楊新文

摘 要：隨著科技的發(fā)展，先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器不僅給生產(chǎn)和科學(xué)研究帶來(lái)了技術(shù)的革新，給中學(xué)物理教學(xué)也帶來(lái)了不少方便，數(shù)字萬(wàn)用表以其完善的性能和精確的測(cè)量結(jié)果，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了指針式萬(wàn)用表，不僅在課堂演示實(shí)驗(yàn)中可以為教學(xué)帶來(lái)準(zhǔn)確的測(cè)量和直觀的感受，也可以在課外實(shí)驗(yàn)中讓學(xué)生體會(huì)到高科技測(cè)量?jī)x器測(cè)量的準(zhǔn)確和便捷。通過(guò)對(duì)比數(shù)字式萬(wàn)用表和指針式萬(wàn)用表的性能優(yōu)劣及其在物理教學(xué)中的應(yīng)用，為大家在今后的教學(xué)中使用數(shù)字式萬(wàn)用表提供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)字式萬(wàn)用表；指針式萬(wàn)用表；物理教學(xué)；物理實(shí)驗(yàn)

萬(wàn)用表是高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)中必須掌握的一種電學(xué)儀表，也是電子技術(shù)中廣泛應(yīng)用的一種重要測(cè)量工具，很長(zhǎng)一段時(shí)間里，

我們都用的是指針式萬(wàn)用表，它顯示直觀、方便，但它的缺點(diǎn)也非常明顯：笨重、靈敏度不高、讀數(shù)精確度較差等等。新型的數(shù)字式萬(wàn)用表是在直流數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上擴(kuò)展而來(lái)的，通過(guò)不同功能的轉(zhuǎn)換器，把被測(cè)電學(xué)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(shù)等轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)，再由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并以數(shù)字顯示出來(lái)，顯示效果明顯，讀數(shù)方便準(zhǔn)確，不僅在電子技術(shù)方面發(fā)揮了重要的作用，也在高中物理教學(xué)中逐步代替了指針式萬(wàn)用表，并發(fā)揮出其特殊的功效，為指針式萬(wàn)用表所不能及。

一、數(shù)字萬(wàn)用表和指針式萬(wàn)用表的優(yōu)劣

1.數(shù)字萬(wàn)用表

（1）數(shù)字顯示直觀準(zhǔn)確，無(wú)視覺(jué)誤差，并具有極性自動(dòng)顯示功能，測(cè)量時(shí)無(wú)需預(yù)先判斷紅黑表筆的接法。

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

（3）輸入阻抗高（測(cè)量電壓時(shí)輸入阻抗為10MΩ，遠(yuǎn)大于指針式萬(wàn)用表），對(duì)被測(cè)電路影響甚小。

（4）測(cè)量功能齊全，可測(cè)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(shù)、二極管導(dǎo)通情況等，測(cè)量速率快（采樣率3次/秒）。

（5）保護(hù)功能齊全，有過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)電路。

（6）功耗低，抗干擾能力強(qiáng)。

2.指針式萬(wàn)用表

（1）指針萬(wàn)用表是一種平均值式儀表，它具有直觀、形象的讀數(shù)指示。

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

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

（4）指針式萬(wàn)用表由于內(nèi)阻較小，且多采用分立元件構(gòu)成分流分壓電路。所以頻率特性是不均勻的（相對(duì)數(shù)字式來(lái)說(shuō)），而數(shù)字式萬(wàn)用表的頻率特性相對(duì)好一點(diǎn)。

（5）指針式萬(wàn)用表內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能較少，維護(hù)簡(jiǎn)單，過(guò)流、過(guò)壓能力較強(qiáng)。

（6）使用電磁式機(jī)械表頭，體積較大，抗震性差。

從上述比較結(jié)果來(lái)看，數(shù)字式萬(wàn)用表要比指針式萬(wàn)用表具有更加強(qiáng)大的各種物理量測(cè)量功能，在將來(lái)完全有可能取代指針式萬(wàn)用表，加上現(xiàn)在數(shù)字式萬(wàn)用表的價(jià)格在進(jìn)一步下降，學(xué)校配備教學(xué)儀器的負(fù)擔(dān)也大大降低，學(xué)生實(shí)驗(yàn)中人手一表也很容易達(dá)到，對(duì)提高學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性大有裨益。

二、數(shù)字式萬(wàn)用表在物理教學(xué)中的應(yīng)用

在物理實(shí)驗(yàn)中，利用數(shù)字式萬(wàn)用表可以大大提高學(xué)生讀數(shù)的方便性和準(zhǔn)確性。比如在電阻定律實(shí)驗(yàn)中，使用數(shù)字式萬(wàn)用表可以避免使用繁雜的伏安法，直接測(cè)出導(dǎo)體在橫截面積相同時(shí)不同長(zhǎng)度的電阻大小，然后再測(cè)出導(dǎo)體在長(zhǎng)度相同時(shí)不同橫截面積的電阻大小，輕松得出導(dǎo)體的電阻跟導(dǎo)體的長(zhǎng)度和橫截面積的關(guān)系，節(jié)約了大量的時(shí)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(duì)面積和距離之間的關(guān)系時(shí)，如果使用直徑為22厘米的J2309型平行板電容器，利用數(shù)字式萬(wàn)用表的電容測(cè)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(duì)面積和距離（3～20mm之間變化），可以很容易看出萬(wàn)用表上電容值的大小發(fā)生變化（測(cè)得結(jié)果在12pF到3pF之間變

化），這就給學(xué)生留下了深刻的印象，而這在指針式萬(wàn)用表上是絕不可能測(cè)量出來(lái)的，教材上也只是用驗(yàn)電器定性地演示，實(shí)際效果往往很差，只能由學(xué)生自己理解和體會(huì)了。

又如，在高中物理選修3-2中，對(duì)自感系數(shù)（即電感），學(xué)生只知道線圈匝數(shù)越多，電感越大，但由于沒(méi)有具體的測(cè)量結(jié)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(shù)字萬(wàn)用表的電感測(cè)量檔，就可以分別測(cè)量出它們的電感數(shù)值的大小，給學(xué)生留下一個(gè)客觀的概念，如使用J2425型可拆變壓器原線圈各個(gè)不同匝數(shù)下有鐵芯和無(wú)鐵芯時(shí)的電感，實(shí)測(cè)結(jié)果如下表所示，而指針式萬(wàn)用表只能測(cè)出它們的直流電阻，對(duì)測(cè)量電感則是無(wú)能為力。■

此外，數(shù)字萬(wàn)用表還可以用來(lái)測(cè)量溫度、頻率等物理量，可以做到一物多用。

當(dāng)然，數(shù)字式萬(wàn)用表的應(yīng)用相對(duì)現(xiàn)行教學(xué)大綱來(lái)說(shuō)還有一定的矛盾，所以應(yīng)該先讓學(xué)生掌握指針式萬(wàn)用表的應(yīng)用，然后讓學(xué)生學(xué)會(huì)數(shù)字式萬(wàn)用表的應(yīng)用，在教學(xué)過(guò)程和物理實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該大膽使用數(shù)字式萬(wàn)用表，讓學(xué)生學(xué)會(huì)使用手中的先進(jìn)測(cè)量工具進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)，在探究中發(fā)現(xiàn)和掌握物理規(guī)律。

參考文獻(xiàn)：

劉毅.萬(wàn)用表數(shù)字圖像識(shí)別技巧及應(yīng)用研究[D].南昌大學(xué)，2013.

編輯 薛直艷