教学设计1多用电表电路分析与设计.docx

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教学设计1多用电表电路分析与设计

多用电表电路分析与设计教学设计

●课标要求

1．掌握电压表、电流表的改装原理。

2．通过多用电表原理的学习，体会等效思维方法在科学研究中的作用。

●课标解读

1．掌握多用电表中测量电压的电路的设计原理。

2．掌握多用电表中测量电流的电路的设计原理。

3．培养学生探索、发现和勇于创新的精神。

●教学地位

本节内容主要研究多用电表测量电压和电流的电路，是串联和并联电路知识的具体应用。

学习本节知识，可以提高灵活运用欧姆定律和串并联电路的特点解决问题的能力。

●新课导入建议

飞机驾驶舱内布满了各种仪表，高度表、空速表、升降速率表、转弯侧滑指示仪、姿态指示仪等，其他运输工具驾驶舱或自动化控制室也都有各种仪表，你知道这些仪表的共同部分是什么吗

图教3－4－1

●教学流程设计

课前预习

课　标　解　读

重　点　难　点

表头改装而成的，了解电流表表头的原理，知道什么是电流表满偏电流和满偏电压。

2理解表头改装成常用电压表和电流表的原理，会测量电路元件上的电压、电流、电阻等电学量。

1认识多用电表测电压的电路。

重点

2认识多用电表测电流的电路。

重点

3分压电阻阻值的计算。

难点

4分流电阻阻值的计算。

难点

一

多用电表测电压的电路

1基本知识

（1）多用电表的表头：

（2）电路设计

①电阻组成：

由表头和分压电阻组成

图3－4－1

②分压电阻的确定：

根据串联电路的特点

U＝Ug＋UR，即U＝IgRg＋R可得R＝

－Rg

2．思考判断

（1）多用电表测电压的电路就是表头和适当的电阻并联。

×

（2）多用电表表头串联的电阻越大，电压表的量程越大。

√

（3）分压电阻的阻值等于电压表的量程与满偏电流的比值。

×

3．探究交流

要把表头改装成量程比较大的电压表，串联电阻应大一些还是应小一些

【提示】　要改装成量程比较大的电压表，串联电阻应大一些。

二

多用电表测电流的电路

1基本知识

当把电流表表头改装成量程为I的电流表时，应当并联一个电阻，该电阻起分流作用，因此叫分流电阻，I＝Ig＋IR，即I＝Ig＋

。

图3－4－2

2．思考判断

1多用电表测电流的电路表头应和适当的电阻并联。

√

2分流电阻越大，电流表量程越大。

×

3多用电表电流表分流电阻上的电流和表头上的电流相等。

×

3．探究交流

多用电表表头的满偏电流Ig＝60μA，内阻Rg＝1000Ω，则该表量程为0～3A的电流表中，分流电阻的阻值应为多大

【提示】　由I＝Ig＋

，

R＝

＝

Ω

＝Ω

一

多用电表测电压的电路

【问题导思】

1．多用电表测电压电路的原理是什么

2．怎样确定分压电阻的大小

图3－4－3

1．电路原理：

如果给小量程电流表串联一个分压电阻，就可以用来量度较大的电压。

因此电压表就是一个串联了分压电阻的电流表，如图3－4－3所示。

2．分压电阻的计算：

由串联电路的特点U＝IgRg＋IgR

解得：

R＝

－Rg＝

－1Rg

若电压表扩大量程的倍数n＝

，则R＝n－1Rg

3．规律总结

电压表的内阻RV＝

＝Rg＋R，电压表量程越大，其分压电阻越大，电压表内阻RV越大．通常不做特别说明，都认为电压表内阻无穷大。

电压表的改装关键看分压电阻所需要承担的电压，分压电阻承担的电压越大，电压表的量程就越大，或者说电压表的量程越大，分压电阻就越大，改装后电压表的内阻就越大。

　有一个电流计G，内电阻Rg＝10Ω，满偏电流Ig＝3mA要把它改装成量程为0～3V的电压表，应该串联一个多大的电阻改装后电压表的内电阻是多大

【审题指导】　解答本题可以按照以下思路进行分析：

计算电流计

的满偏电压→计算分压电

阻承担的电压→欧姆定律计

算分压电阻

【解析】　电流计的满偏电压为：

Ug＝IgRg＝3×10－3×10V＝V

串联电阻需承担的电压为：

U′＝U－Ug＝3V－V＝V

串联电阻的阻值：

R＝

＝

Ω＝990Ω

改装后的内阻为：

RV＝R＋Rg＝1000Ω

【答案】　990Ω　1000Ω

二

电流表电路和电压表电路的对比

【问题导思】

1．电流表和电压表内部电路有什么不同

2．电流表并联电阻和电压表串联电阻的作用有什么不同

小量程电流表G改装成电压表V设扩大n倍

小量程电流表G改装成大量程电流表A设扩大n倍

内部

电路

R的

作用

分压

U＝IgR＋Rg

分流

IgRg＝I－IgR

扩大量程

的计算

R＝

－Rg＝n－1Rg

R＝

Rg＝

电表的

总电阻

RV＝Rg＋R

RA＝

使用

并联在待测电路中，“＋”接线柱接电势较高的一端

串联在被测支路中，电流从“＋”接线柱流入

1．无论表头G改装成电压表还是电流表，它的三个特征量Ug、Ig、Rg是不变的，即通过表头的最大电流Ig并不改变。

2．电表改装的问题实际上是串、并联电路中电流、电压的计算问题，只要把表头G看成一个电阻Rg即可。

图3－4－5

　如图3－4－5是一个电流表、电压表两用电表的电路，电流表G的量程是100μA，内阻是1000Ω，电阻R1＝Ω，R2＝99000Ω，当双刀双掷开关接到a、b上时，可作为________表，其量程是________，当双刀双掷开关接到c、d上时，可作为________表，其量程是________．

【审题指导】　解答本题主要看清双刀双掷开关的作用，开关接到a、b上，表头和R1并联，为电流表电路，表头接在c、d上R1被短路，表头和R2串联，为电压表电路．

【解析】　当开关接到a、b上时，电路转换成图甲所示的电路，可作为电流表，此时I－IgR1＝IgRg

甲　　　　　　　　　乙

电流表量程为

I＝

＝

A≈1A

当开关接到c、d上时，电路变成图乙所示的电路，可作为电压表，此时电压表量程为：

U＝IgRg＋R2＝1×1000＋99000V＝10V

【答案】　见解析

三

综合解题方略——改装电压表的

　一直流电压表V，量程为1V，内阻为1000Ω现将一阻值为5000～7000Ω之间的固定电阻R1与此电压表串联，以扩大电压表的量程．为求得扩大后量程的准确值，再给定一直流电源电动势E为6～7V，内阻可忽略不计，一阻值R2＝2000Ω的固定电阻，两个单刀开关S1、S2及若干导线．

1为达到上述目的，将图3－4－7连成一个完整的实验电路图．

2连线完成以后，当S1与S2均闭合时，电压表的示数为V；当S1闭合，S2断开时，电压表的示数为V，由此可以计算出改装后电压表的量程为________V，电源电动势为________V

图3－4－7

【审题指导】　1由于S1、S2都闭合时，电压表示数很小，故电压表与R2是串联的．

2根据S1、S2闭合和断开电路情况的变化，可以列出方程组求解．

【规范解答】　1因为S1与S2均闭合时，电压表示数为V，S1闭合，S2断开时，电压表示数为V，且电源内阻可忽略不计，所以只能是电压表与R2构成串联电路．电路如图所示．

2当开关S1与S2均闭合时，U＝＋

R1，当开关S1闭合，开关S2断开时，U＝＋

R1＋2000．求解可得：

R1＝6×103Ω，U＝V．改装后电压表的最大测量值为

×1000＋6×103V＝7V

【答案】　1如图所示．　27　

【规律总结】

改装电表，首先要了解电流表表头的三个基本参量Ig，Rg，Ug，根据Ug＝IgRg，改装时知道其中两个即可。

改装后Ig不变，可以根据串、并联电路的特点来解决相关问题。

【课堂小结】

1．2022·塔城高二检测如图3－4－8所示，甲、乙两个电路，都是由一个灵敏电流表G和一个变阻器R组成，下列说法正确的是　　

甲　　　　　　乙

图3－4－8

A．甲表是电流表，R增大时量程增大

B．甲表是电流表，R增大时量程减小

C．乙表是电压表，R增大时量程增大

D．乙表是电压表，R增大时量程减小

【解析】　由电流表原理可知甲为电流表，且R增大时，干路电流减小，量程减小，B正确．乙为电压表且R越大，量程U＝IgRg＋R越大，C正确．

【答案】　BC

2．把一只量程为10mA、内阻为100欧的电流表改装成一只量程为10V的电压表，则应该给这只电流表　　

A．串联一个阻值为900欧的电阻

B．串联一个阻值为100欧的电阻

C．并联一个阻值为900欧的电阻

D．并联一个阻值为100欧的电阻

【解析】　串联电阻R＝10V/10mA－100Ω＝900Ω

【答案】　A

3．一个电流表的刻度盘的每1小格代表1μA，内阻为Rg如果把它改装成量程较大的电流表，刻度盘的每一小格代表nμA，则　　

A．给它串联一个电阻，阻值为nRg

B．给它串联一个电阻，阻值为n－1Rg

C．给它并联一个电阻，阻值为

D．给它并联一个电阻，阻值为

【解析】　电流表的量程变为原来的n倍，故应并联分流电阻R＝

正确．

【答案】　D

4．一电流表表头并联一个分流电阻后就改装成一个大量程的电流表，当把它和标准电流表串联后去测某电路中的电流时，发现标准电流表读数为1A，而改装电流表的读数为1.1A，稍微偏大一些，为了使它的读数准确，应　　

A．在原分流电阻上再并联一个较大的电阻

B．在原分流电阻上再串联一个较小的电阻

C．在原分流电阻上再串联一个较大的电阻

D．在原分流电阻上再并联一个较小的电阻

【解析】　改装表示数偏大，说明改装成电流表时并联的分流电阻偏大．故要使内阻稍微变小一些，需要在原分流电阻上再并联一个较大的电阻，故A正确．

【答案】　A

5．两只完全相同的灵敏电流表改装成量程不同的电压表和，若将改装后的两表串联起来去测某一电路的电压，则两表　　

A．读数相同

B．指针偏转角度相同

C．量程大的电压表读数大

D．量程大的电压表读数小

【解析】　由于两个电压表是用相同的电流表改装的，当两个电压表串联使用时，通过两表的电流是相同的，所以表头指针偏转的角度是相同的，刻度盘上的示数表示的是电压表两端的电压，所以其示数是不同的．

【答案】　BC

6．2022·泉州五中高二检测如图3－4－9所示的电路中，电压表和电流表的读数分别为10V和0.1A，电流表的内阻为Ω，那么有关待测电阻R的下列说法正确的是　　

图3－4－9

A．R的测量值比真实值大

B．R的测量值比真实值小

C．R的真实值为Ω

D．R的真实值为Ω

【解析】　因为电流表和R直接串联，所以电流表读数I′等于流过R的真实电流I，电压表并联在电流表和R串联电路的两端，故电压表读数U′大于R两端的真实电压U，所以R的测量值R′＝

大于真实值R＝

，故A对．R的真实值为：

R＝

＝

＝

Ω＝Ω，故C对．

【答案】　AC

7．某电流表串联一个Ω的电阻后，可测量的最大电压是10V．如果给它串联一个Ω的电阻，可测量的最大电压是50V．求电流表的内阻Rg和满偏电流Ig

【解析】　10V量程时：

10＝Ig9500＋Rg；50V量程时：

50＝Ig49500＋Rg，联立得Rg＝Ω，Ig＝1mA

【答案】　Ω，1mA

8．如图3－4－10，是0.5A与2A的双量程电流表，其表头内阻Rg＝50Ω，满偏电流Ig＝1mA，图中A、B两个接线柱，量程为2A的接线柱是哪一个分流电阻R1、R2分别是多少

图3－4－10

【解析】　当接“＋，A”接线柱时，表头与R2串联后再与R1并联，电路中的总电阻为R：

R＝R1R2＋Rg/R2＋Rg＋R1

当通过表头的电流达到满偏电流Ig时，通过干路中的电流即改装后的电流表的量程为I：

I＝IgR2＋Rg/R＝IgR2＋Rg＋R1/R1①

当接“＋，B”接线柱时，R1与R2串联后再与表头并联，电路中的总电阻为R′：

R′＝RgR2＋R1/R2＋Rg＋R1

当通过表头的电流达到满偏电流Ig时，通过干路中的电流即改装后的电流表的量程为I′：

I′＝IgRg/R′＝IgR2＋Rg＋R1/R1＋R2②

可见I>I′，所以量程为2A的是“A”接线柱，即I＝2A，I′＝0.5A，代入数据，由①②可解得：

R1＝Ω　R2＝Ω

【答案】　量程为2A的是“A”接线柱，R1＝Ω，R2＝Ω