摘要：高中物理选修3-1教材（人教版）中，多用电表一节充分体现了新课程三维目标的许多特色,笔者实际教学中突出这些特色的同时也发现了一个疑问——教材给出的多用电表原理图与学生用的实际电表内部结构并不符合,具体说按原理图设计的电表并不能实现欧姆档的多倍率功能。本文通过研究教材和调查资料对电路图进行全面的剖析，并设计一种新的电路原理图来说明多用电表欧姆档是如何实现多倍率功能的。
论文关键词：多用电表,欧姆档,多倍率,电路图
 多用电表是中学物理教材电学内容的一个基本点，也是重点。因为多用电表的原理包含了串、并联电路的规律和闭合电路欧姆定律，而这些规律是电流计改装成电流表、电压表和欧姆表的理论基础，更是历年高考电学实验考察的重点。新课程改革中，人教版教材在本节的编写上充分体了现新课程理念，摆脱了旧教材中单纯理论的推导和仪表结构、原理、使用方法的讲解，而是先以例题的形式引入，让学生结合教材中的电路图（图1），通过“体验式探究”的方式，来理解欧姆表的工作原理。然后过度到图2探究如何把三个单独的电压表、电流表、欧姆表合为一个单量程多用电表，通过共用表头让学生体会实现“多用功能”的巧妙之处。最后的难点是让学生掌握如何实现多量程多用功能的，结合图3领悟转换开关在实现“多量程”功能上的作用。
笔者教学中就是把这些难点进行梯度化处理的,以探究的方式来完成本节“欧姆表”、“多用电表”两模块内容的。但在师生探究多用电表原理时，学生通过讨论发现书中的电路图与实际的电表内部结构不同，并向教师提出疑问：教材的电路图（图3）虽然能实现多功能测量，即能测电流、电压、电阻，而且能实现测电流和电压的多量程功能，但却不能实现测电阻的多量程功能，即不能实现电阻档的倍率转换功能。
学生的提出的两个主要问题如下：
1、电路图中多路电源与实际表内只有一路电源相矛盾
keyimg22、如果实际电路有多路电源按着教材中的原理图去设计时，确实能实现多倍率功能，但有一个基本要求：即每路电源的电动势关系应满足E=nE1。（E1是×1档的那条支路电源电动势）。由此可推知若E1=1.5V，则×10、×100档的电源分别为15V、150V，而×1K档的电源电动势就应高达1500V！显然这不可能，也很荒谬!任何电表内都不可能装有这么高的电源,还是直流电源!
提出第1个问题，是因为学生打开多用电表后发现确实表内只有一个含源电路，且通常只装有一节或两节干电池，即电动势只有1.5V或3V，这与教材电路图中的多个含源支路相矛盾。
提出第2个问题，是通过分析教材电路图图3必然会得出的结论。由于虚线框内的电路相当于一个安培表，选择开关置于3或者4，等于制作了两个欧姆表（类似图1），很显然这两个欧姆表是同一个安培表改装的。那么实际测电阻时，只要指针偏角相同，流过两个表头的电流就应相等（因为表头G一样），且流过电源的总电流——即安培表的电流也应相同（因为安培表内部结构一定，流入表头的电流占总电流的比例也就确定）。不防设3为×1档，4为×10档，显然多用电表要求用这两档测电阻时，若指针均指在I0（假设为半偏）的地方，3档对应的阻值若为R0，则4档对应的阻值应为10R0。现在就用3档来测某个实际的电阻（阻值就为R0），首先要进行欧姆调零操作,即短接两表笔，调节电源支路的可调电阻，使指针满偏，操作的结果是欧姆表现在的总内阻
R内=E/Ig，(由闭合电路欧姆定律Ix=E/(RX+R内)决定的)；然后测电阻R0时，指针刚好半偏，则必有R内= R0。同理用4档来测另一个电阻R`X（其阻值为10R0）时，也要进行以上操作，且必有R`内=E`/ Ig ，R`内=10R0，综上可知R`内=10R内，即有E`/Ig= 10E/Ig，显然要求E`=10E。同理可推：若多用电表还有其它倍率档，辟如×n（n可以为1、10、100、1K）档，则必须要增加类似3、4那样的含源支路，且电动势大小应是E`=nE（E为×1档支路电源的电动势）。可见按照教材原理图实现欧姆档多倍率功能就必须要满足E`=nE这一条件。试想一上，若×1档支路是一节干电池， E1=1.5V，那么×10档的支路电池就必须为15V，而×1K档的电池就会高达1500V！这显然是不可能的！
实际的学生电表内部是没有那么多含源电路的，更不可能有那么高的电动势，但学生电表又确实具有欧姆档多倍率功能的。矛盾产生的原因在哪里呢？通过查找各种厂家多用电表的资料，发现实际电路远非教材中的示意图那么简单，矛盾的焦点在于实际的电表欧姆档的多倍率功能，并不是靠增加含源支路和提高电源电动势来实现，而是靠改变安培表的量程来实现的！笔者研究后设计了一个简单的电路图（图4），用它向学生说明欧姆档多量程原理，就很容易，也与实际的电表内部结构吻合。本图相当于把三个量程IA不同的电流表用相同的电源和可调电阻改装成了三个欧姆表。根据R内=E/IA可知，由于IA不同（IA是安培表的满偏电流，流过总电路而不是流过电流计的满偏电流Ig），所以三个档所对应的欧姆表内阻R内是不同的，由闭合电路欧姆定律Ix=E/(RX+R内)可知，当指针指在相同的电流值Ix上，由于R内不同，所以RX不同，举例来说：假设现在来测一个未知电阻RX，刚好使指针半偏。因为欧姆刻度线上正中间的刻度值对应的电流为IA/2，所以所测电阻RX =R内，如果测量前选择的开关置3且欧姆调零后R内=15Ω，则说明所测的RX =15Ω；若开关置的是2且R内=150Ω，则所测的RX =150Ω；如果开关置1且R内=1500Ω，则RX =1500Ω。可见，尽管原来的电流刻度盘一样，但改装时相同电流刻度值I（注：不是电源的总电流，而是流过电流计的电流）所对应的电阻值RX是不同的，因此原来的一条电流刻度线就可以表示三个欧姆刻度盘，因而实现了多倍率功能。
教材中电路图和本图的最大区别在于，是否体现出换档后电流表的电路变化。对于前者(见图3)不论接3档还是4档，当表头指针偏转角度相同，电路的总电流也会相同，由Ix=E/(RX+R内)知，欧姆调零时由于指针都要满偏，所以电路总电流Ix相等，此时Ix=E/R内，所以要想R内不同只有改变E才行，这也是前面学生发现的矛盾E=nE1原因所在。对于后者（图4）即使表头指针偏转相同角度，由于换档导致其他支路与表头支路的电阻比例关系已经变化，总电流仍然是不同的。可见，本图设计一方面保证了换档后即使指针偏转角度相同，但流经电源的总电流也是不同的；同时也重点保证了换档后欧姆调零时表的总内阻会不同，这就确保了欧姆档多倍率功能的实现。
参考文献
1．廖佰琴、张大昌主编《物理课程标准(实验)解读》湖北教育出版社
2．赵沃槐．优化物理实验教学培养学生创新能力．教学仪器与实验，2002，（10）．
3．安忠刘炳升《中学物理实验与教学研究》高等教育出版社
4．《中学物理实验教学与自制教具》冯容士上海教育出版社，2000,2
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