人教版 (新课标)选修38 多用电表的原理教案

这是一份人教版 (新课标)选修38 多用电表的原理教案，共8页。教案主要包含了小灯泡等内容，欢迎下载使用。

eq \(\s\up7(),\s\d5(整体设计))


教学目标


(一)知识与技能


理解并掌握欧姆表和多用电表的制作原理。


(二)过程与方法


动手操作，学会用多用电表测量小灯泡的电压、电流及二极管的正、反向电阻。


(三)情感、态度与价值观


培养学生探索、发现，勇于创新的精神。


教学重点难点


重点：欧姆表和多用电表的制作原理。


难点：理解欧姆表和多用电表的制作原理。


教学方法


探究、讲授、讨论、练习


教学媒体


投影仪、多用电表(指针式、数字式)、小灯泡、电池、电键、导线(若干)、二极管。


eq \(\s\up7(),\s\d5(教学过程))


导入新课


教师：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，下面请同学们画出改装的原理图。


学生：在练习本上画出改装的原理图。学生代表到黑板上画。


师生互动：对学生画的改装原理图进行点评。


教师：能否将电流表改装成测量电阻的欧姆表呢？下面我们就来探究这方面的问题。


推进新课


1．欧姆表


教师活动：(投影)教材例题1


【例题1】在如图所示的电路中，电源的电动势E＝1.5 V，内阻r＝0.5 Ω，电流表满偏电流Ig＝10 mA，电流表电阻7.5 Ω，A、B为接线柱。





欧姆表的原理


(1)用一条导线把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)调至满偏后保持R1的值不变，在A、B间接入一个150 Ω的定值电阻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之间，电流表读数I与R的值有什么关系？


教师引导学生分析、求解，对求解结果进行总结、点评。


解：(1)因电流表电阻Rg的值不能忽略，此时可以把电流表视为一个电阻来计算。由闭合电路欧姆定律，有


Ig＝eq \f(E,Rg＋r＋R1)


从中解出可变电阻R1的值


R1＝eq \f(E,Ig)－Rg－r


＝(eq \f(1.5,0.01)－7.5－0.5) Ω


＝142 Ω


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 Ω。


(2)保持可变电阻R1的值不变，把R2＝150 Ω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


I2＝eq \f(E,Rg＋r＋R1＋R2)


＝eq \f(1.5,7.5＋0.5＋142＋150) A


＝0.005 A


＝5 mA


这表示，接入R2后，电表指在“5 mA”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


I＝eq \f(E,Rg＋r＋R1＋R)


代入数值后，得I＝eq \f(1.5 V,150 Ω＋R)


解出R＝eq \f(1.5 V,I)－150 Ω


教师：通过以上计算同学们有何启发？如何将电流表转换成直接测量电阻的仪表？谈谈你的设想。


学生讨论，代表发言：将电流表的“10 mA”刻度线标为“0 Ω”，“5 mA”刻度线标为“150 Ω”，其他电流刻度按R＝eq \f(1.5,I)－150(Ω)的规律转为电阻的标度，这样，电流表就改装成了直接测电阻的仪器。


教师(总结)：(投影)教材图(如图所示)。这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成的。





欧姆表电路








2．多用电表


教师：将电压表、电流表、欧姆表组合在一起就成了多用电表。


(投影)教材图1和2(如图所示)。





图1 电流表、欧姆表和电压表的示意图











图2 请完成最简单的多用电表的电路图








图1分别表示电流表、欧姆表、电压表的电路示意图。把它们组合在一起，在图2的基础上画出最简单的多用电表的电路，并说明转换测量功能。


学生讨论，画电路图。


教师：(投影)教材图(如图所示)。





多量程多用电表示意图








说出哪些位置是电流挡、哪些位置是电压挡、哪些位置是欧姆挡、哪些位置的量程比较大？


学生讨论、代表发言。


师生互动、点评。


教师：(投影)教材图1和2(如图所示)。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。





图1 指针式多用电表








图2 数字式多用电表








[实验]练习使用多用电表


准备


(1)观察多用电表的外形，认识选择开关的测量项目及量程；


(2)检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的零位置。若不指零，则可用小螺丝刀调整机械调零旋钮使指针指零；


(3)将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔；


测电压


(4)将选择开关置于直流电压2.5 V挡，测1.5 V干电池两端的电压；


(5)将选择开关置于交流电压250 V挡，测220 V的交流电压；


测电流


(6)将选择开关置于直流电流10 mA挡，测量1.5 V干电池与200 Ω电阻串联回路的电流；


测电阻


(7)将选择开关置于欧姆表的“×1”挡，短接红、黑表笔，转动调整欧姆零点的旋钮，使指针指向欧姆表刻度的零位置。


(8)将两表笔分别接触几欧、几十欧的定值电阻两端，读出欧姆表指示的电阻数值，并与标准值比较，然后断开表笔。


(9)将选择开关置于欧姆挡的“100”挡，重新调整欧姆零点，然后测定几百欧、几千欧的电阻，并将测定值与标准值进行比较。


测二极管的正、反向电阻


(10)首先弄清两个问题：


①二极管的单向导电性。如图：电流从正极流入电阻较小，从正极流出时电阻较大。





晶体二极管和它的符号


②欧姆表中电流的方向。从黑表笔流出，经过待测电阻，从红表笔流入。


(11)测正向电阻：将选择开关置于欧姆表的“×10”挡，短接红、黑表笔，转动调整欧姆零点的旋钮，使指针指向欧姆表刻度的零位置。黑表笔接二极管正极、红表笔接二极管负极(如图甲)，读出欧姆表指示的电阻数值，乘以倍率，记下正向阻值。





甲 测二极管正向电阻





乙 测二极管反向电阻








(12)测反向电阻：将选择开关置于欧姆表的“×1 K”挡，短接红、黑表笔，转动调整欧姆零点的旋钮，使指针指向欧姆表刻度的零位置。黑表笔接二极管负极、红表笔接二极管正极(如图乙)，读出欧姆表指示的电阻数值，乘以倍率，记下反向阻值。


(13)实验完毕，将表笔从插孔中拔出，并将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡。


【注意事项】


(1)多用电表在使用前，一定要观察指针是否指向电流的零刻度。若有偏差，应调整机械零点；


(2)合理选择电流、电压挡的量程，使指针尽可能指在表盘中央附近；


(3)测电阻时，待测电阻要与别的元件断开，切不要用手接触表笔；


(4)合理选择欧姆挡的量程，使指针尽可能指在表盘中央附近；


(5)换用欧姆挡的量程时，一定要重新调整欧姆零点；


(6)要用欧姆挡读数时，注意乘以选择开关所指的倍数；


(7)实验完毕，将表笔从插孔中拔出，并将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡。长期不用，应将多用电表中的电池取出。


思考与讨论：(投影)教材图。两位同学在多用电表用完后，把选择开关放在图示的位置，你认为谁的习惯比较好？








谁的习惯比较好？








(三)课堂总结、点评


教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。


学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来，比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。


点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。


教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。


(四)实例探究


欧姆表的使用


【例1】某人用多用电表按正确步骤测量一电阻的阻值，当选择欧姆挡“×1”挡测量时，指针指示位置如下图所示，则其电阻值是________。如果要用这只多用电表测量一个约200欧的电阻，为了使测量比较精确，选择开关应选的欧姆挡是________。改变挡位调整倍率后，要特别注意重新____________。





答案：12 Ω “×10挡” 调整欧姆零点


【例2】调整欧姆零点后，用“×10”挡测量一个电阻的阻值，发现表针偏转角度极小，那么正确的判断和做法是( )


A．这个电阻值很小


B．这个电阻值很大


C．为了把电阻值测得更准确些，应换用“×1”挡，重新调整欧姆零点后测量


D．为了把电阻值测得更准确些，应换用“×100”挡，重新调整欧姆零点后测量


答案：BD





欧姆表的测量原理


【例3】如图所示为多用电表欧姆挡的原理示意图。其中，电流表的满偏电流为300 μA，内阻rg＝100 Ω，调零电阻最大值R＝50 kΩ，串联的定值电阻R0＝50 Ω，电池电动势E＝1.5 V。用它测量电阻Rx，能准确测量的阻值范围是( )





A．30～80 kΩ B．3～8 kΩ


C．300～800 Ω D．30～80 Ω


解析：用欧姆挡测量电阻时，指针指在表盘中央附近时测量结果比较准确。当电流最大时，由Ig＝eq \f(E,R内)，(其中R内为欧姆表的内阻)得R内＝eq \f(E,Ig)＝eq \f(1.5,300×10－6) Ω＝5 000 Ω


用它测量电阻Rx时，当指针指在表盘中央时


eq \f(1,2)Ig＝eq \f(E,R内＋Rx)得


Rx＝eq \f(2E,Ig)－R内＝5 000 Ω


故能准确测量的阻值范围是5 kΩ附近。选项B正确。


用多用电表测电流


【例4】用多用电表测量如图所示的电路中通过灯泡的电流时，首先把选择开关拨到________挡，然后把多用电表______联在电路中，则电流应从________表笔流入，从________表笔流出。





答案：直流电流 串 红 黑


eq \(\s\up7(),\s\d5(备课资料))





数字万用表，一种多用途电子测量仪器，一般包含安培计、电压表、欧姆计等功能，有时也称为万用计、多用计、多用电表或三用电表。


数字万用表—概要


数字万用表有用于基本故障诊断的便携式装置，也有放置在工作台的装置，有的分辨率可以达到七、八位数；这样的设备，在实验室很常见，一般被用作电压或电阻的基准，或用来调校多功能标准器的性能。


数字万用表—基本功能


电流、电压和电阻的测量，一般被视为万用计的基本功能。早期万用表制造厂商AVO的品牌，就是该设备能够测量的这三种度量单位的名称的缩写：安培(Ampere)、伏特(Vlt)、欧姆(Ohm)。


现在的新设备，可以测量更多的度量；一些常见的附加功能，及其测量的度量单位包括：


电感(亨利)


电容(法拉)


电导(西门子)


温度(摄氏度)


频率(赫兹)


占空比(百分率)


数字万用表—历史


数字万用表是经过历史慢慢发展来的。早期的万用表，使用磁石偏转指针的表盘，与经典的电流计相同；现代则采用LCD或VFD(真空荧光显示器，Vacuum flurescent display)提供的数字显示。


模拟万用表在二手市场上不难找到，但它不太精确，这是因为调零和从仪表面板上准确的读数都容易产生偏差。


有的模拟万用表，使用真空管来放大输入的信号，这种设计的万用表也被称为真空管伏特计(VTVM，Vacuum Tube Vlt Meters)或真空管万用表(VTMM，Vacuum Tube Multimeters)。


现代万用表已全部数字化，并被专称为数字万用表(DMM，Digital MultiMeter)。在这种设备中，被测量信号被转换成数字电压并被数字的前置放大器放大，然后由数字显示屏直接显示该值；这样就避免了在读数时视差带来的偏差。


同样，更好的电路系统和电子学，也提高了测量精度。旧的模拟仪表的基本精度在5%到10%之间，现代便携数字万用表则可以达到±0.025%，而工作台设备更高达百万分之一的精度。


数字万用表—进阶功能


从控制电路到小型嵌入式计算机，集成电路使现代数字仪表能提供更多的功能。常见的增强测量包括：


限制电流的半导体结电压降测量，用来确定晶体管的类型


测量量的图形化显示，比如柱状图；可以使是否通过(g/n－g)测量更容易连续测量，并在电路发生状况时发声报警


低频示波器


电话测试装置


自动电路测试，包括自动的定时、延时信号等


简单的数据探测功能，比如记录指定时期的最大、最小读数，或按照固定间隔获取一定量的样本读数


取样并保持，可以锁定最后一次的读数，供在设备从测试电路上拿开之后读取


自动转换测试量程，测量时仪表自动选择合适的测量量程，保护仪表不被损坏


数字万用表通常有电路或者软件可以保证准确地测量任何频率的交流电压。这类万用表使用均方根方法合并输入信号，这样即使输入信号不是一个理想的正弦波，也能正确地读取到真正的电压值。


有些现代万用表可以通过红外线、RS232或IEEE488设备总线等与个人计算机相连。通过这些方式，计算机可以在测量时记录读数，或者从设备把一组结果上传到计算机中。


现代设备和系统变得越来越复杂，万用表在技师工具箱中也逐渐不再通用；更复杂和专业化的设备正在取代它。例如，原来在测量天线时，工作人员可能是使用欧姆计测量它的电阻；而现代技术人员则可能使用手持分析仪测试几个参数，以此来确定天线电缆的完整性。