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在复习过程中遇到选自江苏省徐州市2011年质量检测试卷中的一道题:
题目电器中常用到整流桥堆,经查资料可知其内部结构如图1所示.某课外活动小组的同学设计了如下实验来测量桥堆1、3两脚间的阻值.他们选用的器材有:
电源E(电动势约为12.0 V,具有一定的内阻)
电流表A(量程为0.6 A,内阻r1约0.5 Ω)
电压表V(量程为10 V,内阻r2约10 kΩ)
滑动变阻器R(最大阻值约为10 Ω、额定电流为2 A)
多用电表;单刀单掷开关及导线
(1)他们首先使用多用电表粗测桥堆1、3两脚间的阻值,请补充完成如下实验操作过程:
①将红、黑表笔分别插入多用电表的“ 、-”插孔,选择电阻档“×10”.
②.
③把红、黑表笔分别与桥堆的脚1、脚3相接,多用电表的示数如图2所示.
④为了较好估测阻值,应换用(填“×1”或“×100”)的倍率重新进行测量.
(2)略.
教学之余,找来整流桥堆(二极管为1N4007型),正确使用多用电表测1、3两脚间电阻,“×1”档读数34 Ω;“×10”档读数260 Ω;“×100”档读数1700 Ω,发现倍率不同测值不同.倍率不同测值不同,何谈粗测、换挡调零再测,所以笔者认为本题设计有误,没考虑二极管的实际情况.那为什么会出现倍率不同电阻不同的现象呢?究其原因有两个方面:一与二极管的非线性有关;二与欧姆表的工作原理有关,下面就从这两个方面加以分析.
1二极管的伏安特性曲线
利用伏安法(分压外接),得到如表1的实验数据,描绘出二极管(1N4007型)的正向伏安特性曲线,即I-U图象如图3中的图线a.由图线得出,不同电压、电流条件下,二极管的电阻不同.
表1
序号123456
U/V00.100.300.500.600.70
I/mA0000832
序号789101112
U/V0.750.800.850.900.951.00
I/mA5290200350480620
2欧姆表的工作原理
2.1欧姆表的测量原理
欧姆表的测量原理是闭合电路欧姆定律,其内部结构如图4所示,其中G为灵敏电流表,满偏电流Ig,电阻Rg,电源电动势E,内阻r,调零电阻R0.当红、黑表笔间接电阻Rx时,通过电流表的电流
I=ERg r R0 Rx=ER中 Rx
(R中=Rg r R0),
每一个Rx对应一个电流I,在刻度盘上标出与I对应的Rx的值,这样即可读出待测电阻的阻值.
2.2欧姆表的换挡原理
上式变形得
Rx=EI-R中=IgR中I-R中=(IgI-1)R中,
可见,要改变倍率必须改变中值电阻.拆分测量时用的多用电表,如图5所示,对线路板的正反面进行观察和研究,确定了欧姆表各倍率的基本结构原理如表2所示,以×100、×10、×1为例(表头并联电阻改变中值电阻来实现换挡):
表2
选用测量时用的欧姆表,经与微安表串联测出表头的满偏电流为Ig=375 μA;用“半偏法”测出内电阻Rg=300 Ω(以上两种测量电路图略).
当倍率×100时,表头直接串联在电路中,
欧姆表内阻R内1=4 kΩ(即中值电阻),
题目电器中常用到整流桥堆,经查资料可知其内部结构如图1所示.某课外活动小组的同学设计了如下实验来测量桥堆1、3两脚间的阻值.他们选用的器材有:
电源E(电动势约为12.0 V,具有一定的内阻)
电流表A(量程为0.6 A,内阻r1约0.5 Ω)
电压表V(量程为10 V,内阻r2约10 kΩ)
滑动变阻器R(最大阻值约为10 Ω、额定电流为2 A)
多用电表;单刀单掷开关及导线
(1)他们首先使用多用电表粗测桥堆1、3两脚间的阻值,请补充完成如下实验操作过程:
①将红、黑表笔分别插入多用电表的“ 、-”插孔,选择电阻档“×10”.
②.
③把红、黑表笔分别与桥堆的脚1、脚3相接,多用电表的示数如图2所示.
④为了较好估测阻值,应换用(填“×1”或“×100”)的倍率重新进行测量.
(2)略.
教学之余,找来整流桥堆(二极管为1N4007型),正确使用多用电表测1、3两脚间电阻,“×1”档读数34 Ω;“×10”档读数260 Ω;“×100”档读数1700 Ω,发现倍率不同测值不同.倍率不同测值不同,何谈粗测、换挡调零再测,所以笔者认为本题设计有误,没考虑二极管的实际情况.那为什么会出现倍率不同电阻不同的现象呢?究其原因有两个方面:一与二极管的非线性有关;二与欧姆表的工作原理有关,下面就从这两个方面加以分析.
1二极管的伏安特性曲线
利用伏安法(分压外接),得到如表1的实验数据,描绘出二极管(1N4007型)的正向伏安特性曲线,即I-U图象如图3中的图线a.由图线得出,不同电压、电流条件下,二极管的电阻不同.
表1
序号123456
U/V00.100.300.500.600.70
I/mA0000832
序号789101112
U/V0.750.800.850.900.951.00
I/mA5290200350480620
2欧姆表的工作原理
2.1欧姆表的测量原理
欧姆表的测量原理是闭合电路欧姆定律,其内部结构如图4所示,其中G为灵敏电流表,满偏电流Ig,电阻Rg,电源电动势E,内阻r,调零电阻R0.当红、黑表笔间接电阻Rx时,通过电流表的电流
I=ERg r R0 Rx=ER中 Rx
(R中=Rg r R0),
每一个Rx对应一个电流I,在刻度盘上标出与I对应的Rx的值,这样即可读出待测电阻的阻值.
2.2欧姆表的换挡原理
上式变形得
Rx=EI-R中=IgR中I-R中=(IgI-1)R中,
可见,要改变倍率必须改变中值电阻.拆分测量时用的多用电表,如图5所示,对线路板的正反面进行观察和研究,确定了欧姆表各倍率的基本结构原理如表2所示,以×100、×10、×1为例(表头并联电阻改变中值电阻来实现换挡):
表2
选用测量时用的欧姆表,经与微安表串联测出表头的满偏电流为Ig=375 μA;用“半偏法”测出内电阻Rg=300 Ω(以上两种测量电路图略).
当倍率×100时,表头直接串联在电路中,
欧姆表内阻R内1=4 kΩ(即中值电阻),