廣東省東莞市高中物理 第二章 電路 2.4 認(rèn)識(shí)多用電表教案 粵教版選修31

1、2.4 認(rèn)識(shí)多用電表教學(xué)目的:1、知道常用的電壓表和電流表都是由小量程的電流表g（表頭）改裝而成的。2、了解電流表（表頭）的原理，知道什么是滿偏電流和滿偏電壓。3、理解表頭改裝成常用電壓表和電流表的原理，會(huì)求分壓電阻和分流電阻的阻值。引言：串、并聯(lián)規(guī)律的應(yīng)用：常用的電壓表和電流表都是由小量程的電流表g（表頭）改裝而成的。一、電流表原理和主要參數(shù)主要結(jié)構(gòu)是永磁鐵和放入其中的可轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈及固定刻度盤(pán)組成。1、表頭構(gòu)造和原理（從電路的角度看）：表頭就是一個(gè)電阻，同樣遵從歐姆定律，與其他電阻的不同僅在于通過(guò)表頭的電流是可以從刻度盤(pán)上讀出來(lái)的。原理：磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用，是當(dāng)線圈中通入電流時(shí)，線圈在磁場(chǎng)

2、力的作用下帶著指針一起偏轉(zhuǎn)。電流越大，偏轉(zhuǎn)的角度越大，即指針偏角與電流強(qiáng)度i成正比，即ki 。其數(shù)值通過(guò)指針指示刻度盤(pán)上的刻度來(lái)確定。（刻度盤(pán)上的刻度是均勻的）2、電流表的主要參數(shù)：（1）滿偏電流ig滿偏電流ig：表頭指針偏轉(zhuǎn)到最大刻度時(shí)的電流。電流表允許通過(guò)的最大電流值，此時(shí)指針達(dá)到滿偏；表頭的線圈準(zhǔn)許通過(guò)的最大電流很小，一般不超過(guò)幾十微安到幾毫安，用ig表示。說(shuō)明：如果通過(guò)表頭的電流超過(guò)滿偏電流ig，指針指不出示數(shù)，表頭可能被燒壞。（2）表頭的內(nèi)阻rg表頭的線圈電阻一般為幾歐到幾百歐，這個(gè)電阻值叫做表頭的內(nèi)阻，用rg表示。內(nèi)阻rg：表頭線圈的電阻叫做表頭的內(nèi)阻。說(shuō)明每個(gè)表頭都有它的滿偏電流

3、ig和內(nèi)阻rg，rg和ig是表頭的兩個(gè)重要參數(shù)。（3）滿偏電壓ug：即指針滿偏時(shí)，加在表頭兩端的電壓，故ugigrg表頭通過(guò)滿偏電流時(shí)，加在它兩端的電壓，這個(gè)電壓值叫滿偏電壓，用ug表示。滿偏電流ig、內(nèi)阻rg、滿偏電壓ug三者之間關(guān)系。據(jù)部分電路歐姆定律可知：ug=igrg因而若已知電表的內(nèi)阻rg，則根據(jù)歐姆定律可把相應(yīng)各點(diǎn)的電流值改寫(xiě)成電壓值，即電流表也是電壓表，本質(zhì)上并無(wú)差別，只是刻度盤(pán)的刻度不同而已。通過(guò) “思考與討論”加深這方面的認(rèn)識(shí)。小結(jié)：表頭g的滿偏電壓ug和滿偏電流ig一般都比較小，測(cè)量較大的電壓和較大的電流時(shí)，需要把小量程的表頭g加以改裝。電表的改裝要抓住問(wèn)題的癥結(jié)所在，即表

4、頭內(nèi)線圈容許通過(guò)的最大電流(ig)或允許加的最大電壓(ug)是有限制的。二、電表改裝電壓表和電流表改裝的原理：分別為電路的串聯(lián)分壓原理和并聯(lián)分流原理。電壓表和電流表量程的定義：電壓表的量程：當(dāng)通過(guò)表頭的電流為ig，表頭兩端的電壓為ug時(shí)，指針指示的刻度盤(pán)的最大電壓值。電流表的量程：當(dāng)表頭通過(guò)的電流為ig，指針指示的刻度盤(pán)上的電流的最大值.1、電流表改裝成電壓表改裝前，如圖1所示電壓表改裝中，如圖2所示說(shuō)明：由歐姆定律知：ug = igrg令電壓表量程擴(kuò)大的倍數(shù)為n則：n = u/ug -（1）由串聯(lián)電路的特點(diǎn)得：u = igrg + igr -（2）聯(lián)立（1）（2）解得：r =（n-1）rg

5、（r為分壓電阻）即電壓擴(kuò)大量程的倍數(shù)為n時(shí)，需要串聯(lián)的分壓電阻r=（n-1）rg電壓表改裝后，如圖3所示。說(shuō)明：rv=rg+r、 u=ug+ur 此時(shí)指針指在刻度盤(pán)的 最大值，刻度盤(pán)上的每一個(gè)刻度都變?yōu)樵瓉?lái)的n倍，需要重新標(biāo)識(shí)。改裝后的電壓表的三個(gè)參數(shù)為：允許通過(guò)的最大電流i允=ig測(cè)量的最大電壓（量程）為u=nug電壓表的內(nèi)阻為rv=nrg由改裝后的電壓表的分壓電阻r=（n-1）rg可知，電壓表的量程越大，其分壓電阻越大，電壓表的內(nèi)阻越大。因此通常電路當(dāng)中的電壓表如果沒(méi)有特殊的說(shuō)明，則可以認(rèn)為電壓表內(nèi)阻無(wú)窮大，也就是平時(shí)說(shuō)的理想電壓表。改畫(huà)等效電路時(shí)，電壓表相當(dāng)于斷路。如果知道電壓表的內(nèi)阻，

6、既可以把電壓表當(dāng)成一個(gè)能顯示自身兩端電壓的大電阻，也可以當(dāng)成電流表使用。但在分析由于電表的接入而引起的系統(tǒng)誤差時(shí)，電壓表是不能忽略其內(nèi)阻的。改裝電壓表的校正：用改裝的電壓表與標(biāo)準(zhǔn)電壓表并聯(lián)后接入電路，從小到大依次進(jìn)行校正，所以校正電路一定要選擇分壓式電路。如果在校正的過(guò)程中始終出現(xiàn)改裝的電壓表示數(shù)總是偏大，說(shuō)明通過(guò)表頭的電流過(guò)大，我們只要在分壓電阻上串聯(lián)一個(gè)很小的電阻就可以了。反之，示數(shù)偏小，只要在分壓電阻上并聯(lián)一個(gè)較大的電阻就可以了。2、電流表改裝成電流表改裝前，如圖1所示電流表改裝中，如圖4所示說(shuō)明：由歐姆定律知：ug = igrg令電流表量程擴(kuò)大的倍數(shù)為n則：n = i/ig -（1）由

7、并聯(lián)電路的特點(diǎn)得：igrg =（i-ig）r -（2）聯(lián)立（1）（2）解得：r =rg/（n - 1） （r為分流電阻）即電流擴(kuò)大量程的倍數(shù)為n時(shí)，需要并聯(lián)的分流電阻r=rg/（n-1）電流表改裝后，如圖5所示。說(shuō)明：ri=rrg /（rg+r）i=ig+ir 此時(shí)指針指在刻度盤(pán)的最大值，刻度盤(pán)上的每一個(gè)刻度都變?yōu)樵瓉?lái)的n倍，需要重新標(biāo)識(shí)。改裝后電流表的三個(gè)參數(shù)為：允許加的最大電壓u允=igrg測(cè)量的最大電流（量程）為i=nig電流表的內(nèi)阻為ri=rrg /（rg+r）由改裝后的電流表的分流電阻r=rg/（n-1）可知，電流表的量程越大，其分流電阻越小，電流表的內(nèi)阻越小。因此通常電路當(dāng)中的電流

8、表如果沒(méi)有特殊的說(shuō)明，則可以認(rèn)為電流表內(nèi)阻為零，也就是平時(shí)說(shuō)的理想電流表。改畫(huà)等效電路時(shí)，電流表相當(dāng)于短路。如果知道內(nèi)阻，既可以把電流表當(dāng)成一個(gè)能顯示通過(guò)自身電流的小電阻，也可以當(dāng)成量程很小的電壓表或用它改裝成量程較大的電壓表。但在分析由于電表的接入而引起的系統(tǒng)誤差時(shí)，電流表是不能忽略其內(nèi)阻的。改裝電流表的校正：用改裝的電流表與標(biāo)準(zhǔn)電流表串聯(lián)后接入電路，從小到大依次進(jìn)行校正，所以校正電路一定要選擇分壓式電路。如果在校正的過(guò)程中始終出現(xiàn)改裝的電流表示數(shù)總是偏大，說(shuō)明通過(guò)表頭的電流過(guò)大，我們只要在分流電阻上并聯(lián)一個(gè)很大的電阻就可以了。反之，示數(shù)偏小，只要在分流電阻上串聯(lián)一個(gè)很小的電阻就可以了。三、

9、實(shí)例探究1、表頭（g）改裝成雙量程電流表例1、如圖所示，有一個(gè)表頭g，滿偏電流ig=500 ma，內(nèi)阻rg=200 ，用它改裝為有1 a和10 a兩種量程的電流表，求r1、r2的阻值各為多大？解析：當(dāng)公共端與1 a端接入電路時(shí)，量程為i1=1 a，當(dāng)公共端與10 a端接入電路時(shí)，量程為i2=10 a。當(dāng)公共端與1 a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)系可得：r1+r2=rg代入ig、i、rg的數(shù)值得r1+r2=200 當(dāng)公共端與10 a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-i

10、g）r1代入ig、i2、rg的數(shù)值，可得r2+200 =19 r1由解得 r1=20 ， r2=180 說(shuō)明對(duì)于i1=1 a的量程，g是它的表頭，對(duì)于i2=10 a的量程，g與r2串聯(lián)后相當(dāng)于它的表頭.2、表頭（g）改裝成雙量程電壓表例2、如圖所示，有一個(gè)表頭g，滿偏電流為ig=1 ma，內(nèi)阻rg= 100 ，用它改裝為有5 v和50 v兩種量程的電壓表，求r1、r2的阻值各為多大？答案：r1=4.9 k，r2=49.9 k解析：當(dāng)公共端與5 v端接入被測(cè)電路時(shí)，量程為u1=5 v，當(dāng)公共端與50 v端接入被測(cè)電路時(shí)，量程為u2=50 v.由串聯(lián)電路的電壓分配關(guān)系可知：r1=4900 =4.9

11、 kr2=49900 =49.9 k2-4（2）、表頭改裝成歐姆表的原理一、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，歐姆表和多用電表的制作原理。2.難點(diǎn)是誤差的相對(duì)性，理解歐姆表和多用電表的制作原理。三、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。四、

12、新課教學(xué)（一）復(fù)習(xí)引課師：我們上一節(jié)學(xué)習(xí)了閉合電路的歐姆定律，你們還記得它的內(nèi)容和表達(dá)式嗎？請(qǐng)廖世國(guó)同學(xué)來(lái)說(shuō)一下。生：閉合電路中的電流與電源電動(dòng)拋成正比，與內(nèi)、外電路的電阻之和成反比。表達(dá)式：（老師板書(shū)）師：很好。表達(dá)式中r表示什么呢？生：（齊）外電阻。師：外電阻指的是什么以外的電阻值？生：電源以外的電阻，內(nèi)阻是電源的內(nèi)電阻。師：前面我們還說(shuō)過(guò)電流表和電壓表的改裝。如果要將一個(gè)小量程的電流表的量程擴(kuò)大，那怎么辦？生：只要并上一個(gè)電阻。師：會(huì)畫(huà)電路嗎？生：會(huì)。師：（板畫(huà)電流表擴(kuò)大量程電路如下后）并上的電阻是越大，電流表得到的量程越大，還是并上的電阻越小電流表得到的量程越在呢？為什么？生：并上小電

13、阻，得到量程越大。因?yàn)樾‰娮柙诓⒙?lián)電路中，分流作用大。師：很好。如果將一個(gè)電流表改裝成電壓表，又該怎么辦？生：將它串上一電阻。（老師同時(shí)畫(huà)出相應(yīng)的電路）師：那串上的電阻大電壓表得到量程大，還是串上小電阻，得到量程大呢？為什么？生：串上大電阻電壓表得到的量程大。因?yàn)榇箅娮柙诖?lián)電路中分壓作用大。（二）進(jìn)行新課1歐姆表的改裝（過(guò)渡）師：在實(shí)驗(yàn)中，我們常要測(cè)定電路中的電流和電壓，這個(gè)問(wèn)題利用電流表和電壓表一測(cè)就把問(wèn)題解決了?？墒牵袝r(shí)我們還想知道導(dǎo)體的電阻。同學(xué)們想一想，都有一些什么方法可以測(cè)得電阻的大小呢？生1：伏安法。在電路中測(cè)通過(guò)導(dǎo)體的電流和加在導(dǎo)體兩端的電壓再由求電阻生2：電阻定律法。測(cè)出導(dǎo)

14、體的長(zhǎng)度和橫截面積或直徑，查表獲得電阻率，再由求出電阻大小。師：很好。但是這兩種方法都比較麻煩，我想如果有一個(gè)像電流表、電壓表那樣的儀器，可以直接測(cè)理，那就方便多了。能不能也用電流表改裝一個(gè)歐姆表呢？下面我們一起做一道題，來(lái)了解歐姆表的工作原理。投影：如圖電源的電動(dòng)勢(shì)e=1.5v,內(nèi)阻r=0.5,電流表滿偏電流ig=10 ma,電流表電阻7.5,a、b為接線柱.(1)用導(dǎo)線把a(bǔ)、b直接連起來(lái),此時(shí)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?老師讀題后，由羅風(fēng)同學(xué)來(lái)解答：解：（1）由閉合電路歐姆定律，有師：如果把圖中的電路當(dāng)成一個(gè)歐姆表的話，此時(shí)在a、b兩個(gè)接線柱間接了一個(gè)多大的電

15、阻？為什么？生：電阻為0，因?yàn)閷?dǎo)線電阻近似為0。師：（投影）當(dāng)電流表滿偏時(shí)，外接電阻為0，因此我們把歐姆表兩筆短接，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變動(dòng)器的過(guò)程叫（板書(shū)）電阻調(diào)零，是歐姆表使用時(shí)必須的準(zhǔn)備師：（追問(wèn)）如果把電路中的表頭的滿偏電流值改成電阻值的話，那應(yīng)該是多少？生：0（投影第二問(wèn)）(2)調(diào)到滿偏后保持r1的值不變,在a、b間接一個(gè)150的電阻r2,電流表指針指著多少刻度的位置?師：請(qǐng)肖利金同學(xué)上臺(tái)來(lái)做。解：由閉合電路歐姆定律師：由于滿偏電流是10ma,此時(shí)的電流是5ma,這兩人刻度一個(gè)在最右邊，一個(gè)在表頭中間。此時(shí)在a、b接線柱間接的是150歐的電阻。電流為滿偏電流的一半時(shí),歐姆表的示數(shù)在表盤(pán)的中央，此

16、時(shí)所測(cè)的電阻常叫中值電阻。它與歐姆表的內(nèi)阻有什么關(guān)系？生：它與歐姆表的內(nèi)阻相等。師：（板書(shū)）r中=r歐內(nèi)師：歐姆表的內(nèi)阻有哪些組成部分？生：電源內(nèi)阻，滑動(dòng)變阻器的阻值及表頭內(nèi)阻。（投影第三問(wèn)）(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? 老師與學(xué)生共同解答：代入數(shù)值后，得解出師：根據(jù)這個(gè)r-i的關(guān)系式，我們是否可以將電流表頭的電流值全部改成電阻值，于是它便成了一個(gè)歐姆表了。值得一提的是，r-i的關(guān)系是正比的嗎，是反比的嗎？生：都不是。師：所以我們發(fā)現(xiàn)歐姆表的（板書(shū)）讀數(shù)是不均勻。2、歐姆表（1）內(nèi)部電路及組成投影圖片1師：從左圖中，我們給a、b兩個(gè)接線柱加上兩條長(zhǎng)的表筆

17、，便得到了一個(gè)測(cè)量十分方便的歐姆表了。它的內(nèi)部主要哪些組成部分呢？生：電源，電流表頭，滑動(dòng)變阻器。（2）表頭讀數(shù)的特點(diǎn) 投影圖片2師：從這張圖片中，我們可以看到歐姆表與其它表比較，有 什么不同的地方呢？生：a、零刻度在右邊，左邊為無(wú)限大b、刻度不均勻，左邊密、右邊稀疏師：正是由于刻度不均勻，我們發(fā)現(xiàn)指針在 左側(cè)的誤差明顯增大，所以課本p64說(shuō)只能“粗測(cè)導(dǎo)體的電阻”。3、歐姆表的讀數(shù)投影圖片3師：圖中指針?biāo)傅奈恢酶鞅硎径啻蟮淖x數(shù)。生：1：200歐，2：50歐，3：20歐，4：5歐。師：實(shí)際使用的歐姆表具有多個(gè)量程可以選擇，有×10檔、×100檔、×1000檔等，如

18、果實(shí)驗(yàn)中選擇的是×100檔，圖示中各次的電阻分別為多少？生：以上面的基礎(chǔ)上，再x100就可以了。師：實(shí)際使用中怎樣確定歐姆表選擇哪一檔？怎樣才能使測(cè)得電阻的阻值更精確？大家討論一下。生討論后得出：指針指在中間刻度附近，因?yàn)樽髠?cè)誤差大，右側(cè)測(cè)量值太小。4、多用表（過(guò)渡）我們常常要在同一次實(shí)驗(yàn)中測(cè)得電流值，電壓值或電阻值，能不能只用一塊表解決問(wèn)題呢？（1）最簡(jiǎn)單的多用電表我們一起來(lái)看看p65頁(yè)“思考與討論”，并請(qǐng)同學(xué)完成圖2.8-4.需要說(shuō)明的是,右側(cè)框表示的是個(gè)選擇開(kāi)關(guān)，也說(shuō)單刀多擲開(kāi)關(guān)。請(qǐng)陳泓涵同學(xué)到臺(tái)前來(lái)畫(huà)上電路圖。（學(xué)生板演如下）師：我們一起來(lái)看一下，陳設(shè)計(jì)師為大家設(shè)計(jì)這個(gè)三用表

19、，請(qǐng)問(wèn)當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)置于1，2，3檔時(shí)，分別測(cè)量什么呢？生：1檔是電流檔，2檔是電壓檔，3檔是歐姆檔師：我還發(fā)現(xiàn)有同學(xué)（萬(wàn)超）把電流、電壓表的量程擴(kuò)大了，你知道他是怎樣做到的嗎？生：在電流表的下方并聯(lián)一個(gè)電阻就可以了。師：這個(gè)電路就是一個(gè)最簡(jiǎn)單的多用電表。根據(jù)同一原理，我們可以增加它們的測(cè)量檔位。（2）多用電表下面我們一起來(lái)做p65頁(yè)的“說(shuō)一說(shuō)”師：左圖中，哪些位置測(cè)電流，哪些位置測(cè)電壓，哪些位置又是測(cè)電阻呢？生：1、2檔測(cè)電流，3、4檔測(cè)電阻，5、6檔測(cè)電壓。師：在測(cè)量電流和電壓時(shí)兩個(gè)位置中哪個(gè)位置的量程比較大?為什么？生：測(cè)電流，1檔大，因?yàn)椴⒙?lián)電阻更小；測(cè)電壓，6檔大，因?yàn)榉謮弘娮璐?。同師：為什么題目中不問(wèn)測(cè)電阻的量程哪個(gè)大呢？生：因?yàn)闅W姆表的最大值都是無(wú)窮大。師：如果是3、4檔是相同的電源和滑動(dòng)變動(dòng)器，你知道哪個(gè)檔的中值電阻大嗎？生：4檔大。因?yàn)?檔多了一個(gè)電阻，內(nèi)阻大。（3）多用電表的使用注意事項(xiàng)a.使用前機(jī)械調(diào)零“指針定位螺絲”：讓指針歸0。