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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) 知識與技能 理解并掌握歐姆表和多用電表的制作原理。 過程與方法 掌握歐姆表的刻度確定過程和多用電表的組合過程。 情感、態(tài)度與價值觀 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 歐姆表和多用電表的制作原理。 教學(xué)難點 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、實驗法。 教學(xué)用具 投影儀、多用電表（指針式、數(shù)字式）。 教學(xué)過程 ［新課導(dǎo)入］ 我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過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)課我們就來探究這方面的問題。 ［新課教學(xué)］ 一、歐姆表 【例題】在如圖所示的電路中，電源有電動勢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，此時應(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，此時可以把電流表視為一個電阻。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)兩個接線柱直接連到一起，且表頭指針恰好滿偏時，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，把表筆接在被測導(dǎo)體的兩端，從刻度盤上直接讀出導(dǎo)體電阻的數(shù)值，這不是很方便嗎？ 1．構(gòu)造及測量原理 （1）構(gòu)造 右圖的虛線框中的電路，其實就是一個最簡單的歐姆表的電路原理圖。實際的歐姆表就是在這個原理的基礎(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）測量原理：閉合電路的歐姆定律 電阻調(diào)零： 電阻測量： R改變，I隨著改變，I與R一一對應(yīng)，如果在刻度盤上直接標(biāo)出與電流對應(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 （1）刻度兩端點阻值的確定 歐姆表的零刻度在刻度盤的最右邊，刻度盤的最左邊對應(yīng)電阻無窮大。 （2）刻度盤中部阻值的確定 當(dāng)指針指在刻度盤的中間位置時，對應(yīng)的電阻稱為歐姆表的中值電阻。 R中＝Rg＋r＋R1＝， （3）刻度特點 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 歐姆表測電阻簡單、方便，但電池用久了，電動勢下降，內(nèi)阻增大。因電動勢下降會導(dǎo)致中值電阻減小。 電動勢下降后，若仍能調(diào)零，當(dāng)測量電阻時，指針指示的電阻值會偏大。 二、多用電表 測量電路某兩點的電壓用電壓表，測量電路通過的電流用電流表，粗測導(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表頭從而組合在一起呢？ 1．認(rèn)識單量程多用途電表 【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單刀多擲開關(guān)，通過操作開關(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，能像甲那樣成為電流表，接通2時像乙那樣成為歐姆表，接通3時像丙那樣成為電壓表，這就成了一個簡單的多用電表。請對照兩幅圖，討論一下，這個多用電表的電路圖是怎樣的？把它在圖中畫出來。 讓學(xué)生在圖中畫出最簡單的多用電表的電路，并說明轉(zhuǎn)換測量功能。 2．認(rèn)識多量程多用途電表 【說一說】 如圖所示，是一個多量程多用電表的簡化電路圖，測量電流和測量電壓時各有兩個量程；還有兩個擋位用來測電阻。請談一談：開關(guān)S調(diào)到哪兩個位置上多用電表測量的是電流？調(diào)到哪兩個位置上測量的是電壓？調(diào)到哪兩個位置上測量的是電阻？在測量電流或電壓時，兩個位置中哪一個的量程比較大？ 在識別電阻擋和電壓擋電路時，可以把虛線框內(nèi)的電路當(dāng)成一個電流表?！? 引導(dǎo)學(xué)生說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，只要用電壓表測出電阻兩端的電壓U，用電流表測出通過電阻的電流I，就可以求出未知電阻的阻值R。 利用電壓表和電流表測電阻的方法，叫做伏安法。 2．伏安法測電阻的原理 部分電路歐姆定律：R＝ 3．伏安法測電阻的兩種接法 問題：現(xiàn)有下列儀器：電源、電壓表、電流表、電鍵和特測電阻各一只，請同學(xué)們設(shè)計測量電阻的電路圖. (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．伏安法測電阻的誤差分析 問題：在外接法和內(nèi)接法測量電路中，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窮大，兩種電路的測量結(jié)果怎樣？ 相同。 我們在初中討論的就是這種理想情況。但是實際中，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電路中的電壓和電流，給測量結(jié)果帶來誤差。 下面對兩種接法的誤差作一分析。 ①外接法的誤差 請同學(xué)們思考： 問題：用外接法電路測量時，電壓表測量的是哪里的電壓？ 是待測電阻兩端的電壓。 問題：電流表測量的是通過待測電阻的電流嗎？為什么？ 不是。因為電壓表有分流，所以電流表測出的是通過待測電阻和電壓表的電流之和。 問題：電流表的讀數(shù)比實際流過特測電阻的電流大還是??？ 大。 a．誤差產(chǎn)生的原因 由于電壓表的分流作用。 b．測量值與真實值之間的關(guān)系 R測＝ R真＝＝ 在內(nèi)接法中，測量的是待測電阻與電流表串聯(lián)后的電阻，由上面的公式可知 R測＜R真 問題：若已知電壓表的內(nèi)阻RV，待測電阻的測量值R測，怎樣求得待測電阻的真實值R真呢？ 分析：外接法測得的電阻R測是待測電阻與電壓表電阻的并聯(lián)值，即 R測＝ 解得：R真＝ c．外接法的絕對誤差 ΔR＝R－＝ d．外接法的相對誤差 δ＝＝ ②內(nèi)接法的誤差 請同學(xué)們思考： 問題：用內(nèi)接法電路測量時，電流表測量的是哪里的電流？ 電流表測量的是通過待測電阻的電流。 問題：電壓表測量的是待測電阻兩端的電壓嗎？為什么？ 不是。因為電流表要分去一部分電壓，所以電壓表測出的是加在待測電阻與電流表兩端的電壓之和。 問題：電壓表的讀數(shù)比待測電阻兩端的實際電壓大還是小？ 大。 a．誤差產(chǎn)生的原因 由于電流表的分壓作用。 b．測量值與真實值之間的關(guān)系 R測＝ R真＝＝ －RA 在內(nèi)接法中，測量的是待測電阻與電壓表并聯(lián)后的電阻，由上面的公式可知 R測＞R真 問題：若已知電流表的內(nèi)阻RA，待測電阻的測量值R測，怎樣求得待測電阻的真實值？ 分析：內(nèi)接法測得的電阻R測是待測電阻與電流表電阻的串聯(lián)值，即 R測＝RA＋R真 解得：R真＝R測－RA c．內(nèi)接法的絕對誤差 ΔR＝(R＋RA)－R＝RA d．外接法的相對誤差 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)識了多用電表。 3．通過實驗，練習(xí)使用了多用電表測量電流、電壓、電阻和二極管的正反向電阻的測量。 4．伏安法測電阻的原理是部分電路的歐姆定律。利用伏安法測電阻時，為了減小測量誤差，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，電壓表分流作用小，采用電流表外接法.當(dāng)Rx>>RA時，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“問題與練習(xí)”。