2-4认识多用电表 教案

第四节
认识多用电表
教案
三维目标
知识目标
了解欧姆表的基本构造，简单原理和测量电阻的方法。
能力目标
会根据给出的具体数据考虑选用什么规格的仪器。
情感目标
引导学生理解观察内容的真实性，鼓励学生寻查意外现象及异常现象所发生的原因。
培养学生细心操作、认真观察的习惯和分析实际问题的能力。
教学设计
认识多用电表
一、教学目标
（1）了解用伏安法测电阻，无论用“内接法”还是“外接法”，测出的阻值都有误差，懂得误差的产生是由于电压表的分流或电流表的分压作用造成的。
（2）会根据给出的具体数据考虑选用什么规格的仪器。
（3）知道欧姆表测电阻的原理。
二、重点、难点
1.重点是使学生掌握引起测量误差的原因及减小误差的方法。
2.难点是误差的相对性。
主要教学过程
多用电表的原理和使用
（一）原理
　　多用电表（通常叫万用表）能够测量直流电流、直流电压、电阻、交流电压等，并且每种测量都有几个量程．多用电表具有用途多、量程广、使用方便等优点，因而有广泛的应用．
　　多用电表由一只灵敏的直流电流表（表头）与若干元件组成测量电路，每进行一种测量时，只使用其中一部分电路，其他部分不起作用．下面通过一个具体实例说明它的原理．
　　问题
　　现有一表头，满偏电流Ig=500微安，内阻Rg=200欧．用它作多用电表的表头，要求多用电表具有下列各项量程：
　　（1）0～1毫安的直流电流挡．
　　（2）0～10毫安的直流电流挡．
　　（3）0～50伏的直流电压挡．
（4）0～500伏的直流电压挡．
（5）内阻为1．5千欧的电阻挡．
　　应该怎样设计这个简易多用电表的整个电路呢？
　　直流电流挡
　　直流电流挡的电路如图2-48所示．当公共端与1mA端接入被测电路中时，量程为I1=1毫安．当公共端与10mA端接入被测电路中时，量程为I2=10毫安．
　　当公共端与1mA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以求出
　　当公共端与10mA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=500×10-6安，I2=10×10-3安，Rg=200欧，可得
R2+200欧=19R1．
(2)
　　由（1）（2）两式可解得
R1=20欧
R2=180欧．
　　直流电压挡
　　直流电压挡的电路如图2-49所示．当公共端与50V端接入被测电路时，量程为U1=50伏．当公共端与500V端接入被测电路时，量程为U2=500伏．虚线框内相当于表头．表头的内阻R′g为Rg=200欧与R1+R2=200欧并联的总电阻，R′g=100欧．表头的满偏电压Ug=IgRg=500×10-6×200伏=0.1伏．
　　当公共端与50V端接入被测电路时，由串联电路的电压分配关系可得
　　当公共端与500V端接入被测电路时，由串联电路的电压分配关系可得
一、把灵敏电流表改装成多用电表
（一）测量直流电流的原理
一般表头都用微安表（10-6A），如果要测量各种不同数量级的电流强度就必须选取不同数值的分流电阻与做多用表的表头分别并联，从而扩大了表头的量程。在图1中，Rg为多用表的表头内阻，Ig为多用表头的电流量程，又称表头灵敏度（即微安表的满刻度电流），I0为所设计的电流量程。将转换开关K转到毫安挡位置时，电阻R1+R2与表头并联，根据欧姆定律可知：
　
（1）
当Ig、Rg已知时，便可根据所设计的量程I0由公式（1）计算出分流电阻（R1＋R2）的数值。表头与（R1＋R2）并联构成了一个毫安表，由于此毫安表又是下面各挡改装的基础，我们在图14—1中特别用虚线框出。需要说明的是在直流电流挡的电路中的电位R1当做一固定电阻，但在电阻挡中它有重要的用途。
（二）测量直流电压的原理
在图1中，将转换开关K转到直流电压挡位置时，用虚线框出的新的表头即毫安表与电阻R3串联组成了一个直流电压表，R3为降压电阻，U0为设计的直流电压量程，R为毫安表内阻，即电阻R1＋R2与Rg并联后的总电阻，根据欧姆定律可知：
∵U0=I0（R3+R）
　　当Rg、U0、I0为已知时，由公式（2）便可算出降压电阻R3。
　　
[实验步骤]
　　（一）、设计计算
　　根据所用微安表的内阻Rg和量程Ig以及本实验中所要改装的多用表各挡的量程：
利用公式（1）、（2）、（4）、（6）分别算出（R1+R2）、R3、R4、R5各电阻的阻值。
　　（二）组装与校验
　　按照步骤（一）中计算出的R1+R2、R3、R4、R5的理论设计值，分别组装多用表各挡，并进行校验，即组装一挡，校验一挡。
　　1．直流电流表的组装与校验：
将已组装好的1mA直流电流表接入校验电路如图6，调节滑线变阻器R使标准电流表指示1mA满度，再调节R2使组装直流电流表指示1mA满度，反复调节R及R2直至标准表与组装表同时指示出1mA满度，此时达到校验的基本要求，记录下R2的实验值，然后调节R，分别使组装的直流电流表的指示为“400、300、200、100”各标
度时，依次记录标准直流电流表的指示值。校验完毕，将校验电路拆掉，注意R2已不可拆掉（想一想，为什么？）
2．直流电压挡的组装与校验：
　　将1mA电流表组成2.5V直流电压表，接入校验电路如图7，调节R，使标准直流电压表指示到2.5V满度，再调节R3，使组装的直流电压表指示2.5V满度，反复调节R及R3，使标准表与组装表同时指示2.5V满刻度，达到校验的基本要求后，记录下R3的实验值，此时调节R，使组装直流电压表分别指示“500、400、300、200、100”各标度，依次记录标准直流电压表的指示值。校验完毕，将校验电路及R3拆掉。
　　[数据处理]
　　（一）设计计算
　　电流计（微安表头）的满刻度电流Ig=______微安表头内阻Rg=______
　　1．毫安挡的设计量程I0=1.000×10-3A
　　分流电阻计算值R1＋R2=______
R1的标称值=______
R2的计算值=______
R2的实验值=______
　　2．直流电压挡的设计量程U0=2.50V
　　附加电阻R3的计算值=______
R3的实验值=______
　（二）校验组装的万用表
　　1．mA挡的校验
2．V挡的校验
1．为确保电表不致损坏，必须在教师认定所接电路无误时，才能接通电。
2．校准各挡时，一定要注意组装表和标准表都要选好各自的挡位和量程，否则有烧坏电表的危险。
[多用表的结构与使用方法]
　　（一）多用表的结构
　　1．表头：一般采用灵敏度较高、准确度较好的磁电式的微安表。
　　2．线路：多用表就是把电流表、电压表、欧姆表的各线路综合在一起，用开关进行转换，一般电流表是整个电表的公用部分，如开关转换接上降压电阻便可测电压；开关转换接上调零电位器、电池、限流电阻便可测电阻等，多用表种类很多，线路也各不相同，但基本组成是一致的。
　　3．开关：可以称为选择量程开关或转换开关，用此开关进行线路转换，便可选择不同的测量项目及量程，以满足测量要求。
　　4．度盘：多用表因为是多种用途仪表，表盘上印有各种符号、字母、标度尺和数值，均同于一般电表。
　　表盘面刻度的数字一般有好几行，测量中应看哪一行要和选择开关结合起，如选择开关放在“500mA”挡，应看数字是0～500mA的那一行刻度（或扩大整倍数的那一行刻度），一般表盘为了方便，电压、电流用一行刻度。
　　（二）多用表的使用方法
　　1．调整微安表机械零点：用小螺丝刀轻轻转动表盘下的机械调零螺钉，使指针处于零位。
　　2．选好正确挡位及量程：测量前一定要明确测量的物理量，然后转动转换开关S1及S2，确定挡位并选择一个合适的量程。例如：当测量1mA直流时，将S1旋至A挡位置上，将S2旋至“1mA”量程位置上，如图5所示。
注意：使用多用表前如果不仔细选好挡位及量程，甚至误用“μA”、“mA”或用“Ω”挡去测量电压，就有烧毁多用表的危险。
　　3．正确接入测量电路：正确选好挡位及量程后，将红色a、黑色b两表笔连入电路。
　　（1）测量电压时要与电路并联。
　　（2）测量电流时要与电路串联，只能测出通过某一负载下的电流强度。
　　
注意：若测量直流电时，还需注意红色表笔a要接高电位。
　　（3）使用欧姆挡测量二极管正、反向电阻时应注意黑表笔b为高电位，而红表笔a为低电位。测量电阻时，应将电阻与电路断开后进行，测量前先将多用表转换开关转至“Ω”挡，选好合适量程后，将两表笔短路，校正欧姆挡的零点。量程的选择应使测量值尽量靠近表盘中心位置，以减小误差，若需要换挡时，必须重新校正欧姆挡零点。
（二）练习使用
　　多用电表的型号很多，但使用的方法基本相同，下面以J0411型多用电表为例说明它的使用方法和注意事项．
　　（1）J0411型多用电表的外形如图2-52所示．上半部是表头，表盘上有电阻、电流、电压等各种量程的刻度．有的刻度是均匀的，因此合用一个刻度．下半部是选择开关，它的四周刻着各种测量项目和量程．电流和电压分为直流（用符号“一”表示）和交流（用符号“～”表示），要区别开，不要弄错．另外还有电阻挡的调零旋钮和测试笔插孔．
　　测量前，应先检查表针是否停在左端的“0”位置，如果没有停在零位置，要用小螺丝刀轻轻地转动表盘下边中间的调整定位螺丝，使指针指零．然后将红表笔和黑表笔分别插入正（+）、负（-）测试笔插孔．
（2）测量时，应把选择开关旋到相应的测量项目和量程上，读数时，要用跟选择开关的挡位相应的刻度．
测量电流时，跟电流表一样，应把多用电表串联在被测电路里；对于直流电，必须使电流从红表笔流进多用电表，从黑表笔流出．
　　测量电压时，跟电压表一样，应把多用电表和被测部分并联；对于直流电，必须用红表笔接电势较高的点，用黑表笔接电势较低的点．
　　测量电阻时，在选择好选择开关的挡位后，要先把两根表笔相接触，调整欧姆挡的调零旋钮，使指针指在电阻刻度的零位置上（注意，电阻刻度的零位置在表盘的右端）．然后再把两表笔分别与待测电阻的两端相接，进行测量．先测量一两个标了电阻值的电阻元件，练习选择欧姆挡的量程和读数．然后再测量一个额定电压220伏、功率60瓦的电灯泡的电阻和人体或一些常用物体的电阻．
　　应当注意：换用欧姆挡的另一量程时，需要重新调整欧姆挡的调零旋钮，才能进行测量；测量时待测电阻要跟别的元件和电断开（为什么？）；测量时手不要碰到表笔的金属触针，以保证安全和测量的准确．
　　（3）使用后，要把表笔从测试笔插孔拔出，并且不要把选择开关置于欧姆挡，以防电池漏电；长期不使用时，应把电池取出．
多用电表示教板的设计与使用
　　多用电表在电学测试中普遍被采用，常用于测电阻、电压和电流等。它的内部构造是比较复杂的。下面介绍一种易于制作与推广的简化型万用电表示教板。经教学实践表明，它不仅能使学生对万用电表的基本构造有一个大致
的了解，而且对突破教学中的难点效果颇佳。现简介如下：
一、用电表示教板的设计
　　其电路图如图1所示，G为电流表（量程Ig=1mA，内阻Rg=100Ω）；E为干电池（电动势ε=1.5V）；R0为变阻器（最大阻值为1.5kΩ）；R1和R2为定值电阻（R1=2.9kΩ，R2=1Ω）；K1为单刀双掷开关；K2与K3为单刀单掷开关；左右两接线柱分别与红黑表笔相连。
　　将电路图中的各元件换成相应的实物固定在竖立的平板上，即成示教板。为提高可见度，G采用大型演示电流表，且在示教板背后另立支架将其垫高使之位于示教板顶部。
二、多用电表示教板的使用
　　如图1所示的这种简易示教板有三种测试作用：
　　（1）作欧姆表测电阻：将开关K2、K3断开，且将开关K1掷向触点1。此时电阻R1与R2搁置不用，而电流表G与变阻器R0和电池E相串联。且将表头插入相应阻值的刻度盘，即成单量档的欧姆表。用于测电阻，先将红黑表笔短
接，调节R0（调零电阻）使电表指针偏转为满刻度（对应的电阻为零）。然后将待测电阻Rx接入红黑表笔之间，将从表头刻度盘上直接读出其阻值。请注意，此欧姆表的红表笔连内部电负极。
　　（2）作直流伏特表测电压：K2、K3仍然断开，且将K1掷向触点2。此时电池E、R0和R2被搁置不用，而表G与R1相串联。且将表头刻度盘换成相应量程的电压表盘，即成单量程的伏特表。依上述给定的元件参数，可推算出其量程为3伏。用于测直流电压，可将此伏特表与3伏以内的待测电路并联，并联时要注意将红表笔接电路的正极（或电势较高处），而黑表笔接电路的负极（或电势较低处），将从表盘上读出待测电路两端的电压值。
　　（3）作直流安培表测电流：将K1断开，且将K2与K3闭合。此时E、R0和R1搁置不用，而表G与R2相并联。且将表头刻度盘换成相应量程的电流表盘，即成单量程的安培表。依上述给定的元件参数，可推算出其量程为0.1安培。用于测直流电流，可将此安培表与0.1安以内的待测电路串联，串联时要注意将红表笔接电路的正极，而黑表笔接电路的负极，将从表盘上读出待测电路的电流值。