈敏度為20千歐/伏。

（4）指針式萬用表由于內阻較小，且多采用分立元件構成分流分壓電路。所以頻率特性是不均勻的（相對數字式來說），而數字式萬用表的頻率特性相對好一點。

（5）指針式萬用表內部結構簡單，功能較少，維護簡單，過流、過壓能力較強。

（6）使用電磁式機械表頭，體積較大，抗震性差。

從上述比較結果來看，數字式萬用表要比指針式萬用表具有更加強大的各種物理量測量功能，在將來完全有可能取代指針式萬用表，加上現在數字式萬用表的價格在進一步下降，學校配備教學儀器的負擔也大大降低，學生實驗中人手一表也很容易達到，對提高學生參與實驗的積極性大有裨益。

二、數字式萬用表在物理教學中的應用

在物理實驗中，利用數字式萬用表可以大大提高學生讀數的方便性和準確性。比如在電阻定律實驗中，使用數字式萬用表可以避免使用繁雜的伏安法，直接測出導體在橫截面積相同時不同長度的電阻大小，然后再測出導體在長度相同時不同橫截面積的電阻大小，輕松得出導體的電阻跟導體的長度和橫截面積的關系，節約了大量的時間和精力。

例如，在高中物理選修3-1中，研究平行板電容器的電容大小與極板的正對面積和距離之間的關系時，如果使用直徑為22厘米的J2309型平行板電容器，利用數字式萬用表的電容測量檔選最小量程（2nF檔），將紅黑表筆固定在兩塊金屬板上，改變它們的正對面積和距離（3～20mm之間變化），可以很容易看出萬用表上電容值的大小發生變化（測得結果在12pF到3pF之間變

化），這就給學生留下了深刻的印象，而這在指針式萬用表上是絕不可能測量出來的，教材上也只是用驗電器定性地演示，實際效果往往很差，只能由學生自己理解和體會了。

又如，在高中物理選修3-2中，對自感系數（即電感），學生只知道線圈匝數越多，電感越大，但由于沒有具體的測量結果做比較，所以很難留下深刻的印象，但是如果用可拆變壓器的原、副線圈接入數字萬用表的電感測量檔，就可以分別測量出它們的電感數值的大小，給學生留下一個客觀的概念，如使用J2425型可拆變壓器原線圈各個不同匝數下有鐵芯和無鐵芯時的電感，實測結果如下表所示，而指針式萬用表只能測出它們的直流電阻，對測量電感則是無能為力。■

此外，數字萬用表還可以用來測量溫度、頻率等物理量，可以做到一物多用。

當然，數字式萬用表的應用相對現行教學大綱來說還有一定的矛盾，所以應該先讓學生掌握指針式萬用表的應用，然后讓學生學會數字式萬用表的應用，在教學過程和物理實驗中應該大膽使用數字式萬用表，讓學生學會使用手中的先進測量工具進行探究實驗，在探究中發現和掌握物理規律。

參考文獻：

劉毅.萬用表數字圖像識別技巧及應用研究[D].南昌大學，2013.

編輯 薛直艷