2020高中物理 第2章 第8节 多用电表教案 新人教版选修3-1

8多用电表 三维目标知识与技能理解并掌握欧姆表和多用电表的制作原理。过程与方法掌握欧姆表的刻度确定过程和多用电表的组合过程。情感、态度与价值观培养学生探索、发现，勇于创新的精神。教学重点欧姆表和多用电表的制作原理。教学难点理解欧姆表和多用电表的制作原理。教学方法讲授法、讨论法、实验法。教学用具投影仪、多用电表（指针式、数字式）。教学过程新课导入我们已经学习过把电流表改装成电压表和量程较大的电流表的原理，能否将电流表改装成测量电阻，并能直接读出数值的欧姆表呢？本节课我们就来探究这方面的问题。新课教学一、欧姆表【例题】在如图所示的电路中，电源有电动势E1.5V，内阻r0.5，电流表满偏电流Ig10 mA，电流表电阻Rg7.5，A、B为接线柱。（1）用导线把A、B直接连起来，此时应把可变电阻R1调节为多少才能使电流表恰好达到满偏电流？（2）调到满偏后保持R1的值不变，在A、B间接一个150的电阻R2，电流表指针指着多少刻度的位置?（3）如果把任意电阻R接在A、B间，电流表读数I与R的值有什么关系?解析：（1）电流表电阻Rg的值不能忽略，此时可以把电流表视为一个电阻。由闭合电路的欧姆定律，有从中解出可变电阻R1的值：142这表示，当两个接线柱直接连到一起，且表头指针恰好满偏时，可变电阻R1的值为142。（2）保持可变电阻R1的值不变，把R2150接在A、B之间，设这时电流表读数为I2，由闭合电路欧姆定律0.050A5mA这表示，接入R2后，电表指在“5mA”刻度的位置。（3）把任意电阻R接到A、B之间，设电流表读数为I，则代入数值后，得：解出：以上计算使我们不禁想到：如果把例题中电流表的“10mA”刻度线标为“0”，“5mA”刻度线标为“150”，其它电流刻度按的规律换成电阻的标度，它岂不成了可以直接测量电阻的仪器？从A、B接线柱引出两枝表笔，把表笔接在被测导体的两端，从刻度盘上直接读出导体电阻的数值，这不是很方便吗？1构造及测量原理（1）构造右图的虚线框中的电路，其实就是一个最简单的欧姆表的电路原理图。实际的欧姆表就是在这个原理的基础上制作的。注意欧姆表的黑色的表笔连接内部电池的正极。（2）测量原理：闭合电路的欧姆定律电阻调零：电阻测量：R改变，I随着改变，I与R一一对应，如果在刻度盘上直接标出与电流对应的电阻值，就能直接读出接在红黑表笔间的电阻。2刻度的确定及特点（1）刻度两端点阻值的确定欧姆表的零刻度在刻度盘的最右边，刻度盘的最左边对应电阻无穷大。（2）刻度盘中部阻值的确定当指针指在刻度盘的中间位置时，对应的电阻称为欧姆表的中值电阻。R中RgrR1，（3）刻度特点由可知，I与R间符合双曲线函数关系，所以欧姆表的刻度是不均匀的，零刻度到中值电阻之间的刻度较稀疏，越靠近无穷大处越密集。因欧姆表的刻度是不均匀的，欲使欧姆表读数较准确，应尽量使指针偏转到中值刻度附近。3误差分析欧姆表测电阻简单、方便，但电池用久了，电动势下降，内阻增大。因电动势下降会导致中值电阻减小。电动势下降后，若仍能调零，当测量电阻时，指针指示的电阻值会偏大。二、多用电表测量电路某两点的电压用电压表，测量电路通过的电流用电流表，粗测导体的电阻用欧姆表。电压表、电流表、欧姆表都要用到表头，能不能让它们共用一个表头从而组合在一起呢？1认识单量程多用途电表【思考与讨论】如图所示，左图中甲、乙、丙分别是电流表、欧姆表和电压表的示意图。右图中虚线框中是一个单刀多掷开关，通过操作开关，接线柱B可以接通1，也可以接通2或3。现在要使B接通1时，能像甲那样成为电流表，接通2时像乙那样成为欧姆表，接通3时像丙那样成为电压表，这就成了一个简单的多用电表。请对照两幅图，讨论一下，这个多用电表的电路图是怎样的？把它在图中画出来。让学生在图中画出最简单的多用电表的电路，并说明转换测量功能。2认识多量程多用途电表【说一说】如图所示，是一个多量程多用电表的简化电路图，测量电流和测量电压时各有两个量程；还有两个挡位用来测电阻。请谈一谈：开关S调到哪两个位置上多用电表测量的是电流？调到哪两个位置上测量的是电压？调到哪两个位置上测量的是电阻？在测量电流或电压时，两个位置中哪一个的量程比较大？在识别电阻挡和电压挡电路时，可以把虚线框内的电路当成一个电流表。引导学生说出那些位置是电流挡，那些位置是电压挡，那些位置是欧姆挡，并说明哪些位置的量程比较大。向学生介绍指针式多用电表和数字式多用电表的外形和各部分结构。三、伏安法测电阻1伏安法根据部分电路的欧姆定律I可知，电阻R，因此，只要用电压表测出电阻两端的电压U，用电流表测出通过电阻的电流I，就可以求出未知电阻的阻值R。利用电压表和电流表测电阻的方法，叫做伏安法。2伏安法测电阻的原理部分电路欧姆定律：R3伏安法测电阻的两种接法问题：现有下列仪器：电源、电压表、电流表、电键和特测电阻各一只，请同学们设计测量电阻的电路图.(在教师的指导下讨论，最后总结出可有两种测量电路)AVRAVR外接法由于电流表接在电压表跨接的两点以外的电路中，故称为外接法。外接法电路如右图所示。内接法由于电流表接在电压表跨接的两点以内的电路中，故称为内接法。内接法电路如右图所示。4伏安法测电阻的误差分析问题：在外接法和内接法测量电路中，如果是理想情况，即电流表内阻为零，电压表的电阻趋近于无穷大，两种电路的测量结果怎样？相同。我们在初中讨论的就是这种理想情况。但是实际中，由于电压表和电流表本身具有内阻，把它们连入电路中以后，不可避免地要改变被测电路中的电压和电流，给测量结果带来误差。下面对两种接法的误差作一分析。外接法的误差请同学们思考：问题：用外接法电路测量时，电压表测量的是哪里的电压？是待测电阻两端的电压。问题：电流表测量的是通过待测电阻的电流吗？为什么？不是。因为电压表有分流，所以电流表测出的是通过待测电阻和电压表的电流之和。问题：电流表的读数比实际流过特测电阻的电流大还是小？大。a误差产生的原因由于电压表的分流作用。b测量值与真实值之间的关系R测R真在内接法中，测量的是待测电阻与电流表串联后的电阻，由上面的公式可知R测R真问题：若已知电压表的内阻RV，待测电阻的测量值R测，怎样求得待测电阻的真实值R真呢？分析：外接法测得的电阻R测是待测电阻与电压表电阻的并联值，即R测解得：R真c外接法的绝对误差RRd外接法的相对误差内接法的误差请同学们思考：问题：用内接法电路测量时，电流表测量的是哪里的电流？电流表测量的是通过待测电阻的电流。问题：电压表测量的是待测电阻两端的电压吗？为什么？不是。因为电流表要分去一部分电压，所以电压表测出的是加在待测电阻与电流表两端的电压之和。问题：电压表的读数比待测电阻两端的实际电压大还是小？大。a误差产生的原因由于电流表的分压作用。b测量值与真实值之间的关系R测R真 RA在内接法中，测量的是待测电阻与电压表并联后的电阻，由上面的公式可知R测R真问题：若已知电流表的内阻RA，待测电阻的测量值R测，怎样求得待测电阻的真实值？分析：内接法测得的电阻R测是待测电阻与电流表电阻的串联值，即R测RAR真解得：R真R测RAc内接法的绝对误差R(RRA)RRAd外接法的相对误差5伏安法测电阻的电路选择通过上述分析可以知道：无论采用电流表外接法还是电流表内接法，测量电阻都有误差，那么哪种电路的测量结果更接近待测电阻的真实值呢？当RVRx时，电压表分流作用小，采用电流表外接法若待测电阻的阻值比电压表内阻小得多，因电压表分流引起的误差就越小，故采用电流表外接法。若RxRA，电流表的分压作用小，采用电流表内接法若待测电阻的阻值比电流表的内阻大得越多，因电流表的分压而引起的误差越小，故采用电流表内接法。R1内外O当R时，内接法的相对误差较小。R时，外接法的相对误差较小。如图所示，是内、外接法中的相对误差与待测电阻的关系图象。当内、外接法的相对误差相等时，有R当知道RA、RV与待测电阻的大致数值时，上式是伏安法测电阻电路的定量判据。当R时，内接法的相对误差较小，应选择内接法电路。R时，外接法的相对误差较小，应选择外接法电路。用伏安法测电阻的遗憾是不能直接读出待测电阻的阻值，实际中常用能直接测量电阻的仪器欧姆表来测量电阻。【巩固练习】某同学用伏安法测一个未知电阻的阻值，他先将电压表接在a点，读得两表示数分别为U13.0 V，I13.0 mA，然后将电压表改接在b点，读得两表示数分别为U22.9 V，I24.0 mA，如图所示，由此可知电压表应接到_点误差较小，测得Rx值应为_。解析：两种接法中两表示数变化分别为：UU1U2（3.02.9 ）V0.1 VII2I1（4.03.0 ）mA1.0 mA则，很明显，电流表示数变化较电压表示数变化明显，这说明电压表的分流作用较大，为了减小误差，应采用电流表内接法，即电压表应接到a点。当电压表接a点时，Rx1000。小结本节课学习的主要内容如下：1根据闭合电路欧姆定律，将电流表改装成能测量电阻的欧姆表。知道了改装的原理、刻度确定的方法，欧姆表的使用和读数。2认识了多用电表。3通过实验，练习使用了多用电表测量电流、电压、电阻和二极管的正反向电阻的测量。4伏安法测电阻的原理是部分电路的欧姆定律。利用伏安法测电阻时，为了减小测量误差，电路的连接方法通常有两种：电流表外接法和电流表内接法。当RVRx时，电压表分流作用小，采用电流表外接法.当RxRA时，电流表分压作用小，采用电流表内接法。布置作业教材第66页“问题与练习”。板书设计（略）