第十一章 电路及其应用 学习活动设计七：怎样用小量程的电流表测量建筑模型电路的电流和电压？

第十一章《电路及其应用》学习活动设计七：怎样用小量程的电流表测量建筑模型电路的电流和电压？
　　课堂教学：
　　【任务情境】在设计的建筑模型电路中，有的线路发生了故障。为了查找电路中的问题，我们想测电路中的电流和电压，但只有小量程的电流表和一些固定电阻。能否用小量程电流表测量建筑模型电路的电流和电压？
　　【学习任务一】认识灵敏电流计(表头)
　　教师展示：灵敏电流计(表头)。引导思考：表头有哪些主要参量,各参量间有什么关系？
　　学生阅读材料，讨论总结:
　　(1)满偏电流Ig
　　表头的线圈准允通过的最大电流很小，一般不超过几十微安到几毫安，这个电流值是表头指针偏转到最大刻度时的电流，叫表头的满偏电流，用Ig表示。
　　[说明]如果通过表头的电流超过满偏电流Ig，不但指针指不出示数，表头还可能被烧坏。
　　(2)表头的内阻Rg
　　表头的线圈电阻一般为几欧到几百欧，这个电阻值叫做表头的内阻，用Rg表示。
　　[说明]每个表头都有它的满偏电流Ig和内阻Rg，Rg和Ig是表头的两个重要参数。
　　(3)表头的满偏电压Ug
　　表头通过满偏电流时，加在它两端的电压，这个电压值叫满偏电压，用Ug表示。
　　交流讨论：小量程电流表可以测电压吗？
　　引导思考：小量程电流表可以测大电流和大电压吗？
　　师生总结：
　　1.小量程电流表(表头)有三个主要参数(1)内阻Rg (2)满偏电流Ig (3)满偏电压Ug，Ug＝IgRg
　　2.表头G的满偏电压Ug和满偏电流Ig一般都比较小，测量较大的电压和较大的电流时，需要把小量程的表头G加以改装。
　　【学习任务二】：小量程电流表改装成电压表。
　　教师引导思考：怎样把小量程电流表改装成电压表？
　　学生合作探究：依据串联分压关系U＝Ug＋UR
　　小组设计电路图：
　　例1：有一个灵敏电流表，内阻Rg＝10Ω，满偏电流Ig＝3mA。要把它改装为量程为0～3V的电压表，要串联多大的电阻？改装后的电压表内阻多大？
　　解：电压表由表头和电阻R串联组成，如图中的虚线框所示。电压表的量程是0～3V，是指电压表两端的电压为3V时，表头的指针指在最大刻度，即通过灵敏电流表的电流等于Ig。
　　此时表头G两端得到的是满偏电压Ug＝IgRg＝0.03 V。电阻R分担的电压为UR＝U－Ug＝2.97 V。
　　由欧姆定律可以求出分压电阻
　　电压表V的内阻等于Rg和R串联时的总电阻，即RV＝Rg＋R＝1 000 Ω。
　　教师展示：演示电压表的内部结构和表盘。
　　学生思维拓展：
　　(1)电压表的量程与分压电阻的大小有什么关系？
　　(2)改装后的电压表表盘刻度还是均匀的吗？怎样改写表盘？
　　师生总结:用小量程电流表改装电压表，
　　【学习任务三】：小量程电流表改装成大量程电流表。
　　教师引导问题：怎样把小量程电流表改装成大量程电流表？
　　学生合作探究：依据并联电流I＝Ig＋IR
　　小组电路设计图：
　　例2：有一个灵敏电流计，内阻Rg＝30 Ω，满偏电流Ig＝1 mA。要把它改装为量程为0～0.6 A的电流表，要并联多大的电阻？改装后的电流表内阻多大？
　　解：电流表由表头和电阻R并联组成，如图中的虚线框所示。电流表量程为0～0.6 A，是指通过电流表A的电流为0.6 A时，表头的指针指在最大刻度，即通过表头的电流等于Ig。
　　此时通过电阻R的电流IR＝I－Ig＝0.599 A
　　由欧姆定律可以求出分流电阻
　　电流表内阻RA等于Rg与R的并联值。由
　　可以解出RA，然后代入数据，得
。
　　教师展示：演示电流表的内部结构和表盘。
　　学生思维拓展
　　(1)电流表的量程与分流电阻的大小有什么关系？
　　(2)改装后的电流表表盘刻度还是均匀的吗？怎样改写表盘？
　　师生总结：小量程电流表改装成大量程电流表
　　应用改装成的电流表和电压表，我们可以对设计的建筑模型电路进行故障分析。
　　【学习评价自测】
　　1．一灵敏电流计，允许通过的最大电流(满刻度电流)为Ig＝50μA，表头电阻Rg＝1kΩ，若改装成量程为0～6V的电压表，应串联的电阻阻值为______ Ω
　　答案解析：119000Ω。改装成的电压表满偏时Ug=IgRg=0.05V,此时电阻两端电压UR=6-Ug=5.95V,
　　2.如图所示，有一个表头G，满偏电流Ig＝500 mA，内阻Rg＝200 Ω，用它改装为有1 A和10 A两种量程的电流表，求R1、R2的阻值各为多大？
　　答案解析：当公共端与1 A端接入电路时，量程为I1＝1 A，当公共端与10 A端接入电路时，量程为I2＝10 A。
　　当公共端与1 A端接入被测电路时，电阻R1和R2串联，再与表头内阻Rg并联。由并联电路中的电流分配关系可得：R1＋R2
　　代入Ig、I、Rg的数值得R1＋R2＝200 Ω①
　　当公共端与10 A端接入被测电路时，电阻R1与表头支路的电阻Rg＋R2并联。由并联电路的特点可知：Ig(Rg＋R2)＝(I2－Ig)R1
　　代入Ig、I2、Rg的数值，可得R2＋200 Ω＝19R1②
　　由①②解得R1＝20Ω，R2＝180Ω。