2021-2022高中物理人教版选修3-1教案：第二章第8节多用电表的原理2Word版含答案

《多用电表的原理》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＝10mA，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＝EQ\F(U,R)可知，电阻R＝EQ\F(U,I)，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＝EQ\F(U,I)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)AVRAAVRAVR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＝EQ\F(U,I)R真＝EQ\F(U,IR)＝EQ\F(U,I－IV)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＝EQ\F(R真RV,R真＋RV)解得：R真＝EQ\F(R测RV,RV－R测)c．外接法的绝对误差ΔR＝R－EQ\F(RRV,R＋RV)＝EQ\F(R2,R＋RV)d．外接法的相对误差δ＝EQ\F(ΔR,R)＝EQ\F(R,R＋RV)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＝EQ\F(U,I)R真＝EQ\F(UR,I)＝EQ\F(U,I)－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－RAc．内接法的绝对误差ΔR＝(R＋RA)－R＝RAd．外接法的相对误差δ＝EQ\F(ΔR,R)＝EQ\F(RA,R)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。δRδ＝1δ内δ外O③当R＞EQ\R(RARV)时，内接法的相对误差较小。R＜EQ\R(RARδRδ＝1δ内δ外O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EQ\F(R,R＋RV)＝EQ\F(RA,R)R≈EQ\R(RARV)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＞EQ\R(RARV)时，内接法的相对误差较小，应选择内接法电路。R＜EQ\R(RARV)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＝3.0V，I1＝3.0mA，然后将电压表改接在b点，读得两表示数分别为U2＝2.9V，I2＝4.0mA，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＝0.1VΔI＝I2－I1＝（4.0－3.0）mA＝1.0mA则EQ\F(ΔU,U1)＝EQ\F(1,30)，EQ\F(ΔI,I1)＝EQ\F(1,3)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＝EQ\F(U1,I1)＝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