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  • 2021-05-31 发布

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

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‎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E=1.5V,内阻r=0.5Ω,电流表满偏电流Ig=10 mA,电流表电阻Rg=7.5Ω,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150Ω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:=142Ω 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142Ω。‎ ‎(2)保持可变电阻R1的值不变,把R2=150Ω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 ‎=‎0.050A=5mA 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“0Ω”,“5mA”刻度线标为“150Ω”,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=Rg+r+R1=,‎ ‎(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:R= ‎3.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)‎ A V R A V R ‎①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。‎ ‎②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。‎ ‎①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 ΔR=R-= d.外接法的相对误差 δ== ‎②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=RA+R真 解得:R真=R测-RA c.内接法的绝对误差 ΔR=(R+RA)-R=RA d.外接法的相对误差 δ== ‎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?‎ ‎①当RV>>Rx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。‎ ‎②若Rx>>RA,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。‎ δ R δ=1‎ δ内 δ外 O ‎③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U1=3.0 V,I1=3.0 mA,然后将电压表改接在b点,读得两表示数分别为U2=2.9 V,I2=4.0 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____Ω。‎ 解析:两种接法中两表示数变化分别为:‎ ΔU=U1-U2=(3.0-2.9 )V=0.1 V ΔI=I2-I1=(4.0-3.0 )mA=1.0 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,Rx==1000Ω。‎ ‎[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RV>>Rx 时,电压表分流作用小,采用电流表外接法.当Rx>>RA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)‎