数字式多用电表与物理实验，本文主要内容关键词为：电表论文,物理实验论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
数字式多用电表（以下简称数字表）是近年来发展起来高科技数码产品，它是传统的机械指针式仪表的更新换代产品。数字表有很多独特的优点表现在：
1.测量精度高。以型号DT9208A的数字表为例，其直流电压挡和直流电流挡的测量精度分别为±0.5%%和±0.8%，欧姆挡精度为±0.8%。目前中学物理实验经常用的指针式多用电表的直流电压、电流精度多为±2.5%，欧姆挡的精度则更低。
2.测量项目多。DT9208A型数字表除能测量直流电压、直流电流、交流电压外，还能直接测量交流电容、温度（与标准附件热电偶连接）、频率、逻辑电子(LOGIC)等，在普及型多用电表中可谓功能强大。
3.数字表内阻非常理想。电压挡所有量程内阻高达兆欧以上，而机械指针多用电表电压挡内阻一般为几千欧到几十千欧。前者比后者电阻高出2～3个数量级。
4.读数方便，拓宽实验领域。数字表读数方便，价格一般在50元～100元左右，中学物理实验室配置一只数字表，既可以当做标准表，还可以大大拓展中学物理实验及仪器制作的设计空间和实践领域。
笔者用DT9208A型数字表进行了许多物理实验，现将其中几个典型案例介绍如下，以期起到抛砖引玉的效果。
一、测交流电流，估算用电器功率
当前，“节约型社会”的公民以使用节能型电器为荣。对以往已经购置的家用电器和新近打算购买的家用电器，实际耗电情况是人们共同关心的问题。有些电器铭牌和说明书上给出的是额定功率或最大功率，实际功率要以具体使用情况而定。我们可以通过观察家用电能表来进行估算（必须单独使被测用电器处于工作状态，在一段较长时间内进行统计）。如果只对一只用电器测量其实际（瞬时）功率，可以测量其工作电流，再由P=UI做计算。
目前，多数指针式多用电表无测交流电电流的功能（钳形表不便测小电流）。DT9208A型数字表交流电流挡有20A和200mA两挡量程。实验表明，虽然读数最小只能读到0.01A，却还是使用20A量程较为实用。为测量方便，笔者用插头与通用插座组合成如图1所示的通用装置，使数字表能十分方便地串联在用电器的电源电路中（用电器直接插在多用插座内）。
附图
图1
案例1 测量节能灯实际消耗功率
某品牌节能灯标注20W，用上述装置接入数字表，测量正常工作电流0.03A，实测电源电压为214V，由此推算该节能灯耗电功率约为6.4W。笔者用另外的方法测得：在发光强度相同的情况下，它相当于24W的白炽灯（估计该产品标注的功率有这种含义）。联想到近期中央电视台公益广告中称“18W节能灯相当于100W白炽灯”都足以说明节能灯的省电效果。
案例2 测量某些家电的“待机状态”耗能
笔者使用的两台彩电，均为画中画功能的同品牌彩电，其中29英寸标称最大功耗为215W，34英寸的最大功耗为240W，待机功率均无标注。笔者测得前者待机状态时电流约0.06A，正常工作约0.40A，推算其待机功耗约13W，正常工作功耗约90W；测得后者待机状态时电流约0.08A，正常工作约0.50A，推算其待机功耗约18W，正常工作功耗约110W。值得注意的是，电视图像的整体亮暗对功耗影响起主要作用，这是因为电子枪发射的电子束强度大小直接影响整机功耗大小。
该案例足以表明：对于有遥控功能的电器设备，除非特殊情况，一般在关闭电源后，还应拔去电源插头，以减少待机功耗造成的无意损失。我们用此例向学生宣传节电常识时，还可告诉他们一项统计数据：仅电视机一项，按每天待机2小时计算，全国约3.5亿台，一年待机功耗竟达25.55亿kW·h！
目前许多新家电产品在降低待机功耗方面也卓有成效。笔者的一台合资品牌DVD播放机，用上述方法竟测得待机电流为零。实际上考虑到DT9208A数字表为
数字液晶屏，在显示“0.00”时，其千分位上可能的最大数字为0.004，由于四舍五入而被舍去了。照此估算，该DVD蟠放机待机功耗不足1W，这也与该机说明书相吻合。
以上实验可向学生演示，让他们从小就懂得节电常识，并向全社会当好义务宣传员。
二、测量频率，保障物理试验精确性
DT9208A数字表的频率挡有2kHz和20kHz两个量程，其精确度为±1.5%，可直接测量20kHz以内的低频电流（电压）频率。
实例1 监测市电频率波动情况
笔者发现，在全天24小时内，有些时段测得市电频率为50Hz，大多时段测量值为49Hz，这表明市电频率随全社会用电状况而波动，对电厂和电网来说，这可能在允许范围之内。但对直接与市电频率相关的某些物理试验来说可能会影响他们的精确性，例如电磁打点计时器和电火花计时器相邻两个计数点的时间间隔可能会从
，相对误差达2%。示波器衰减调节旋钮置于∞挡，显示的正弦波“实验信号”，因其来自于机内变压器次级，其频率也会相应发生波动。
实例2 保障利萨如图形的观察
用示波器观察利萨如图形，需要在示波器Y输入接线柱和X输入接线柱同时输入频率有稳定整数比关系的正弦电信号。笔者发现学校实验室配备的学生信号源输出的低频信号，其测量频率与标定（固定）频率误差较大且难以稳定，很难作为观察利萨如图形的信号源。在测量J2462-1型低频信号发生器（杭州九二无线电厂生产）时，发现其输出信号频率连续可调，借助数字将其调为某一频率后，信号频率能较长时间稳定不变。用这种方法，我们可以方便地获得观察各种利萨如图形的信号。
三、测电容，微调石英钟快慢
有些石英钟可用机芯电路中的半可变电容来微调晶体振荡器的振荡频率，电容调大则变慢，调小则变快。用DT9208A电容挡“2n”量程，将表笔并接在该半可变电容两极，小心旋转动片，密切监视表盘电容变化情况，经过若干次校正，可将该种石英钟调得尽可能准确。这个实验也间接证实了晶体振荡器的频率与电容有关，其工作原理与LC振荡电路相同（详见2004年审查通过的教育部高中《物理》教科书第二册（必修加选修）本240页课文）。
四、测温度，演示温度变化对物理性质的影响
早在电阻定律发现之时，人们就认识到各种材料的电阻率都随温度的变化而变化，并制成了常用范围在-200℃～620℃，可能范围为-258℃～900℃的电阻温度计，广泛用于工业生产和科研事业。后来研制并应用的热电偶温度计则将其测温上限上延到15000℃～18000℃。DT9208A数字表配合其附件——标准K型热电偶，测温范围为-40℃～1000℃，大大超过实验室的水银温度计，且准确度高达±0.75%。
使用该型数字表，我们可演示金属电阻率随温度变化，热敏电阻的阻值随温度变化，PTC元件电阻随温度变化等规律，让学生参与实验，并绘制相关曲线，让书本知识与生产、生活更密切的联系起来。
四、建议与思考
时代的发展，已推动了高中物理教材的更新。数字化技术的广泛应用，使现代社会生产、生活、科研、教育都发生了质的变化。在新教材中也有了相应的体现。在这建国以来的第八次教育改革高潮中，我们的中学物理实验室究竟还要把传统的机械指针式电表使用到何年何月？相信有关部门也会与时俱进，尽快改变这一尴尬局面。
本文写作中承蒙吴克老师的指导与帮助，再此深表感谢！