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2019-2020年新課標(biāo)粵教版3-1 選修三2.4《認(rèn)識多用電表》 WORD教案4 教學(xué)目標(biāo) 知識目標(biāo) 了解歐姆表的基本構(gòu)造，簡單原理和測量電阻的方法。 能力目標(biāo) 會根據(jù)給出的具體數(shù)據(jù)考慮選用什么規(guī)格的儀器。 情感目標(biāo) 引導(dǎo)學(xué)生理解觀察內(nèi)容的真實性，鼓勵學(xué)生尋查意外現(xiàn)象及異?，F(xiàn)象所發(fā)生的原因。 培養(yǎng)學(xué)生細(xì)心操作、認(rèn)真觀察的習(xí)慣和分析實際問題的能力。 教學(xué)設(shè)計 認(rèn)識多用電表 一、教學(xué)目標(biāo) （1）了解用伏安法測電阻，無論用“內(nèi)接法”還是“外接法”，測出的阻值都有誤差，懂得誤差的產(chǎn)生是由于電壓表的分流或電流表的分壓作用造成的。 （2）會根據(jù)給出的具體數(shù)據(jù)考慮選用什么規(guī)格的儀器。 （3）知道歐姆表測電阻的原理。 二、重點(diǎn)、難點(diǎn) 1.重點(diǎn)是使學(xué)生掌握引起測量誤差的原因及減小誤差的方法。 2.難點(diǎn)是誤差的相對性。 三、有關(guān)教學(xué)難點(diǎn)的突破 多用電表作直流伏特表和直流安培表用時，其紅黑表筆應(yīng)分別接待測電路的正負(fù)極。那么，當(dāng)它作歐姆表用時，為什么要將紅表筆連其內(nèi)部電池E的負(fù)極（或黑表筆連E的正極）呢？這是教學(xué)中的疑難問題。 請看圖1所示的示教板，當(dāng)多用電表作直流伏特表或直流安培表用時，表內(nèi)的電池E均被擱置不用。此時紅表筆直接（或間接）連入表頭（電流表G）的正端，而黑表筆則連入表頭的負(fù)端。這樣，在測試中，將紅黑表筆分別接入待測電路的正負(fù)極時，電流將從紅表筆流入，依次流經(jīng)表頭的正負(fù)端，均可使表針正常偏轉(zhuǎn)，即向右偏轉(zhuǎn) 當(dāng)多用電表作歐姆表用于測電阻時，因有內(nèi)部電池E而形成閉合電路。由于紅表筆另一端與其內(nèi)部電池E的負(fù)極相連，這樣電流仍然從紅表筆流入，依次流經(jīng)表G的正負(fù)端并使表針正常偏轉(zhuǎn)。 　　可見，多用電表不管是作直流電壓表、直流電流表用，還是作歐姆表用，在其測試過程中有一個共同點(diǎn)，就是電流方向總是從紅表筆流入的。這就決定了它作歐姆表用時，紅表筆的另一端必須連在內(nèi)部電池的負(fù)極。這一點(diǎn)需在理解的基礎(chǔ)上牢牢記住。 　　可能要問：因待測電阻并無正負(fù)極性，那么，當(dāng)多用電表作歐姆表用時為什么要記住紅黑表筆的極性呢？誠然，對于無極性的一般電阻的測試來說，紅黑表筆的極性是無實際意義的。但是，我們還可能遇到一些有極性電阻的測試，有如晶體二極管和晶體三極管的PN結(jié)的電阻是有極性的，其正向電阻甚小而反向電阻卻很大。為粗測晶體管的好壞就必須注意歐姆表兩表筆的正負(fù)極性。 　　也可能問：多用電表作歐姆表用時，若其內(nèi)部電池的極性位置不動，而將紅黑表筆互換一下位置，不就輕易地變成了紅表筆接電池的正極了嗎？要注意，多用電表除表頭公用之外，兩根表筆也是公用的。若測電阻時兩表筆互換了位置，那么改測直流電壓或電流時又要將兩表筆互換回來。如此將兩表筆換來換去，不僅使用不便，還可能因疏忽一時忘記交換表筆而造成誤測以至損壞電表。 　　還可能問：多用電表作歐姆表用時，若紅黑表筆位置不動，而將內(nèi)部電池的正負(fù)極位置交換一下，或者干脆將電池取出與待測電阻Rx直接串聯(lián)，如圖2所示。不是也可滿足紅表筆接電池正極的要求嗎？如果將其內(nèi)部電池正負(fù)極交換位置，在測電阻時，閉合電路的電流將從紅表筆流出，恰與表G的正負(fù)端反向，表針將向左偏，在表盤上將無法指示讀數(shù)；如果像圖2那樣將電池取出進(jìn)行測試，雖然具有測試的等效性，且滿足了紅表筆接電池正極的要求，但多了一個外加電池這個包袱，給測試增加不少麻煩，豈不“削足適履”！ 可知，現(xiàn)有多用電表內(nèi)部電池的正負(fù)極性與紅黑表筆的連接是合理的，屬最佳選擇。 主要教學(xué)過程 多用電表的原理和使用 （一）原理 　　多用電表（通常叫萬用表）能夠測量直流電流、直流電壓、電阻、交流電壓等，并且每種測量都有幾個量程．多用電表具有用途多、量程廣、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，因而有廣泛的應(yīng)用． 　　多用電表由一只靈敏的直流電流表（表頭）與若干元件組成測量電路，每進(jìn)行一種測量時，只使用其中一部分電路，其他部分不起作用．下面通過一個具體實例說明它的原理． 　　問題 　　現(xiàn)有一表頭，滿偏電流Ig=500微安，內(nèi)阻Rg=200歐．用它作多用電表的表頭，要求多用電表具有下列各項量程： 　?。?）0～1毫安的直流電流擋． 　?。?）0～10毫安的直流電流擋． 　?。?）0～50伏的直流電壓擋． （4）0～500伏的直流電壓擋． （5）內(nèi)阻為1．5千歐的電阻擋． 　　應(yīng)該怎樣設(shè)計這個簡易多用電表的整個電路呢？ 　　直流電流擋 　　直流電流擋的電路如圖2-48所示．當(dāng)公共端與1mA端接入被測電路中時，量程為I1=1毫安．當(dāng)公共端與10mA端接入被測電路中時，量程為I2=10毫安． 　　當(dāng)公共端與1mA端接入被測電路時，電阻R1和R2串聯(lián)．再與表頭內(nèi)阻Rg并聯(lián)．由并聯(lián)電路中的電流分配關(guān)系可以求出 　　當(dāng)公共端與10mA端接入被測電路時，電阻R1與表頭支路的電阻Rg+R2并聯(lián)．由并聯(lián)電路的特點(diǎn)可知 Ig（Rg+R2）=（I2-Ig）R1． 　　代入Ig=50010-6安，I2=1010-3安，Rg=200歐，可得 R2+200歐=19R1． (2) 　　由（1）（2）兩式可解得 R1=20歐 R2=180歐． 　　直流電壓擋 　　直流電壓擋的電路如圖2-49所示．當(dāng)公共端與50V端接入被測電路時，量程為U1=50伏．當(dāng)公共端與500V端接入被測電路時，量程為U2=500伏．虛線框內(nèi)相當(dāng)于表頭．表頭的內(nèi)阻R′g為Rg=200歐與R1+R2=200歐并聯(lián)的總電阻，R′g=100歐．表頭的滿偏電壓Ug=IgRg=50010-6200伏=0.1伏． 　　當(dāng)公共端與50V端接入被測電路時，由串聯(lián)電路的電壓分配關(guān)系可得 　　當(dāng)公共端與500V端接入被測電路時，由串聯(lián)電路的電壓分配關(guān)系可得 一、把靈敏電流表改裝成多用電表 （一）測量直流電流的原理 一般表頭都用微安表（10-6A），如果要測量各種不同數(shù)量級的電流強(qiáng)度就必須選取不同數(shù)值的分流電阻與做多用表的表頭分別并聯(lián)，從而擴(kuò)大了表頭的量程。在圖1中，Rg為多用表的表頭內(nèi)阻，Ig為多用表頭的電流量程，又稱表頭靈敏度（即微安表的滿刻度電流），I0為所設(shè)計的電流量程。將轉(zhuǎn)換開關(guān)K轉(zhuǎn)到毫安擋位置時，電阻R1+R2與表頭并聯(lián)，根據(jù)歐姆定律可知： 　 （1） 當(dāng)Ig、Rg已知時，便可根據(jù)所設(shè)計的量程I0由公式（1）計算出分流電阻（R1＋R2）的數(shù)值。表頭與（R1＋R2）并聯(lián)構(gòu)成了一個毫安表，由于此毫安表又是下面各擋改裝的基礎(chǔ)，我們在圖14—1中特別用虛線框出來。需要說明的是在直流電流擋的電路中的電位R1當(dāng)做一固定電阻，但在電阻擋中它有重要的用途。 （二）測量直流電壓的原理 在圖1中，將轉(zhuǎn)換開關(guān)K轉(zhuǎn)到直流電壓擋位置時，用虛線框出的新的表頭即毫安表與電阻R3串聯(lián)組成了一個直流電壓表，R3為降壓電阻，U0為設(shè)計的直流電壓量程，R為毫安表內(nèi)阻，即電阻R1＋R2與Rg并聯(lián)后的總電阻，根據(jù)歐姆定律可知： ∵U0=I0（R3+R） 　　當(dāng)Rg、U0、I0為已知時，由公式（2）便可算出降壓電阻R3。 　　 [實驗步驟] 　?。ㄒ唬⒃O(shè)計計算 　　根據(jù)所用微安表的內(nèi)阻Rg和量程Ig以及本實驗中所要改裝的多用表各擋的量程： 利用公式（1）、（2）、（4）、（6）分別算出（R1+R2）、R3、R4、R5各電阻的阻值。 　?。ǘ┙M裝與校驗 　　按照步驟（一）中計算出的R1+R2、R3、R4、R5的理論設(shè)計值，分別組裝多用表各擋，并進(jìn)行校驗，即組裝一擋，校驗一擋。 　　1．直流電流表的組裝與校驗： 將已組裝好的1mA直流電流表接入校驗電路如圖6，調(diào)節(jié)滑線變阻器R使標(biāo)準(zhǔn)電流表指示1mA滿度，再調(diào)節(jié)R2使組裝直流電流表指示1mA滿度，反復(fù)調(diào)節(jié)R及R2直至標(biāo)準(zhǔn)表與組裝表同時指示出1mA滿度，此時達(dá)到校驗的基本要求，記錄下R2的實驗值，然后調(diào)節(jié)R，分別使組裝的直流電流表的指示為“400、300、200、100”各標(biāo) 度時，依次記錄標(biāo)準(zhǔn)直流電流表的指示值。校驗完畢，將校驗電路拆掉，注意R2已不可拆掉（想一想，為什么？） 2．直流電壓擋的組裝與校驗： 　　將1mA電流表組成2.5V直流電壓表，接入校驗電路如圖7，調(diào)節(jié)R，使標(biāo)準(zhǔn)直流電壓表指示到2.5V滿度，再調(diào)節(jié)R3，使組裝的直流電壓表指示2.5V滿度，反復(fù)調(diào)節(jié)R及R3，使標(biāo)準(zhǔn)表與組裝表同時指示2.5V滿刻度，達(dá)到校驗的基本要求后，記錄下R3的實驗值，此時調(diào)節(jié)R，使組裝直流電壓表分別指示“500、400、300、200、100”各標(biāo)度，依次記錄標(biāo)準(zhǔn)直流電壓表的指示值。校驗完畢，將校驗電路及R3拆掉。 　　[數(shù)據(jù)處理] 　?。ㄒ唬┰O(shè)計計算 　　電流計（微安表頭）的滿刻度電流Ig=______微安表頭內(nèi)阻Rg=______ 　　1．毫安擋的設(shè)計量程I0=1.00010-3A 　　分流電阻計算值R1＋R2=______ R1的標(biāo)稱值=______ R2的計算值=______ R2的實驗值=______ 　　2．直流電壓擋的設(shè)計量程U0=2.50V 　　附加電阻R3的計算值=______ R3的實驗值=______ 　（二）校驗組裝的萬用表 　　1．mA擋的校驗 2．V擋的校驗 1．為確保電表不致?lián)p壞，必須在教師認(rèn)定所接電路無誤時，才能接通電源。 2．校準(zhǔn)各擋時，一定要注意組裝表和標(biāo)準(zhǔn)表都要選好各自的擋位和量程，否則有燒壞電表的危險。 [多用表的結(jié)構(gòu)與使用方法] 　?。ㄒ唬┒嘤帽淼慕Y(jié)構(gòu) 　　1．表頭：一般采用靈敏度較高、準(zhǔn)確度較好的磁電式的微安表。 　　2．線路：多用表就是把電流表、電壓表、歐姆表的各線路綜合在一起，用開關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，一般電流表是整個電表的公用部分，如開關(guān)轉(zhuǎn)換接上降壓電阻便可測電壓；開關(guān)轉(zhuǎn)換接上調(diào)零電位器、電池、限流電阻便可測電阻等，多用表種類很多，線路也各不相同，但基本組成是一致的。 　　3．開關(guān)：可以稱為選擇量程開關(guān)或轉(zhuǎn)換開關(guān)，用此開關(guān)進(jìn)行線路轉(zhuǎn)換，便可選擇不同的測量項目及量程，以滿足測量要求。 　　4．度盤：多用表因為是多種用途儀表，表盤上印有各種符號、字母、標(biāo)度尺和數(shù)值，均同于一般電表。 　　表盤面刻度的數(shù)字一般有好幾行，測量中應(yīng)看哪一行要和選擇開關(guān)結(jié)合起來，如選擇開關(guān)放在“500mA”擋，應(yīng)看數(shù)字是0～500mA的那一行刻度（或擴(kuò)大整倍數(shù)的那一行刻度），一般表盤為了方便，電壓、電流用一行刻度。 　?。ǘ┒嘤帽淼氖褂梅椒? 　　1．調(diào)整微安表機(jī)械零點(diǎn)：用小螺絲刀輕輕轉(zhuǎn)動表盤下的機(jī)械調(diào)零螺釘，使指針處于零位。 　　2．選好正確擋位及量程：測量前一定要明確測量的物理量，然后轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換開關(guān)S1及S2，確定擋位并選擇一個合適的量程。例如：當(dāng)測量1mA直流時，將S1旋至A擋位置上，將S2旋至“1mA”量程位置上，如圖5所示。 注意：使用多用表前如果不仔細(xì)選好擋位及量程，甚至誤用“μA”、“mA”或用“Ω”擋去測量電壓，就有燒毀多用表的危險。 　　3．正確接入測量電路：正確選好擋位及量程后，將紅色a、黑色b兩表筆連入電路。 　　（1）測量電壓時要與電路并聯(lián)。 　?。?）測量電流時要與電路串聯(lián)，只能測出通過某一負(fù)載下的電流強(qiáng)度。 　　 注意：若測量直流電時，還需注意紅色表筆a要接高電位。 　?。?）使用歐姆擋測量二極管正、反向電阻時應(yīng)注意黑表筆b為高電位，而紅表筆a為低電位。測量電阻時，應(yīng)將電阻與電路斷開后進(jìn)行，測量前先將多用表轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)至“Ω”擋，選好合適量程后，將兩表筆短路，校正歐姆擋的零點(diǎn)。量程的選擇應(yīng)使測量值盡量靠近表盤中心位置，以減小誤差，若需要換擋時，必須重新校正歐姆擋零點(diǎn)。 （二）練習(xí)使用 　　多用電表的型號很多，但使用的方法基本相同，下面以J0411型多用電表為例來說明它的使用方法和注意事項． 　?。?）J0411型多用電表的外形如圖2-52所示．上半部是表頭，表盤上有電阻、電流、電壓等各種量程的刻度．有的刻度是均勻的，因此合用一個刻度．下半部是選擇開關(guān)，它的四周刻著各種測量項目和量程．電流和電壓分為直流（用符號“一”表示）和交流（用符號“～”表示），要區(qū)別開，不要弄錯．另外還有電阻擋的調(diào)零旋鈕和測試筆插孔． 　　測量前，應(yīng)先檢查表針是否停在左端的“0”位置，如果沒有停在零位置，要用小螺絲刀輕輕地轉(zhuǎn)動表盤下邊中間的調(diào)整定位螺絲，使指針指零．然后將紅表筆和黑表筆分別插入正（+）、負(fù)（-）測試筆插孔． （2）測量時，應(yīng)把選擇開關(guān)旋到相應(yīng)的測量項目和量程上，讀數(shù)時，要用跟選擇開關(guān)的擋位相應(yīng)的刻度． 測量電流時，跟電流表一樣，應(yīng)把多用電表串聯(lián)在被測電路里；對于直流電，必須使電流從紅表筆流進(jìn)多用電表，從黑表筆流出來． 　　測量電壓時，跟電壓表一樣，應(yīng)把多用電表和被測部分并聯(lián)；對于直流電，必須用紅表筆接電勢較高的點(diǎn)，用黑表筆接電勢較低的點(diǎn)． 　　測量電阻時，在選擇好選擇開關(guān)的擋位后，要先把兩根表筆相接觸，調(diào)整歐姆擋的調(diào)零旋鈕，使指針指在電阻刻度的零位置上（注意，電阻刻度的零位置在表盤的右端）．然后再把兩表筆分別與待測電阻的兩端相接，進(jìn)行測量．先測量一兩個標(biāo)了電阻值的電阻元件，練習(xí)選擇歐姆擋的量程和讀數(shù)．然后再測量一個額定電壓220伏、功率60瓦的電燈泡的電阻和人體或一些常用物體的電阻． 　　應(yīng)當(dāng)注意：換用歐姆擋的另一量程時，需要重新調(diào)整歐姆擋的調(diào)零旋鈕，才能進(jìn)行測量；測量時待測電阻要跟別的元件和電源斷開（為什么？）；測量時手不要碰到表筆的金屬觸針，以保證安全和測量的準(zhǔn)確． 　　（3）使用后，要把表筆從測試筆插孔拔出，并且不要把選擇開關(guān)置于歐姆擋，以防電池漏電；長期不使用時，應(yīng)把電池取出． 多用電表示教板的設(shè)計與使用 　　多用電表在電學(xué)測試中普遍被采用，常用于測電阻、電壓和電流等。它的內(nèi)部構(gòu)造是比較復(fù)雜的。下面介紹一種易于制作與推廣的簡化型萬用電表示教板。經(jīng)教學(xué)實踐表明，它不僅能使學(xué)生對萬用電表的基本構(gòu)造有一個大致 的了解，而且對突破教學(xué)中的難點(diǎn)效果頗佳?，F(xiàn)簡介如下： 一、用電表示教板的設(shè)計 　　其電路圖如圖1所示，G為電流表（量程Ig=1mA，內(nèi)阻Rg=100Ω）；E為干電池（電動勢ε=1.5V）；R0為變阻器（最大阻值為1.5kΩ）；R1和R2為定值電阻（R1=2.9kΩ，R2=1Ω）；K1為單刀雙擲開關(guān)；K2與K3為單刀單擲開關(guān)；左右兩接線柱分別與紅黑表筆相連。 　　將電路圖中的各元件換成相應(yīng)的實物固定在豎立的平板上，即成示教板。為提高可見度，G采用大型演示電流表，且在示教板背后另立支架將其墊高使之位于示教板頂部。 二、多用電表示教板的使用 　　如圖1所示的這種簡易示教板有三種測試作用： 　?。?）作歐姆表測電阻：將開關(guān)K2、K3斷開，且將開關(guān)K1擲向觸點(diǎn)1。此時電阻R1與R2擱置不用，而電流表G與變阻器R0和電池E相串聯(lián)。且將表頭插入相應(yīng)阻值的刻度盤，即成單量檔的歐姆表。用于測電阻，先將紅黑表筆短 接，調(diào)節(jié)R0（調(diào)零電阻）使電表指針偏轉(zhuǎn)為滿刻度（對應(yīng)的電阻為零）。然后將待測電阻Rx接入紅黑表筆之間，將從表頭刻度盤上直接讀出其阻值。請注意，此歐姆表的紅表筆連內(nèi)部電源負(fù)極。 　?。?）作直流伏特表測電壓：K2、K3仍然斷開，且將K1擲向觸點(diǎn)2。此時電池E、R0和R2被擱置不用，而表G與R1相串聯(lián)。且將表頭刻度盤換成相應(yīng)量程的電壓表盤，即成單量程的伏特表。依上述給定的元件參數(shù)，可推算出其量程為3伏。用于測直流電壓，可將此伏特表與3伏以內(nèi)的待測電路并聯(lián)，并聯(lián)時要注意將紅表筆接電路的正極（或電勢較高處），而黑表筆接電路的負(fù)極（或電勢較低處），將從表盤上讀出待測電路兩端的電壓值。 　?。?）作直流安培表測電流：將K1斷開，且將K2與K3閉合。此時E、R0和R1擱置不用，而表G與R2相并聯(lián)。且將表頭刻度盤換成相應(yīng)量程的電流表盤，即成單量程的安培表。依上述給定的元件參數(shù)，可推算出其量程為0.1安培。用于測直流電流，可將此安培表與0.1安以內(nèi)的待測電路串聯(lián)，串聯(lián)時要注意將紅表筆接電路的正極，而黑表筆接電路的負(fù)極，將從表盤上讀出待測電路的電流值。