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2019-2020年人教版高中物理選修3-1 第二章 第8節(jié) 多用電表的原理 教案1 三維目標(biāo) 知識(shí)與技能 理解并掌握歐姆表和多用電表的制作原理。 過(guò)程與方法 掌握歐姆表的刻度確定過(guò)程和多用電表的組合過(guò)程。 情感、態(tài)度與價(jià)值觀 培養(yǎng)學(xué)生探索、發(fā)現(xiàn)，勇于創(chuàng)新的精神。 教學(xué)重點(diǎn) 歐姆表和多用電表的制作原理。 教學(xué)難點(diǎn) 理解歐姆表和多用電表的制作原理。 教學(xué)方法 講授法、討論法、實(shí)驗(yàn)法。 教學(xué)用具 投影儀、多用電表（指針式、數(shù)字式）。 教學(xué)過(guò)程 ［新課導(dǎo)入］ 我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)把電流表改裝成電壓表和量程較大的電流表的原理，能否將電流表改裝成測(cè)量電阻，并能直接讀出數(shù)值的歐姆表呢？本節(jié)課我們就來(lái)探究這方面的問(wèn)題。 ［新課教學(xué)］ 一、歐姆表 【例題】在如圖所示的電路中，電源有電動(dòng)勢(shì)E＝1.5V，內(nèi)阻r＝0.5Ω，電流表滿偏電流Ig＝10 mA，電流表電阻Rg＝7.5Ω，A、B為接線柱。 （1）用導(dǎo)線把A、B直接連起來(lái)，此時(shí)應(yīng)把可變電阻R1調(diào)節(jié)為多少才能使電流表恰好達(dá)到滿偏電流？ （2）調(diào)到滿偏后保持R1的值不變，在A、B間接一個(gè)150Ω的電阻R2，電流表指針指著多少刻度的位置? （3）如果把任意電阻R接在A、B間，電流表讀數(shù)I與R的值有什么關(guān)系? 解析：（1）電流表電阻Rg的值不能忽略，此時(shí)可以把電流表視為一個(gè)電阻。由閉合電路的歐姆定律，有 從中解出可變電阻R1的值：＝142Ω 這表示，當(dāng)兩個(gè)接線柱直接連到一起，且表頭指針恰好滿偏時(shí)，可變電阻R1的值為142Ω。 （2）保持可變電阻R1的值不變，把R2＝150Ω接在A、B之間，設(shè)這時(shí)電流表讀數(shù)為I2，由閉合電路歐姆定律 ＝0.050A＝5mA 這表示，接入R2后，電表指在“5mA”刻度的位置。 （3）把任意電阻R接到A、B之間，設(shè)電流表讀數(shù)為I，則 代入數(shù)值后，得： 解出： 以上計(jì)算使我們不禁想到：如果把例題中電流表的“10mA”刻度線標(biāo)為“0Ω”，“5mA”刻度線標(biāo)為“150Ω”，其它電流刻度按的規(guī)律換成電阻的標(biāo)度，它豈不成了可以直接測(cè)量電阻的儀器？從A、B接線柱引出兩枝表筆，把表筆接在被測(cè)導(dǎo)體的兩端，從刻度盤(pán)上直接讀出導(dǎo)體電阻的數(shù)值，這不是很方便嗎？ 1．構(gòu)造及測(cè)量原理 （1）構(gòu)造 右圖的虛線框中的電路，其實(shí)就是一個(gè)最簡(jiǎn)單的歐姆表的電路原理圖。實(shí)際的歐姆表就是在這個(gè)原理的基礎(chǔ)上制作的。 注意歐姆表的黑色的表筆連接內(nèi)部電池的正極。 （2）測(cè)量原理：閉合電路的歐姆定律 電阻調(diào)零： 電阻測(cè)量： R改變，I隨著改變，I與R一一對(duì)應(yīng)，如果在刻度盤(pán)上直接標(biāo)出與電流對(duì)應(yīng)的電阻值，就能直接讀出接在紅黑表筆間的電阻。 2．刻度的確定及特點(diǎn) （1）刻度兩端點(diǎn)阻值的確定 歐姆表的零刻度在刻度盤(pán)的最右邊，刻度盤(pán)的最左邊對(duì)應(yīng)電阻無(wú)窮大。 （2）刻度盤(pán)中部阻值的確定 當(dāng)指針指在刻度盤(pán)的中間位置時(shí)，對(duì)應(yīng)的電阻稱為歐姆表的中值電阻。 R中＝Rg＋r＋R1＝， （3）刻度特點(diǎn) 由可知，I與R間符合雙曲線函數(shù)關(guān)系，所以歐姆表的刻度是不均勻的，零刻度到中值電阻之間的刻度較稀疏，越靠近無(wú)窮大處越密集。 因歐姆表的刻度是不均勻的，欲使歐姆表讀數(shù)較準(zhǔn)確，應(yīng)盡量使指針偏轉(zhuǎn)到中值刻度附近。 3．誤差分析 歐姆表測(cè)電阻簡(jiǎn)單、方便，但電池用久了，電動(dòng)勢(shì)下降，內(nèi)阻增大。因電動(dòng)勢(shì)下降會(huì)導(dǎo)致中值電阻減小。 電動(dòng)勢(shì)下降后，若仍能調(diào)零，當(dāng)測(cè)量電阻時(shí)，指針指示的電阻值會(huì)偏大。 二、多用電表 測(cè)量電路某兩點(diǎn)的電壓用電壓表，測(cè)量電路通過(guò)的電流用電流表，粗測(cè)導(dǎo)體的電阻用歐姆表。電壓表、電流表、歐姆表都要用到表頭，能不能讓它們共用一個(gè)表頭從而組合在一起呢？ 1．認(rèn)識(shí)單量程多用途電表 【思考與討論】 如圖所示，左圖中甲、乙、丙分別是電流表、歐姆表和電壓表的示意圖。右圖中虛線框中是一個(gè)單刀多擲開(kāi)關(guān)，通過(guò)操作開(kāi)關(guān)，接線柱B可以接通1，也可以接通2或3?，F(xiàn)在要使B接通1時(shí)，能像甲那樣成為電流表，接通2時(shí)像乙那樣成為歐姆表，接通3時(shí)像丙那樣成為電壓表，這就成了一個(gè)簡(jiǎn)單的多用電表。請(qǐng)對(duì)照兩幅圖，討論一下，這個(gè)多用電表的電路圖是怎樣的？把它在圖中畫(huà)出來(lái)。 讓學(xué)生在圖中畫(huà)出最簡(jiǎn)單的多用電表的電路，并說(shuō)明轉(zhuǎn)換測(cè)量功能。 2．認(rèn)識(shí)多量程多用途電表 【說(shuō)一說(shuō)】 如圖所示，是一個(gè)多量程多用電表的簡(jiǎn)化電路圖，測(cè)量電流和測(cè)量電壓時(shí)各有兩個(gè)量程；還有兩個(gè)擋位用來(lái)測(cè)電阻。請(qǐng)談一談：開(kāi)關(guān)S調(diào)到哪兩個(gè)位置上多用電表測(cè)量的是電流？調(diào)到哪兩個(gè)位置上測(cè)量的是電壓？調(diào)到哪兩個(gè)位置上測(cè)量的是電阻？在測(cè)量電流或電壓時(shí)，兩個(gè)位置中哪一個(gè)的量程比較大？ 在識(shí)別電阻擋和電壓擋電路時(shí)，可以把虛線框內(nèi)的電路當(dāng)成一個(gè)電流表?！? 引導(dǎo)學(xué)生說(shuō)出那些位置是電流擋，那些位置是電壓擋，那些位置是歐姆擋，并說(shuō)明哪些位置的量程比較大。 向?qū)W生介紹指針式多用電表和數(shù)字式多用電表的外形和各部分結(jié)構(gòu)。 　　 三、伏安法測(cè)電阻 1．伏安法 根據(jù)部分電路的歐姆定律I＝可知，電阻R＝，因此，只要用電壓表測(cè)出電阻兩端的電壓U，用電流表測(cè)出通過(guò)電阻的電流I，就可以求出未知電阻的阻值R。 利用電壓表和電流表測(cè)電阻的方法，叫做伏安法。 2．伏安法測(cè)電阻的原理 部分電路歐姆定律：R＝ 3．伏安法測(cè)電阻的兩種接法 問(wèn)題：現(xiàn)有下列儀器：電源、電壓表、電流表、電鍵和特測(cè)電阻各一只，請(qǐng)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)測(cè)量電阻的電路圖. (在教師的指導(dǎo)下討論，最后總結(jié)出可有兩種測(cè)量電路) A V R ①外接法 由于電流表接在電壓表跨接的兩點(diǎn)以外的電路中，故稱為外接法。 外接法電路如右圖所示。 A V R ②內(nèi)接法 由于電流表接在電壓表跨接的兩點(diǎn)以內(nèi)的電路中，故稱為內(nèi)接法。 內(nèi)接法電路如右圖所示。 4．伏安法測(cè)電阻的誤差分析 問(wèn)題：在外接法和內(nèi)接法測(cè)量電路中，如果是理想情況，即電流表內(nèi)阻為零，電壓表的電阻趨近于無(wú)窮大，兩種電路的測(cè)量結(jié)果怎樣？ 相同。 我們?cè)诔踔杏懻摰木褪沁@種理想情況。但是實(shí)際中，由于電壓表和電流表本身具有內(nèi)阻，把它們連入電路中以后，不可避免地要改變被測(cè)電路中的電壓和電流，給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)誤差。 下面對(duì)兩種接法的誤差作一分析。 ①外接法的誤差 請(qǐng)同學(xué)們思考： 問(wèn)題：用外接法電路測(cè)量時(shí)，電壓表測(cè)量的是哪里的電壓？ 是待測(cè)電阻兩端的電壓。 問(wèn)題：電流表測(cè)量的是通過(guò)待測(cè)電阻的電流嗎？為什么？ 不是。因?yàn)殡妷罕碛蟹至?，所以電流表測(cè)出的是通過(guò)待測(cè)電阻和電壓表的電流之和。 問(wèn)題：電流表的讀數(shù)比實(shí)際流過(guò)特測(cè)電阻的電流大還是?。? 大。 a．誤差產(chǎn)生的原因 由于電壓表的分流作用。 b．測(cè)量值與真實(shí)值之間的關(guān)系 R測(cè)＝ R真＝＝ 在內(nèi)接法中，測(cè)量的是待測(cè)電阻與電流表串聯(lián)后的電阻，由上面的公式可知 R測(cè)＜R真 問(wèn)題：若已知電壓表的內(nèi)阻RV，待測(cè)電阻的測(cè)量值R測(cè)，怎樣求得待測(cè)電阻的真實(shí)值R真呢？ 分析：外接法測(cè)得的電阻R測(cè)是待測(cè)電阻與電壓表電阻的并聯(lián)值，即 R測(cè)＝ 解得：R真＝ c．外接法的絕對(duì)誤差 ΔR＝R－＝ d．外接法的相對(duì)誤差 δ＝＝ ②內(nèi)接法的誤差 請(qǐng)同學(xué)們思考： 問(wèn)題：用內(nèi)接法電路測(cè)量時(shí)，電流表測(cè)量的是哪里的電流？ 電流表測(cè)量的是通過(guò)待測(cè)電阻的電流。 問(wèn)題：電壓表測(cè)量的是待測(cè)電阻兩端的電壓?jiǎn)?？為什么? 不是。因?yàn)殡娏鞅硪秩ヒ徊糠蛛妷?，所以電壓表測(cè)出的是加在待測(cè)電阻與電流表兩端的電壓之和。 問(wèn)題：電壓表的讀數(shù)比待測(cè)電阻兩端的實(shí)際電壓大還是??？ 大。 a．誤差產(chǎn)生的原因 由于電流表的分壓作用。 b．測(cè)量值與真實(shí)值之間的關(guān)系 R測(cè)＝ R真＝＝ －RA 在內(nèi)接法中，測(cè)量的是待測(cè)電阻與電壓表并聯(lián)后的電阻，由上面的公式可知 R測(cè)＞R真 問(wèn)題：若已知電流表的內(nèi)阻RA，待測(cè)電阻的測(cè)量值R測(cè)，怎樣求得待測(cè)電阻的真實(shí)值？ 分析：內(nèi)接法測(cè)得的電阻R測(cè)是待測(cè)電阻與電流表電阻的串聯(lián)值，即 R測(cè)＝RA＋R真 解得：R真＝R測(cè)－RA c．內(nèi)接法的絕對(duì)誤差 ΔR＝(R＋RA)－R＝RA d．外接法的相對(duì)誤差 δ＝＝ ［小結(jié)］ 本節(jié)課學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容如下： 1．根據(jù)閉合電路歐姆定律，將電流表改裝成能測(cè)量電阻的歐姆表。知道了改裝的原理、刻度確定的方法，歐姆表的使用和讀數(shù)。 2．認(rèn)識(shí)了多用電表。 3．通過(guò)實(shí)驗(yàn)，練習(xí)使用了多用電表測(cè)量電流、電壓、電阻和二極管的正反向電阻的測(cè)量。 4．伏安法測(cè)電阻的原理是部分電路的歐姆定律。利用伏安法測(cè)電阻時(shí)，為了減小測(cè)量誤差，電路的連接方法通常有兩種：電流表外接法和電流表內(nèi)接法。當(dāng)RV>>Rx時(shí)，電壓表分流作用小，采用電流表外接法.當(dāng)Rx>>RA時(shí)，電流表分壓作用小，采用電流表內(nèi)接法。 ［布置作業(yè)］ 教材第66頁(yè)“問(wèn)題與練習(xí)”。