鲁科版 (2019)必修 第三册第4章 闭合电路欧姆定律与科学用电第3节 科学测量:用多用电表测量电学量公开课教案设计

这是一份鲁科版 (2019)必修 第三册第4章 闭合电路欧姆定律与科学用电第3节 科学测量:用多用电表测量电学量公开课教案设计，共8页。教案主要包含了教学目标，教学重难点，教学过程等内容，欢迎下载使用。

【教学目标】
【教学重难点】
1．能分析实验数据，测得相关电学量，会分析实验误差。
2．能提出并准确表述在实验中可能遇到的物理问题。
【教学过程】
一、导入新课
电压可直接用电压表测量，电流可直接用电流表测量，是否有一种仪器可用以测量电压、电流和电阻呢？本节学习使用多用电表直接测量电压、电流和电阻这些电学量。
二、新知学习
（一）认识多用电表
1．欧姆表的构造
欧姆表是根据闭合电路欧姆定律制成的。欧姆表内部电路如图所示，由表头G、电源、调零电阻R1（一个可变电阻）三者串联而成。在欧姆表外部，红、黑表笔间接上被测电阻后，就与欧姆表内部电路一起组成了闭合电路。
2．欧姆表原理
（1）欧姆表测量电阻的理论根据是闭合电路欧姆定律，所以通过表头的电流为I＝eq \f(E,Rx＋R1＋Rg＋r)，Rx与电流I一一对应，故可以将表盘上的电流值改为电阻值，就可以从表盘上直接读出电阻的数值，这样就制成了一个欧姆表（如图丙）。其中，R1叫调零电阻，R1＋Rg＋r为欧姆表的内阻。
（2）当红、黑表笔断开时（如图乙），电流表中电流为零，此时表笔间电阻无穷大，所以在表盘上电流为零处标电阻“∞”；当红、黑表笔短接时（如图甲），调节欧姆调零电阻，使电流表指针满偏，所以在电流满偏处标电阻“0”。
（3）I与Rx不是线性关系，欧姆表的刻度不均匀。
（4）欧姆表指针偏角（偏角是指相对零电流位置或左端的“∞”刻度而言的）越大，表明被测电阻越小。
（5）中值电阻：当外加电阻Rx＝r＋Rg＋R1时，电流为I＝eq \f(E,Rx＋R＋Rg＋r)＝eq \f(1,2)Ig，此时电流表指针指在刻度盘的中央，该电阻叫中值电阻。
3．多用电表的外部结构
指针式多用电表
如图所示是一种指针式多用电表外形图，表的上半部分为表盘，下半部分是选择开关，开关周围标有测量功能的区域及量程。表盘上还有机械调零旋钮、欧姆调零旋钮红黑表笔插孔等。
（二）多用电表的读数
1．五分估读：如图所示，在测量直流电压时，若选择开关对应的量程为2.5 V，看第二排刻度线，由此量程可确定刻度每大格值为0.5 V，每小格值为0.05 V，即测量精度为0.05 V。读数时要估读到分度值的五分之一，也就是由指针位置可读得电压准确值为2.1 V，估读值为小格值的eq \f(2,5)，即0.02 V所以电压测量值为2.12 V。
电压示数
2．二分估读：如图所示，在测量直流电流时，若选择开关对应的量程为100 mA，看第二排刻度线，由此量程可确定刻度每大格值为20 mA，每小格值为2 mA，即测量精度为2 mA。读数时要估读到测量精度的二分之一，这时要求“半格估读”，即不足半格的略去，超过半格的要按半格读出或整格读出。图中指针位置接近92 mA，所以电流测量值为92 mA。
电流示数
3．十分估读：在测量电阻时，若选择倍率“×10”指针位置如图所示，看第一排刻度线，由刻度10～15有5小格，可确定每小格值为1，读数时要估读到分度值的十分之一，由图中指针位置可读得刻度值为10.6，倍率为“×10”，电阻测量值为106 Ω。
电阻示数
（三）用多用电表测量电学量
1．实验目的
（1）用多用电表测量电路元件的电压值。
（2）用多用电表测量电路元件的电流值。
（3）用多用电表测量电阻的电阻值。
2．实验器材
多用电表、不同阻值的电阻、学生电源、小灯泡、滑动变阻器、开关、导线等。
3．实验原理与设计
如图是一种测量直流电流、电压和电阻的多用电表原理示意图。
（1）当选择开关拨至触点1或2，表头与电阻并联，所以1、2为电流挡，由于并联阻值的大小不同，量程也不同，1的量程较大。
（2）当选择开关拨至触点3或4时，表头与电阻串联，所以3、4为电压挡。由于串联阻值的大小不同，量程也不同。
（3）当选择开关拨至触点5时，接通内部电源，此时为欧姆挡。
4．实验步骤
（1）用多用电表测量电路元件的电压值
①观察多用电表指针是否在零刻度，若不在零刻度，则用螺丝刀转动机械调零旋钮，使指针停于左端零刻度。
②用直流电源对小灯泡正常供电。根据待测电压的估计值，将选择开关旋转到直流电压挡的适当量程。
③将红、黑表笔分别插入“＋”、“－”插孔，用红、黑表笔使多用电表并联在小灯泡两端，注意使电流从“＋”插孔流入多用电表，从“－”插孔流出多用电表，检查无误后再闭合开关S，如图所示。
测量直流电压
④根据所选量程以及指针所指的刻度值，读出多用电表的示数。
（2）用多用电表测量通过电路元件的电流值
①根据待测电流的估计值（未知时，从最大量程试测）。将选择开关旋转到直流电流挡的适当量程。
②将红、黑表笔分别插入“＋”、“－”插孔，将多用电表串联在电路中，使电流从红表笔流入多用电表，从黑表笔流出。检查无误后再闭合开关S，如图所示。
测量直流电流
③根据所选量程以及指针所指的刻度值，读出多用电表的示数。
（3）用多用电表测量电阻的电阻值
①检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的“0”刻度线处。若不指“0”，可用小螺丝刀转动指针定位螺丝进行机械调零。
②将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔。
③根据被测电阻阻值，选择合适的倍率，把两表笔短接，观察指针是否指在电阻挡的“0”刻度位置，若没有，则调节欧姆调零旋钮，使指针指在电阻挡的“0”刻度位置——也叫欧姆调零。
④将被测电阻接在两表笔之间，如果指针偏角过小（大），需要更换更大（小）倍率欧姆挡。
⑤待指针稳定在表盘中央刻度附近后，读出指针在刻度盘上所指的欧姆数，根据选择开关所对应的电阻挡的倍率，用欧姆数乘以倍率，即得测量结果。
⑥重复③～⑤，测量下一个电阻。
⑦测量完毕，应将选择开关置于“OFF”位置或交流电压最高挡；若长期不用，应取出电池。
5．注意事项
（1）在不知道待测电阻的估计值时，应先从高倍率开始。
（2）两手一定不要同时接触两表笔金属杆。
（3）指针稳定时指表盘刻度中央附近较准，应选用合适挡位，每次换挡后再次测量前必须重新欧姆调零。
（4）测量时必须将待测电阻与电源和其他元件断开，使红、黑表笔分别与电阻两端接触良好。
三、核心探究与评价
1．（多用电表的认识）关于欧姆表及其使用中的问题，下列说法正确的是（ ）
A．接欧姆表内电源负极的应是黑表笔
B．换挡后，都要重新调节调零电阻，使指针指到电阻零刻度处
C．表盘刻度最左边所表示的电阻阻值为零
D．表盘上所标明的电阻阻值刻度是均匀的
解析 欧姆表内部有电源，与被测电阻组成了闭合回路，为保证电流方向正确，则应是红表笔接内置电源负极，A错误；每次换挡后都必须重新进行短接调零，B正确；表盘刻度最左边表示电流为零，而电阻阻值则为无穷大，C错误；电流I＝eq \f(E,R内＋Rx)，I与Rx不是线性关系，所以刻度盘上的刻度是不均匀的，左边密右边疏，D错误。
答案 B
2．（多用电表的认识）（多选）关于多用电表表盘上的刻度线，下列说法正确的是（ ）
A．直流电流刻度线和直流电压刻度线都是均匀的，可以共用一刻度
B．电阻刻度是不均匀的
C．电阻刻度上零刻度与直流电流的最大刻度线相对应
D．电阻刻度上的零刻度与直流电流的最大刻度线不对应
解析 直流电流刻度线和直流电压刻度线都是均匀的，可以共用一刻度，故A正确；由I＝eq \f(E,R内＋Rx)，故电阻的刻度线是不均匀的，刻度值越大处刻度线越密，故B正确；多用表的电阻刻度线大小与电流、电压的刻度线大小相反，电流最大处，电阻为0。故C正确，D错误。
答案 ABC
3．（欧姆表的工作原理）如图是一个将电流表改装成欧姆表的电路示意图，欧姆表进行调零后，表内滑动变阻器的阻值为R，定值电阻为R0，其余电阻忽略不计，对未知电阻Rx进行测量，指针偏转至满刻度一半处，则未知电阻Rx的阻值为（ ）
A．R＋R0B．2R－R0C．RR0D．4R
解析 设电动势为E，满偏电流为Ig，欧姆表调零即待测电阻为零，此时由闭合电路欧姆定律有Ig＝eq \f(E,R＋R0)，对未知电阻Rx进行测量，指针偏转至满刻度一半处，由闭合电路欧姆定律得eq \f(1,2)Ig＝eq \f(E,Rx＋R＋R0)，解得Rx＝R＋R0，A正确。
答案 A核心素养
物理观念
科学思维
1．能提出并准确表述在实验中可能遇到的物理问题；
2．会写实验步骤，能用多用电表测量电压、电流和电阻，能注意实验安全；
3．能分析实验数据，测得相关电学量，会分析实验误差；
4．能撰写完整的实验报告，在报告中能呈现设计的实验步骤、实验表格，以及数据分析过程和实验结论，能有针对性地反思交流过程与结果。
5．提升实验数据读取能力、联系实际的能力及交流讨论能力。
知道科学研究中实验结论可重复的重要性。