欧姆表原理探微

1 引言

在高中物理第二册“用多用电表探索黑箱内的电学元件”的实验中，涉及到了欧姆表的原理及使用。对于欧姆表的原理，笔者发现在许多资料上对此问题都还存在着不足之处，老师没有深究，学生也就不敢细问。爱因斯坦说：“提出一个问题往往比解决一个问题重要”。因为解决问题也许只是数学上的或实验上的技能而已，而提出一个新的问题，新的可能性，从新的角度去看旧的问题，却需要有创造性的想象力，也标志着科学的真正进步。

多用电表俗称万用表，可以测量直流电流、直流电压、交流电压以及电阻，是电工及电器维修人员必备的电路检修仪器。欧姆表是多用电表的重要组成部分，用以测量电学元件的电阻。欧姆表的使用较电流表、电压表要特殊也要复杂一些，它的使用步骤及使用注意事项也与电流表、电压表有很大区别。许多学生在学习的时候只是把这些问题记了下来，并没有弄懂。其实这个问题本身并不复杂，可以说是学生对恒定电流部分应用与思考的一次锻炼。对此，笔者对欧姆表的原理及关联的使用事项，进行了深入一步的探讨。

2 欧姆表基本原理

在很多资料上，欧姆表的原理图都如图1所示，但这只是欧姆表的基本原理图，对于换档以及换档后的调零都无法解释。我们先从基本原理入手。欧姆表内部由一个电池（电动势为Ε，内阻为r）、一个小量程电流表（俗称表头）和一个调零电阻组成。表头的满偏电流为Ig，内阻为Rg。将红、黑表笔短接，对欧姆表调零时，根据闭合电路的欧姆定律有Ig＝ΕRg+r+R。此时，外电路电阻为零，所以通过调节调零电阻使表头电流达到满偏，使指针指示值为0Ω。当红、黑表笔间接有未知电阻Rx时，有I＝ΕRg+r+R+Rx ，可以看出对于每一个未知电阻都有一个电流值I与之对应，我们在刻度盘上直接算出并标出与I对应的Rx值，所测电阻的值就可从表盘刻度直接读出。

4 换档原理及换档后需重新调零的原因

换档后欧姆表的内阻已经发生了变化，而电源电动势是固定的，所以必然电路中的电流会发生变化。也就是说，原来红黑表笔短接时，指针满偏指到零刻度，若将倍率档调大，由于内阻发生变化，电路中电流也随之变化，当红黑表笔短接时，指针将不再指向零刻度。因而，每次换档后均需调零。

如我们所知道的，表头的满偏电流是固定的，倍率档的调大是通过串联电阻使总阻值增大而实现的，由于电阻的增大，电流则相应地减小。而换档后调零的目的，却是使电流恢复到原来的值，以便表笔短接时指针指示到零刻度，所以必然需要将调零电阻阻值调小。

这样便发现了一个问题，当换档后，通过调零使指针再指到零刻度，此时欧姆表的内阻将和原来一样，这样便没有起到换档的目的。所以欧姆表如果真的只像是书上给出的一个简单的串联电路，完全是不可行的。

6 总结

经过上面的分析，可以看出欧姆表的内部结构其实远比一般资料上所描绘的要复杂。只是对于高中生而言，我们没有必要也不应当讲那么复杂，但作为老师，有些必要了解的知识还是应该要了解，以免在学生问到的时候无言以对，甚至误导学生。

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。

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