eq \(\s\up7(),\s\d5(整體設(shè)計))


教學(xué)目標


(一)知識與技能


理解并掌握歐姆表和多用電表的制作原理。


(二)過程與方法


動手操作，學(xué)會用多用電表測量小燈泡的電壓、電流及二極管的正、反向電阻。


(三)情感、態(tài)度與價值觀


培養(yǎng)學(xué)生探索、發(fā)現(xiàn)，勇于創(chuàng)新的精神。


教學(xué)重點難點


重點：歐姆表和多用電表的制作原理。


難點：理解歐姆表和多用電表的制作原理。


教學(xué)方法


探究、講授、討論、練習


教學(xué)媒體


投影儀、多用電表(指針式、數(shù)字式)、小燈泡、電池、電鍵、導(dǎo)線(若干)、二極管。


eq \(\s\up7(),\s\d5(教學(xué)過程))


導(dǎo)入新課


教師：我們已經(jīng)學(xué)習過把電流表改裝成電壓表和量程較大的電流表的原理，下面請同學(xué)們畫出改裝的原理圖。


學(xué)生：在練習本上畫出改裝的原理圖。學(xué)生代表到黑板上畫。


師生互動：對學(xué)生畫的改裝原理圖進行點評。


教師：能否將電流表改裝成測量電阻的歐姆表呢？下面我們就來探究這方面的問題。


推進新課


1．歐姆表


教師活動：(投影)教材例題1


【例題1】在如圖所示的電路中，電源的電動勢E＝1.5 V，內(nèi)阻r＝0.5 Ω，電流表滿偏電流Ig＝10 mA，電流表電阻7.5 Ω，A、B為接線柱。





歐姆表的原理


(1)用一條導(dǎo)線把A、B直接連起來，此時，應(yīng)把可變電阻R1調(diào)節(jié)為多少才能使電流表恰好達到滿偏電流？


(2)調(diào)至滿偏后保持R1的值不變，在A、B間接入一個150 Ω的定值電阻R2，電流表指針指著多少刻度的位置？


(3)如果把任意電阻R接在A、B之間，電流表讀數(shù)I與R的值有什么關(guān)系？


教師引導(dǎo)學(xué)生分析、求解，對求解結(jié)果進行總結(jié)、點評。


解：(1)因電流表電阻Rg的值不能忽略，此時可以把電流表視為一個電阻來計算。由閉合電路歐姆定律，有


Ig＝eq \f(E,Rg＋r＋R1)


從中解出可變電阻R1的值


R1＝eq \f(E,Ig)－Rg－r


＝(eq \f(1.5,0.01)－7.5－0.5) Ω


＝142 Ω


這表示，當兩個接線柱直接連到一起，且表頭指針恰好滿偏時，可變電阻R1的值為142 Ω。


(2)保持可變電阻R1的值不變，把R2＝150 Ω接在A、B之間，設(shè)這時電流表讀數(shù)為I2，由閉合電路歐姆定律


I2＝eq \f(E,Rg＋r＋R1＋R2)


＝eq \f(1.5,7.5＋0.5＋142＋150) A


＝0.005 A


＝5 mA


這表示，接入R2后，電表指在“5 mA”刻度的位置。


(3)把任意電阻R接到A、B之間、設(shè)電流表讀數(shù)為I，則


I＝eq \f(E,Rg＋r＋R1＋R)


代入數(shù)值后，得I＝eq \f(1.5 V,150 Ω＋R)


解出R＝eq \f(1.5 V,I)－150 Ω


教師：通過以上計算同學(xué)們有何啟發(fā)？如何將電流表轉(zhuǎn)換成直接測量電阻的儀表？談?wù)勀愕脑O(shè)想。


學(xué)生討論，代表發(fā)言：將電流表的“10 mA”刻度線標為“0 Ω”，“5 mA”刻度線標為“150 Ω”，其他電流刻度按R＝eq \f(1.5,I)－150(Ω)的規(guī)律轉(zhuǎn)為電阻的標度，這樣，電流表就改裝成了直接測電阻的儀器。


教師(總結(jié))：(投影)教材圖(如圖所示)。這就是一個最簡單的歐姆表的電路原理圖。實際的歐姆表就是在這個原理的基礎(chǔ)上制成的。





歐姆表電路








2．多用電表


教師：將電壓表、電流表、歐姆表組合在一起就成了多用電表。


(投影)教材圖1和2(如圖所示)。





圖1 電流表、歐姆表和電壓表的示意圖











圖2 請完成最簡單的多用電表的電路圖








圖1分別表示電流表、歐姆表、電壓表的電路示意圖。把它們組合在一起，在圖2的基礎(chǔ)上畫出最簡單的多用電表的電路，并說明轉(zhuǎn)換測量功能。


學(xué)生討論，畫電路圖。


教師：(投影)教材圖(如圖所示)。





多量程多用電表示意圖








說出哪些位置是電流擋、哪些位置是電壓擋、哪些位置是歐姆擋、哪些位置的量程比較大？


學(xué)生討論、代表發(fā)言。


師生互動、點評。


教師：(投影)教材圖1和2(如圖所示)。向?qū)W生介紹指針式多用電表和數(shù)字式多用電表的外形和各部分結(jié)構(gòu)。





圖1 指針式多用電表








圖2 數(shù)字式多用電表








[實驗]練習使用多用電表


準備


(1)觀察多用電表的外形，認識選擇開關(guān)的測量項目及量程；


(2)檢查多用電表的指針是否停在表盤刻度左端的零位置。若不指零，則可用小螺絲刀調(diào)整機械調(diào)零旋鈕使指針指零；


(3)將紅、黑表筆分別插入“＋”“－”插孔；


測電壓


(4)將選擇開關(guān)置于直流電壓2.5 V擋，測1.5 V干電池兩端的電壓；


(5)將選擇開關(guān)置于交流電壓250 V擋，測220 V的交流電壓；


測電流


(6)將選擇開關(guān)置于直流電流10 mA擋，測量1.5 V干電池與200 Ω電阻串聯(lián)回路的電流；


測電阻


(7)將選擇開關(guān)置于歐姆表的“×1”擋，短接紅、黑表筆，轉(zhuǎn)動調(diào)整歐姆零點的旋鈕，使指針指向歐姆表刻度的零位置。


(8)將兩表筆分別接觸幾歐、幾十歐的定值電阻兩端，讀出歐姆表指示的電阻數(shù)值，并與標準值比較，然后斷開表筆。


(9)將選擇開關(guān)置于歐姆擋的“100”擋，重新調(diào)整歐姆零點，然后測定幾百歐、幾千歐的電阻，并將測定值與標準值進行比較。


測二極管的正、反向電阻


(10)首先弄清兩個問題：


①二極管的單向?qū)щ娦?。如圖：電流從正極流入電阻較小，從正極流出時電阻較大。





晶體二極管和它的符號


②歐姆表中電流的方向。從黑表筆流出，經(jīng)過待測電阻，從紅表筆流入。


(11)測正向電阻：將選擇開關(guān)置于歐姆表的“×10”擋，短接紅、黑表筆，轉(zhuǎn)動調(diào)整歐姆零點的旋鈕，使指針指向歐姆表刻度的零位置。黑表筆接二極管正極、紅表筆接二極管負極(如圖甲)，讀出歐姆表指示的電阻數(shù)值，乘以倍率，記下正向阻值。





甲 測二極管正向電阻





乙 測二極管反向電阻








(12)測反向電阻：將選擇開關(guān)置于歐姆表的“×1 K”擋，短接紅、黑表筆，轉(zhuǎn)動調(diào)整歐姆零點的旋鈕，使指針指向歐姆表刻度的零位置。黑表筆接二極管負極、紅表筆接二極管正極(如圖乙)，讀出歐姆表指示的電阻數(shù)值，乘以倍率，記下反向阻值。


(13)實驗完畢，將表筆從插孔中拔出，并將選擇開關(guān)置于“OFF”擋或交流電壓最高擋。


【注意事項】


(1)多用電表在使用前，一定要觀察指針是否指向電流的零刻度。若有偏差，應(yīng)調(diào)整機械零點；


(2)合理選擇電流、電壓擋的量程，使指針盡可能指在表盤中央附近；


(3)測電阻時，待測電阻要與別的元件斷開，切不要用手接觸表筆；


(4)合理選擇歐姆擋的量程，使指針盡可能指在表盤中央附近；


(5)換用歐姆擋的量程時，一定要重新調(diào)整歐姆零點；


(6)要用歐姆擋讀數(shù)時，注意乘以選擇開關(guān)所指的倍數(shù)；


(7)實驗完畢，將表筆從插孔中拔出，并將選擇開關(guān)置于“OFF”擋或交流電壓最高擋。長期不用，應(yīng)將多用電表中的電池取出。


思考與討論：(投影)教材圖。兩位同學(xué)在多用電表用完后，把選擇開關(guān)放在圖示的位置，你認為誰的習慣比較好？








誰的習慣比較好？








(三)課堂總結(jié)、點評


教師活動：讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學(xué)到黑板上總結(jié)，其他同學(xué)在筆記本上總結(jié)，然后請同學(xué)評價黑板上的小結(jié)內(nèi)容。


學(xué)生活動：認真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來，比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié)，看誰的更好，好在什么地方。


點評：總結(jié)課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力。


教師要放開，讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識框架。


(四)實例探究


歐姆表的使用


【例1】某人用多用電表按正確步驟測量一電阻的阻值，當選擇歐姆擋“×1”擋測量時，指針指示位置如下圖所示，則其電阻值是________。如果要用這只多用電表測量一個約200歐的電阻，為了使測量比較精確，選擇開關(guān)應(yīng)選的歐姆擋是________。改變擋位調(diào)整倍率后，要特別注意重新____________。





答案：12 Ω “×10擋” 調(diào)整歐姆零點


【例2】調(diào)整歐姆零點后，用“×10”擋測量一個電阻的阻值，發(fā)現(xiàn)表針偏轉(zhuǎn)角度極小，那么正確的判斷和做法是( )


A．這個電阻值很小


B．這個電阻值很大


C．為了把電阻值測得更準確些，應(yīng)換用“×1”擋，重新調(diào)整歐姆零點后測量


D．為了把電阻值測得更準確些，應(yīng)換用“×100”擋，重新調(diào)整歐姆零點后測量


答案：BD





歐姆表的測量原理


【例3】如圖所示為多用電表歐姆擋的原理示意圖。其中，電流表的滿偏電流為300 μA，內(nèi)阻rg＝100 Ω，調(diào)零電阻最大值R＝50 kΩ，串聯(lián)的定值電阻R0＝50 Ω，電池電動勢E＝1.5 V。用它測量電阻Rx，能準確測量的阻值范圍是( )





A．30～80 kΩ B．3～8 kΩ


C．300～800 Ω D．30～80 Ω


解析：用歐姆擋測量電阻時，指針指在表盤中央附近時測量結(jié)果比較準確。當電流最大時，由Ig＝eq \f(E,R內(nèi))，(其中R內(nèi)為歐姆表的內(nèi)阻)得R內(nèi)＝eq \f(E,Ig)＝eq \f(1.5,300×10－6) Ω＝5 000 Ω


用它測量電阻Rx時，當指針指在表盤中央時


eq \f(1,2)Ig＝eq \f(E,R內(nèi)＋Rx)得


Rx＝eq \f(2E,Ig)－R內(nèi)＝5 000 Ω


故能準確測量的阻值范圍是5 kΩ附近。選項B正確。


用多用電表測電流


【例4】用多用電表測量如圖所示的電路中通過燈泡的電流時，首先把選擇開關(guān)撥到________擋，然后把多用電表______聯(lián)在電路中，則電流應(yīng)從________表筆流入，從________表筆流出。





答案：直流電流 串 紅 黑


eq \(\s\up7(),\s\d5(備課資料))





數(shù)字萬用表，一種多用途電子測量儀器，一般包含安培計、電壓表、歐姆計等功能，有時也稱為萬用計、多用計、多用電表或三用電表。


數(shù)字萬用表—概要


數(shù)字萬用表有用于基本故障診斷的便攜式裝置，也有放置在工作臺的裝置，有的分辨率可以達到七、八位數(shù)；這樣的設(shè)備，在實驗室很常見，一般被用作電壓或電阻的基準，或用來調(diào)校多功能標準器的性能。


數(shù)字萬用表—基本功能


電流、電壓和電阻的測量，一般被視為萬用計的基本功能。早期萬用表制造廠商AVO的品牌，就是該設(shè)備能夠測量的這三種度量單位的名稱的縮寫：安培(Ampere)、伏特(Vlt)、歐姆(Ohm)。


現(xiàn)在的新設(shè)備，可以測量更多的度量；一些常見的附加功能，及其測量的度量單位包括：


電感(亨利)


電容(法拉)


電導(dǎo)(西門子)


溫度(攝氏度)


頻率(赫茲)


占空比(百分率)


數(shù)字萬用表—歷史


數(shù)字萬用表是經(jīng)過歷史慢慢發(fā)展來的。早期的萬用表，使用磁石偏轉(zhuǎn)指針的表盤，與經(jīng)典的電流計相同；現(xiàn)代則采用LCD或VFD(真空熒光顯示器，Vacuum flurescent display)提供的數(shù)字顯示。


模擬萬用表在二手市場上不難找到，但它不太精確，這是因為調(diào)零和從儀表面板上準確的讀數(shù)都容易產(chǎn)生偏差。


有的模擬萬用表，使用真空管來放大輸入的信號，這種設(shè)計的萬用表也被稱為真空管伏特計(VTVM，Vacuum Tube Vlt Meters)或真空管萬用表(VTMM，Vacuum Tube Multimeters)。


現(xiàn)代萬用表已全部數(shù)字化，并被專稱為數(shù)字萬用表(DMM，Digital MultiMeter)。在這種設(shè)備中，被測量信號被轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓并被數(shù)字的前置放大器放大，然后由數(shù)字顯示屏直接顯示該值；這樣就避免了在讀數(shù)時視差帶來的偏差。


同樣，更好的電路系統(tǒng)和電子學(xué)，也提高了測量精度。舊的模擬儀表的基本精度在5%到10%之間，現(xiàn)代便攜數(shù)字萬用表則可以達到±0.025%，而工作臺設(shè)備更高達百萬分之一的精度。


數(shù)字萬用表—進階功能


從控制電路到小型嵌入式計算機，集成電路使現(xiàn)代數(shù)字儀表能提供更多的功能。常見的增強測量包括：


限制電流的半導(dǎo)體結(jié)電壓降測量，用來確定晶體管的類型


測量量的圖形化顯示，比如柱狀圖；可以使是否通過(g/n－g)測量更容易連續(xù)測量，并在電路發(fā)生狀況時發(fā)聲報警


低頻示波器


電話測試裝置


自動電路測試，包括自動的定時、延時信號等


簡單的數(shù)據(jù)探測功能，比如記錄指定時期的最大、最小讀數(shù)，或按照固定間隔獲取一定量的樣本讀數(shù)


取樣并保持，可以鎖定最后一次的讀數(shù)，供在設(shè)備從測試電路上拿開之后讀取


自動轉(zhuǎn)換測試量程，測量時儀表自動選擇合適的測量量程，保護儀表不被損壞


數(shù)字萬用表通常有電路或者軟件可以保證準確地測量任何頻率的交流電壓。這類萬用表使用均方根方法合并輸入信號，這樣即使輸入信號不是一個理想的正弦波，也能正確地讀取到真正的電壓值。


有些現(xiàn)代萬用表可以通過紅外線、RS232或IEEE488設(shè)備總線等與個人計算機相連。通過這些方式，計算機可以在測量時記錄讀數(shù)，或者從設(shè)備把一組結(jié)果上傳到計算機中。


現(xiàn)代設(shè)備和系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，萬用表在技師工具箱中也逐漸不再通用；更復(fù)雜和專業(yè)化的設(shè)備正在取代它。例如，原來在測量天線時，工作人員可能是使用歐姆計測量它的電阻；而現(xiàn)代技術(shù)人員則可能使用手持分析儀測試幾個參數(shù)，以此來確定天線電纜的完整性。


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8 多用電表的原理

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