2019-2020年新課標(biāo)粵教版3-1 選修三2.4《認(rèn)識(shí)多用電表》 WORD教案4.doc

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2019-2020年新課標(biāo)粵教版3-1 選修三2.4《認(rèn)識(shí)多用電表》 WORD教案4 教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)目標(biāo) 了解歐姆表的基本構(gòu)造，簡(jiǎn)單原理和測(cè)量電阻的方法。 能力目標(biāo) 會(huì)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(shí)性，鼓勵(lì)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(shí)際問(wèn)題的能力。 教學(xué)設(shè)計(jì) 認(rèn)識(shí)多用電表 一、教學(xué)目標(biāo) （1）了解用伏安法測(cè)電阻，無(wú)論用“內(nèi)接法”還是“外接法”，測(cè)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(huì)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(cè)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(cè)量誤差的原因及減小誤差的方法。 2.難點(diǎn)是誤差的相對(duì)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(shí)，其紅黑表筆應(yīng)分別接待測(cè)電路的正負(fù)極。那么，當(dāng)它作歐姆表用時(shí)，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(wèn)題。 請(qǐng)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(shí)，表內(nèi)的電池E均被擱置不用。此時(shí)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(cè)試中，將紅黑表筆分別接入待測(cè)電路的正負(fù)極時(shí)，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(cè)電阻時(shí)，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(cè)試過(guò)程中有一個(gè)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(shí)，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(wèn)：因待測(cè)電阻并無(wú)正負(fù)極性，那么，當(dāng)多用電表作歐姆表用時(shí)為什么要記住紅黑表筆的極性呢？誠(chéng)然，對(duì)于無(wú)極性的一般電阻的測(cè)試來(lái)說(shuō)，紅黑表筆的極性是無(wú)實(shí)際意義的。但是，我們還可能遇到一些有極性電阻的測(cè)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(cè)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(wèn)：多用電表作歐姆表用時(shí)，若其內(nèi)部電池的極性位置不動(dòng)，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(cè)電阻時(shí)兩表筆互換了位置，那么改測(cè)直流電壓或電流時(shí)又要將兩表筆互換回來(lái)。如此將兩表筆換來(lái)?yè)Q去，不僅使用不便，還可能因疏忽一時(shí)忘記交換表筆而造成誤測(cè)以至損壞電表。 　　還可能問(wèn)：多用電表作歐姆表用時(shí)，若紅黑表筆位置不動(dòng)，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(cè)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(cè)電阻時(shí)，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(wú)法指示讀數(shù)；如果像圖2那樣將電池取出進(jìn)行測(cè)試，雖然具有測(cè)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(gè)外加電池這個(gè)包袱，給測(cè)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(guò)程 多用電表的原理和使用 （一）原理 　　多用電表（通常叫萬(wàn)用表）能夠測(cè)量直流電流、直流電壓、電阻、交流電壓等，并且每種測(cè)量都有幾個(gè)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(cè)量電路，每進(jìn)行一種測(cè)量時(shí)，只使用其中一部分電路，其他部分不起作用．下面通過(guò)一個(gè)具體實(shí)例說(shuō)明它的原理． 　　問(wèn)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(xiàng)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(jì)這個(gè)簡(jiǎn)易多用電表的整個(gè)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(cè)電路中時(shí)，量程為I1=1毫安．當(dāng)公共端與10mA端接入被測(cè)電路中時(shí)，量程為I2=10毫安． 　　當(dāng)公共端與1mA端接入被測(cè)電路時(shí)，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(cè)電路時(shí)，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(cè)電路時(shí)，量程為U1=50伏．當(dāng)公共端與500V端接入被測(cè)電路時(shí)，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(cè)電路時(shí)，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(cè)電路時(shí)，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(cè)量直流電流的原理 一般表頭都用微安表（10-6A），如果要測(cè)量各種不同數(shù)量級(jí)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(jì)的電流量程。將轉(zhuǎn)換開關(guān)K轉(zhuǎn)到毫安擋位置時(shí)，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(shí)，便可根據(jù)所設(shè)計(jì)的量程I0由公式（1）計(jì)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(gè)毫安表，由于此毫安表又是下面各擋改裝的基礎(chǔ)，我們?cè)趫D14—1中特別用虛線框出來(lái)。需要說(shuō)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(cè)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(shí)，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(gè)直流電壓表，R3為降壓電阻，U0為設(shè)計(jì)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(shí)，由公式（2）便可算出降壓電阻R3。 　　 [實(shí)驗(yàn)步驟] 　?。ㄒ唬?、設(shè)計(jì)計(jì)算 　　根據(jù)所用微安表的內(nèi)阻Rg和量程Ig以及本實(shí)驗(yàn)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。 　　（二）組裝與校驗(yàn) 　　按照步驟（一）中計(jì)算出的R1+R2、R3、R4、R5的理論設(shè)計(jì)值，分別組裝多用表各擋，并進(jìn)行校驗(yàn)，即組裝一擋，校驗(yàn)一擋。 　　1．直流電流表的組裝與校驗(yàn)： 將已組裝好的1mA直流電流表接入校驗(yàn)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(shí)指示出1mA滿度，此時(shí)達(dá)到校驗(yàn)的基本要求，記錄下R2的實(shí)驗(yàn)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(shí)，依次記錄標(biāo)準(zhǔn)直流電流表的指示值。校驗(yàn)完畢，將校驗(yàn)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(yàn)： 　　將1mA電流表組成2.5V直流電壓表，接入校驗(yàn)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(shí)指示2.5V滿刻度，達(dá)到校驗(yàn)的基本要求后，記錄下R3的實(shí)驗(yàn)值，此時(shí)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(yàn)完畢，將校驗(yàn)電路及R3拆掉。 　　[數(shù)據(jù)處理] 　?。ㄒ唬┰O(shè)計(jì)計(jì)算 　　電流計(jì)（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(jì)量程I0=1.00010-3A 　　分流電阻計(jì)算值R1＋R2=______ R1的標(biāo)稱值=______ R2的計(jì)算值=______ R2的實(shí)驗(yàn)值=______ 　　2．直流電壓擋的設(shè)計(jì)量程U0=2.50V 　　附加電阻R3的計(jì)算值=______ R3的實(shí)驗(yàn)值=______ ?。ǘ┬ｒ?yàn)組裝的萬(wàn)用表 　　1．mA擋的校驗(yàn) 2．V擋的校驗(yàn) 1．為確保電表不致?lián)p壞，必須在教師認(rèn)定所接電路無(wú)誤時(shí)，才能接通電源。 2．校準(zhǔn)各擋時(shí)，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(xiǎn)。 [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(gè)電表的公用部分，如開關(guān)轉(zhuǎn)換接上降壓電阻便可測(cè)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(cè)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(cè)量項(xiàng)目及量程，以滿足測(cè)量要求。 　　4．度盤：多用表因?yàn)槭嵌喾N用途儀表，表盤上印有各種符號(hào)、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(cè)量中應(yīng)看哪一行要和選擇開關(guān)結(jié)合起來(lái)，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(dòng)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(cè)量前一定要明確測(cè)量的物理量，然后轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)S1及S2，確定擋位并選擇一個(gè)合適的量程。例如：當(dāng)測(cè)量1mA直流時(shí)，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(cè)量電壓，就有燒毀多用表的危險(xiǎn)。 　　3．正確接入測(cè)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。 　?。?）測(cè)量電壓時(shí)要與電路并聯(lián)。 　　（2）測(cè)量電流時(shí)要與電路串聯(lián)，只能測(cè)出通過(guò)某一負(fù)載下的電流強(qiáng)度。 　　 注意：若測(cè)量直流電時(shí)，還需注意紅色表筆a要接高電位。 　?。?）使用歐姆擋測(cè)量二極管正、反向電阻時(shí)應(yīng)注意黑表筆b為高電位，而紅表筆a為低電位。測(cè)量電阻時(shí)，應(yīng)將電阻與電路斷開后進(jìn)行，測(cè)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(cè)量值盡量靠近表盤中心位置，以減小誤差，若需要換擋時(shí)，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(hào)很多，但使用的方法基本相同，下面以J0411型多用電表為例來(lái)說(shuō)明它的使用方法和注意事項(xiàng)． 　?。?）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(gè)刻度．下半部是選擇開關(guān)，它的四周刻著各種測(cè)量項(xiàng)目和量程．電流和電壓分為直流（用符號(hào)“一”表示）和交流（用符號(hào)“～”表示），要區(qū)別開，不要弄錯(cuò)．另外還有電阻擋的調(diào)零旋鈕和測(cè)試筆插孔． 　　測(cè)量前，應(yīng)先檢查表針是否停在左端的“0”位置，如果沒(méi)有停在零位置，要用小螺絲刀輕輕地轉(zhuǎn)動(dòng)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(cè)試筆插孔． （2）測(cè)量時(shí)，應(yīng)把選擇開關(guān)旋到相應(yīng)的測(cè)量項(xiàng)目和量程上，讀數(shù)時(shí)，要用跟選擇開關(guān)的擋位相應(yīng)的刻度． 測(cè)量電流時(shí)，跟電流表一樣，應(yīng)把多用電表串聯(lián)在被測(cè)電路里；對(duì)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(lái)． 　　測(cè)量電壓時(shí)，跟電壓表一樣，應(yīng)把多用電表和被測(cè)部分并聯(lián)；對(duì)于直流電，必須用紅表筆接電勢(shì)較高的點(diǎn)，用黑表筆接電勢(shì)較低的點(diǎn)． 　　測(cè)量電阻時(shí)，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(cè)電阻的兩端相接，進(jìn)行測(cè)量．先測(cè)量一兩個(gè)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(cè)量一個(gè)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(shí)，需要重新調(diào)整歐姆擋的調(diào)零旋鈕，才能進(jìn)行測(cè)量；測(cè)量時(shí)待測(cè)電阻要跟別的元件和電源斷開（為什么？）；測(cè)量時(shí)手不要碰到表筆的金屬觸針，以保證安全和測(cè)量的準(zhǔn)確． 　?。?）使用后，要把表筆從測(cè)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(zhǎng)期不使用時(shí)，應(yīng)把電池取出． 多用電表示教板的設(shè)計(jì)與使用 　　多用電表在電學(xué)測(cè)試中普遍被采用，常用于測(cè)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(jiǎn)化型萬(wàn)用電表示教板。經(jīng)教學(xué)實(shí)踐表明，它不僅能使學(xué)生對(duì)萬(wàn)用電表的基本構(gòu)造有一個(gè)大致 的了解，而且對(duì)突破教學(xué)中的難點(diǎn)效果頗佳。現(xiàn)簡(jiǎn)介如下： 一、用電表示教板的設(shè)計(jì) 　　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(dòng)勢(shì)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(shí)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(jiǎn)易示教板有三種測(cè)試作用： 　?。?）作歐姆表測(cè)電阻：將開關(guān)K2、K3斷開，且將開關(guān)K1擲向觸點(diǎn)1。此時(shí)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(cè)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(duì)應(yīng)的電阻為零）。然后將待測(cè)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(qǐng)注意，此歐姆表的紅表筆連內(nèi)部電源負(fù)極。 　　（2）作直流伏特表測(cè)電壓：K2、K3仍然斷開，且將K1擲向觸點(diǎn)2。此時(shí)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(cè)直流電壓，可將此伏特表與3伏以內(nèi)的待測(cè)電路并聯(lián)，并聯(lián)時(shí)要注意將紅表筆接電路的正極（或電勢(shì)較高處），而黑表筆接電路的負(fù)極（或電勢(shì)較低處），將從表盤上讀出待測(cè)電路兩端的電壓值。 　?。?）作直流安培表測(cè)電流：將K1斷開，且將K2與K3閉合。此時(shí)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(cè)直流電流，可將此安培表與0.1安以內(nèi)的待測(cè)電路串聯(lián)，串聯(lián)時(shí)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(cè)電路的電流值。