第十一章 电路及其应用 学习活动设计八：如何排查建筑模型电路故障？

第十一章《电路及其应用》学习活动设计八：如何排查建筑模型电路故障？
　　课堂教学：
　　【任务情境】
　　搭建好的建筑模型中，电路是确保建筑功能得到有效实现的重要支撑，若某只灯泡突然熄灭，电路发生了什么故障？用什么工具可以及时消除电路故障，确保建筑模型电路系统安全稳定运行呢？
　　【学习任务一】认识多用电表表盘，了解测量功能
　　情境一：多媒体（或实物投影）展示多用电表，引导学生认真观察多用电表的外形图。
　　学生活动：认真观察教材图11.5-1，描述多用电表表盘、选择开关及开关周围测量功能的区域及量程。
　　教师引导：教师及时对学生描述评价并进一步强调：使用前应该调整指针定位螺丝，使指针指到零刻度。（若不指零，则可用小螺丝刀调整机械调零旋钮使指针指零）；将红、黑表笔分别插入“+”“-”插孔。（重点强调电流从红表笔流入多用电表）使用时，应先将选择开关旋转到与被测物理量对应的位置上并选择合适的量程；不使用时应把选择开关旋转到OFF位置。
　　学生活动：小组合作，讨论与交流并回答问题。
　　提出问题：测量直流电压、电流时，红、黑表笔哪端电势高？表盘应该读哪条刻度线？
　　学生可能回答：红表笔接触点的电势高，黑表笔电势低；读第二排的刻度。
　　提出问题：测量电阻时选择开关旋到哪个挡位？表盘应该读哪条刻度线？
　　学生可能回答：欧姆挡；表盘最上面的刻度线。
　　设计意图：通过学生独立观察，亲身操作，学会操作选择开关，正确选定量程，会正确读取被测物理量数值。通过解决层层递进的问题，促进了物理学科核心素养的达成。
　　【学习任务二】学会使用多用电表测电压、电流和电阻
　　教师活动：发放实验器材，学生分组实验，进行测量。
　　学生活动：分组进行实验。
　　实验一：测量小灯泡两端的电压
　　（1）按照电路图连线，将电压表并联在待测电路两端（连线时注意断开开关）。
　　（2）量程应大于小灯泡两端电压的估计值。
　　（3）将多用电表与小灯泡并联起来。注意一定要使红表笔接触点的电势比黑表笔高。
　　（4）读数并记录数据，读数时先看量程再看小格，注意读数时有效数字的位数。
　　（5）测量结束后，先断开开关，再将多用电表选择开关旋转到OFF处，然后拆除线路。
　　实验二：测量通过小灯泡的电流
　　（1）按照电路图连线，将电流表串联在待测电路中。（连线时注意断开开关）。
　　（2）量程应大于通过小灯泡电流的估计值。
　　（3）电流应该从红表笔流入多用电表。
　　（4）读数时先看量程再看小格，要正视表针。
　　学生活动：小组代表交流测量数据。
　　实验三：测量电阻
　　情境二：多媒体（或实物投影）展示多用电表的欧姆挡，并引导学生观察表盘交流讨论。
　　提出问题：测量电阻时读第一排的刻度，仔细观察表盘刻度有什么特点？
　　学生可能回答：刻度不均匀，左端为∞，右端为0，左密右疏。
　　教师活动：介绍多用电表欧姆挡及使用方法。
　　（1）机械调零：用螺丝刀调节表盘下方机械调零螺丝，使表针指在刻度左边“0”的位置。
　　（2）选挡：测电阻时应该选择适当倍率的欧姆挡，使表针落在刻度盘的中间区域。
　　（3）电阻调零(右侧0)：将红黑表笔短接，调整欧姆调零旋钮，使指针指右侧“0”。
　　（4）测量：将红黑表笔接被测电阻两端进行测量。
　　（5）读数：将指针示数乘以倍率得测量值。
　　（6）将选择开关调至OFF挡或交流电压最高挡位置。
　　教师活动：演示测量电阻的方法，并讲解二极管的特性。演示后学生分组进行测量。
　　学生活动：各小组动手做实验，分别测量定值电阻、小灯泡、人体和二极管的电阻。
　　教师活动：强调注意事项并巡回指导。
　　（1）待测电阻要跟别的元件和电源断开，测定人体电阻时表笔分别与两手接触；测定二极管电阻时，要变换表笔与二极管连接的方式（正向或反向）。
　　（2）选挡位：测量时表针落在刻度盘的中间区域。若偏角大，换小挡；若偏角小，换大挡。
　　（3）换挡后一定要重新将红黑表笔短接进行欧姆调零。
　　（4）电阻值为读数乘倍率。
　　（5）测量结束时进行复位，把选择开关旋转到OFF位置。
　　学生活动：小组代表交流测量结果。
　　设计意图：引导学生在实际操作中学习使用多用电表测量直流电压、电流、电阻等物理量的方法，引导学生在物理实验中运用逻辑思维设计实验，提出质疑，如实记录，并实验检验，发展学生的科学思维能力。同时小组合作学习增强学生的协同意识与合作精神。
　　【学习任务三】使用多用电表排除故障
　　情境三：建筑模型中部分电路如图所示，闭合开关S，发现两个灯都不亮。用多用电表的直流电压挡来检测电路哪个位置发生了故障。
　　提出问题：灯泡熄灭可能由哪种原因造成的？应该用红表笔还是黑表笔始终接触A点？
　　学生可能回答：（1）灯泡和灯泡座接触不良；（2）发生短路或断路；红表笔。
　　提出问题：怎样根据多用电表的读数检查出故障所在的位置？
　　学生可能回答：用红表笔始终接触A点，黑表笔依次接触电路中的B、C、D、E、F等点，如果某次电压表读数为0，则是该点右侧的元件出现了断路。
　　师生总结：电路中某处断路，则断路两端的电压就近似为电源电压。如果该处没有断路，由于电路处于断路状态，该元件两端的电压为0。
　　思考讨论：除了上述方法，还有哪些方法可以检测电路故障？
　　学生回答：还可以用多用电表直流电流挡。
　　教师引导：使用多用电表检测电路故障，一般用电压挡。电流挡只能串联在电路中，与被检测电路并联时，由于内部电阻很小而容易损坏电流挡和电源。
　　教师活动：结合教材图11.5-4简单介绍数字式多用电表的优点和使用方法。
　　首尾呼应：组织学生回答本节课任务情境中的问题。
　　师生总结：可能是发生了电路短路或者断路。可以用多用电表进行测量和检查，消除电路故障，确保建筑模型电路系统安全稳定运行。
　　设计意图：通过问题情境引导学生运用所学知识，掌握用多用电表排除故障方法，进而升华到解决日常生活中的实际问题，发展了学生的科学探究能力，培养学生良好的科学态度。
　　【学习小结】
　　1.认识多用电表表盘，了解测量功能。
　　2.学会使用多用电表测量电压、电流和电阻。
　　3.掌握用多用电表排除故障方法。
　　【学习评价自测】
　　1．如图所示，为多用电表的表盘，测电阻时，若用的是“×100”挡，这时指针所示被测电阻的阻值应为________欧；测直流电流时，用的是100mA的量程，指针所示电流值为________毫安；测直流电压时，用的是50V量程，则指针所示的电压值为________伏。
　　答案：1700，47，23.5
　　解析：测电阻时，若用的是×100量程，这时表针所示被测电阻的阻值应为17×100=1700欧；
　　测直流电流时，用的是100mA的量程，由图示表盘可知，其分度值为2mA，指针所示电流值为47 mA；测直流电压时，用的是50V量程，由图示表盘可知，其分度值为1V，则指表针所示的电压值为23.5V。
　　2. 用多用表的欧姆挡测电阻，下列说法中哪些是正确的（ ）
　　A．测量前必须调零，而且每测一次电阻都要重新调零
　　B．每次换挡后必须电阻调零
　　C．待测电阻如果是连接在某电路中，应把它先与其它元件断开，再进行测量
　　D．两个表笔要与待测电阻接触良好才能测得较准确，为此，应当用两只手分别将两个表笔与电阻紧紧在捏在一起
　　答案：BC
　　解析：A．用欧姆表测量电阻时，不是每次测量都要重新调零，而是在换挡后要重新调零，故A错误，B正确。
　　C．电阻如果是连在电路中，应当把它与其它元件断开，再进行测量，故C正确。
　　D．两个表笔与待测电阻要接触良好才能测得准确，但是不能将两只手分别将两只表笔与待测电阻两端紧紧捏在一起，故D错误。
　　3．用如图所示的多用电表测量一个阻值约为20Ω的电阻，测量步骤如下
　　（1）调节指针定位螺丝，使多用电表指针指着____。
　　（2）将选择开关旋转到“Ω”挡的____位置。
　　（3）将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔，并将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使电表指针对准__________。
　　（4）将红、黑表笔分别与待测电阻两端接触，若多用电表读数如图所示，该电阻的阻值为______Ω。
　　（5）测量完毕，将选择开关旋转到OFF位置。
　　答案：(1)零刻度；（2）×1；（3） 欧姆零点；（4）19.0
　　4.如图电路中有AB、CD、EF三根连接电路的导线，其中一根导线内部的铜丝是断的，另外两根导线和电源、电阻R1、R2都是完好的。为了查出断导线，在开关S闭合的情况下，某同学把多用电表的红表笔接在A点的电源正极接线柱上，将黑表笔分别接在其他点所示的接线柱上，根据多用电表的示数作出判断。测量前该同学应将多用表调至______（将选项代号的字母填在横线上）。
　　A．欧姆挡 B．直流2.5V挡
　　C．直流10V挡 D．直流0.5A挡
　　答案：C
　　解析：用电压挡检测其量程要大于6V，用欧姆挡要把开关断开，本题操作没有，不能用电流挡，因为用电流挡可能出现短路状态。故C正确，A、B、D错误，故选C。