测量电压教案教学设计

测量电压教案教学设计（通用10篇）

测量电压教案教学设计 篇1

电压测量

知识目标：

1、知道电源的作用、电压的单位。了解一些常见电压及我国家庭电路电压。

2、知道电压表用途、符号，会正确连接电压表，并能正确选择量程和读数。

3、通过实验探究，总结出串联和并联电路中电压关系。

能力目标：

培养学生的观察、分析、归纳能力和语言表达信息的能力。

情感目标：

1、体会类比是科学研究的常用方法。

2、培养学生学科知识联系实际的意识。

预习提示：

1、__________是电压。

2、___________是提供电压的装置。

3、在国际单位单位中电压的单位是___________，符号是 __________。

4、测量电压的仪表是_______,实验中的电压表有_____个接线柱，_____个量程。

5、串联电路电压特点是_______________________。

6、并联电路电压特点是_______________________。

学生在思考后得不出结论的情况下，需要教师的讲解点拨。电流是看不见、摸不着的，怎样让学生对其有一个形象的了解，教材用水流类比电流、阀门类比开关、涡轮类比电灯、抽水机类比电源、水位差类比电压.让学生体会用“水位差是形成水流的原因”类比“电压是形成电流的原因”；用“抽水机是形成水位差的原因”类比“电源是形成电源的原因”；用“流动的水冲动水轮机转动”类比“流动的电荷使灯泡发光”。

在学生初步知道电源、电压、电流的作用后，介绍了电压有高低、电压的单位；介绍了生产、生活中的用电器的电压值，是学生感觉到“电压”就在我们身边。

电压概念的初步建立过程充分体现了“类比的科学方法”，把难懂的概念用通俗的方法说明使学生容易理解。

教学过程：

演示一个显示电路通电的实验（小灯泡发光），启发指出电路中有电流。提问电流是怎样产生的？若学生回答是因为电路中接有电源，则可进一步提问：有电源为什么就会有电流呢？学生的回答一般是不完全的，在指出它们的正确方面以后，就此引入新课。

一、用类比法讲解电流形成电原因 对初中学生可以采用类比方法，说明电压使电路中形成了电流，电源是提供电压的装置。接下来用挂图进行类比说明：

水路---------电路 阀门--------开关 小锅轮------小灯泡 抽水机------电源 由以上类比，启发学生归纳出： 水压是产生水流的原因。抽水机是提供水压的装置。电源使提供电压的装置。

注意：讲授电压时，还需着重指明是那段电路两段的电压.常说的“电路上的电压”，指的是“这段电路两端的电压”。

二、电压的高低与单位

教师向学生说明：

先从水压有大小引出电压也应有大小（高低），（1）用1节、2节、3节干电池分别给同一个小灯泡通电（选用额定电压为3.8V的灯泡），小灯泡的亮度不一样.（2）用手摇发电机给一个小灯泡通电，改变手摇的快慢，小灯泡的亮度不同.从小灯泡的亮度不同，说明不同电源产生的电压不同.教师归纳总结

1.符号: U 2.单位:伏特(V)、千伏(kV)、毫伏（mV）1 kV =103V 1 mV =10-3V 3.记住：

一节干电池的电压 1.5 V 一节蓄电池的电压 2 V 对人体安全的电压 不高于36V 家庭电路的电压 220V

三、电压表：

1.作用：测量电路两端的电压的仪表。2.符号：V 3.量程和分度值 4.学生练习读数 练习：

出示挂图，让学生读出电压表的示数

四、电压表使用方法

教师边演示边说明

1、电压表要并联在被测电路的两端；

2、电压表必须使电流从电压表的“+”接线柱流进，从“-”接线柱流出；

3、被测电压不要超过电压表的量程；

（事先不能估测出电压大小，用试触法）

4、电压表可以直接连到电源的正、负极上，测出的示数是电源的电压。学生练习：

在下图所示的电路中，电压表所测的各是哪只灯泡的电压？

五、实验探究: 学生动手实验、教生总结出串联、并联电路中的电压关系 结论：

串联：U= U 1+ U 2

并联：U= U 1= U 2

六、当堂检测：

(1)、1节干电池的电压是_____V, 对人体安全的电压不高于_____V, 家庭照明电路的电压是______V。

(2)、如图，若电压表是0~3V量程，指针指的电压是_______V,若用0~15V量程时,电压为______V。

（3）、如图,当开关S闭合时,电压表所测的电压是()A、灯L2的电压 B、灯L1的电压 C、电源的电压 D、电源和灯L2的电压

板书设计：

测量电压

1、电压：电压是形成电流的原因，电源是提供电压的装置

2、电压的符号及单位

电压用 U 表示

单位: V（伏特）KV（千伏）mV（毫伏）

μV（微伏）

换算：1KV=103V 1mV=10－3V 1μV=10－6V

3、用电压表测电压

4、串联、并联电路中的电压关系

串联：U= U 1+ U 2

并联：U= U 1= U 2

测量电压教案教学设计 篇2

生物电阻抗测量是一种利用生物组织与器官的电学特性及其变化规律提取与人体生理、病理状况相关的生物信息检测技术[1]。本文在以“人体体表的皮肤低阻点基本循经分布”为理论基础和电压激励方式完成了16通道的人体经络阻抗检测仪的软硬件设计与实现的基础上,对系统进行优化设计,不但解决了可视化系统中上下位机数据传送的同步和可靠性问题,而且提高了系统的可视化效果,最后结合实验室的现有研究条件,实现了经络的精度定位和实时显示。

1 经络可视化系统的整体框架

为了保证测量的实时性,系统采用上下位机工作模式。整体框架如图1所示。

上位机处理来自经络阻抗测试仪的数据,计算出各通道的阻抗值并找出其中的低阻抗点;同时接收下位机传来的特征点的三维坐标,利用电极阵列中各电极的相对位置关系求出低阻抗点的三维坐标,然后利用坐标转换把低阻抗点的三维坐标转换为场景摄像机平面的二维坐标。

2 多通道经络测试仪设计方案

多通道经络测试仪是可视化系统的核心部分,用于实现人体阻抗数据的高速采集与经络点的提取,可同时获取16路皮肤阻抗数据,提取出经络点然后采用融合技术实现经络可视化。

2.1 经络测试仪的硬件设计方案

多通道经络检测仪的硬件结构包含几个重要的模块,分别是测量电极模块、可调稳压电源模块、高压脉冲发生器模块(也称隔离刺激器)、多路分压网络模块、放大隔离电路模块、A/D数据采集模块,硬件设计如图2所示。

2.2 经络测试仪的软件设计方案

多通道经络测试仪的软件设计包括高压脉冲发生器控制模块、阻抗数据采集模块、经络提取模块、串口通信模块、上下位机数据同步模块、经络三维数据配准模块、显示模块及用户信息管理模块。总体设计方案如图3所示。

3 测试仪的优化设计

本文主要讲述多通道测试仪的激励方式、硬件干扰抑制方法及上下位机数据匹配的优化设计与实现。

3.1 激励方式的优化设计

多通道经络测试仪的激励方式有电压激励和电流激励[2]。电流激励方式采用电压控制的电流源,并将电流灌入待测部位,从而对其进行测量。采用电流激励方式主要有以下三种缺点:(1)电流源受到电压的控制,电压信号的不稳定性影响到电流源特性,并且在一定电压值的情况下处于饱和状态,所以实际中的电流源伏安特性并非线性关系;(2)采用电流激励测量皮肤阻抗时,由于靠近电极的被测组织中电流密度高于其它部位的电流密度,即电流在两电极间的分布并不均匀,则组织各个部分对测量阻抗值的贡献就不同,同时电极和被测组织之间还存在不稳定的接触电阻,这些都将增大测量误差;(3)电流激励方式增加了电流源的实现过程,增加了测试仪的硬件复杂度。电压激励采用将一定的幅度和脉宽的电压直接作用于待测部位,再利用测试仪提取出阻抗信息,而电流激励是将电流灌注于待测部位,利用测试仪间接提取出对应部位的电压信号,转换为对应的阻抗信息,电压激励不存在激励源的非线性和在待测部位分布不均的问题,所以采用电压激励方式克服了电流激励的缺陷与不足,提高了测量精度,实现了最优可视化效果。

3.2 检测仪干扰抑制的优化设计

本文系统中的电源模块、激励信号模块和信号处理模块分别封装于三个金属屏蔽箱中。系统中的模拟电路、数字电路分开独立设计。各通道电路中各个模块信号线及地线布局采用对称原则[3]。采取以上措施减少了外界噪声对测试仪测量所引起的干扰,提高测试仪的测量精度。

3.3 上下位机数据同步匹配的优化设计

为了精确同步匹配上下位机分别采集得到的经络阻抗信息和三维坐标信息,本文同时采取两种措施:(1)利用操作系统的多线程技术[4],即在下位机把间接得到的电极阵列的三维坐标数据分成等间隔的连续时间片,并在上位机仅采用中间的一个时间片的三维坐标数据匹配16通道经络阻抗检测仪采集到的阻抗数据;(2)利用脉冲发生器产生同步脉冲,以此在一段时间内上位机筛选的经络通道号和下位机提取的经络三维信息达到同步匹配,时序图如图4所示。

4 实验数据分析及经络可视化的实现

本节通过纯电阻实验证明优化后系统的测量精度有了一定程度的提高,在此基础上系统实现人体经络的可视化。

4.1 系统优化后的实验结果与分析

优化后整体系统采用仿造人体体表激励与测量模型进行纯电阻试验。在激励源的电压为25 V,脉冲宽度为100 ms,相同温湿度的实验环境下,利用多通道测试仪对不同阻值的纯电阻多次测量并求平均值。实验分析结果如表1所示。

通过表1可以看出,在相同的实验环境条件下,多通道经络测试仪的纯电阻实验测量结果满足以下特点:

(1)优化后的可视化系统的阻抗测试仪中各个通道的纯电阻测量精度都有了明显的提高。

(2)被测电阻的阻值越小,实验测量结果误差就越小,系统测量就越准确。

从实验数据分析可得,系统总体测量精度较高,数据误差较小,满足系统需求。造成误差存在的原因可能有以下几点:

(1)多通道测试仪各通道电路的零点漂移,导致各通道测量结果都有一定的偏差。

(2)由于MP425采集卡中数模转换会产生一定的误差,从而引起整个系统测量有一定的误差。

4.2 人体经络可视化的实现

实验室环境温度20oC左右,一般情况下皮肤不做任何处理。首先打开上下位机程序、磁定位仪和多通道经络测试仪,把测试仪的刺激脉冲电压调节到25 V(一般不超过38 V),并设置脉冲宽度为100ms。此时计算机实时显示出16通道电极测试阻抗值结果如图5所示。

由图5可见,计算机输出显示结果为16×1阵列点构成的灰度图(阻抗越低灰度越高),每个阵列点的灰度对应一个测量电极触点处的皮肤阻抗值,其灰度随着对应电极点的阻抗值变化而变化。本次系统检测得到的经络点为第16通道,经络点的阻抗值为110.1 kΩ。

利用代价函数得到真正的经络点阻抗值和经络点通道后,同步上下位机的经络数据,得到经络点的三维坐标[5],再经过一系列的平移转换得到场景摄像机的二维坐标后,接下来的目标就是让经络点在场景图像中实时的显示出来,利用曲线拟合方法将检测到的经络点平滑的连接起来,再利用图像融合技术实现经络线的可视化,如图6所示。

5 结束语

人体经络的可视化研究对中医的临床研究和教学具有重要的作用和意义。本文旨在实现人体经络的检测与实时显示,即能在人体体表上直接测量和绘出经络的准确位置,进一步实现经络穴位检测的图形化,并融合显示到实际人体体表的图像上,实现定位检测与描绘的自动化。

参考文献

[1]任超世.生物电阻抗测量技术[J].中国医疗器械信息.2004,10(1):21-25.

[2]曹成虎,陈新.电流激励型多通道经络阻抗检测仪的设计与实现[J].中国医疗器械杂志,2015,39(2):98-101.

[3]赵书兰.MATLAB R2008数字图像处理与分析实例教程[M].北京:化学工业出版社,2009.

[4]Beveridge J,Wiener R.Win32多线程程序设计[M].武汉:华中科技大学出版社,2002.

电流跟电压电阻的关系教案设计 篇3

1．通过实验使学生知道“电阻一定时，电流跟电压成正比；电压一定时，电流跟电阻成反比”。

2．使学生初步熟悉如何使用电流表和电压表同时测量一段电路的电流和电压。

3．使学生初步领会用控制变量研究物理规律的方法。

教具：课本图8－1的实验器材。

教学过程：

一、新课引入

提问：在前面几章中我们分别学习了电流、电压、电阻的概念，请同学们回忆：什么叫电流？在什么条件下才会有电流产生？（电荷的定向移动；导体两端存在电压。）

我们知道，电压是产生电流的原因，导体两端有电压，导体中才会有电流。可以猜想：所加电压越高，电流就会越大。U↑→I↑（板书，下同）

另一方面，任何导体都有电阻，电阻就是导体对电流的阻碍作用。可以推断：导体电阻越大，电流就越小。R↑→I↓

即通过导体的电流的大小与导体两端的电压和导体的电阻这两个因素有关。

我们对于一个物理现象的研究，不应满足于“变大”、“变小”这种初步认识，还要进一步探索研究，就是说要知道电流与电压、电阻之间的定量关系。这就是我们这节课的研究课题。第八章

一、电流跟电压、电阻的关系

通过什么途径来研究？做实验！因为物理学是一门实验科学，通过物理实验可以使我们找到规律。

电流受到两个因素电压、电阻的影响，如果电压、电阻同时变化，它们各自对电流的影响有互相加强或减弱的可能，也有互相抵消的可能，使我们无法判断电流与电压、电阻之间到底有什么关系。如何设计实验？其实，一个量受几个因素影响的问题，前面的学习已经遇到过了。大家回忆一下，比如电阻。问：“导体的电阻与哪些因素有关？”我们是怎样研究电阻与材料、长度、横截面积的关系的呢？（出示小黑板）填空：“同材料、同长度的两条导线，电阻与粗细有关”；“同材料、同粗细的两条导线，电阻与长度有关”；“同长度、同粗细的两条导线，电阻与材料有关”。这“同材料”、“同长度”、“同粗细”的实质就是有意将这些量固定，每次只研究电阻与其中一个量的关系。

启发学生：“与这种作法类似，我们如何来研究电流跟电压、电阻两个量的关系呢？”应该“固定电阻，单独研究电流跟电压的关系”，或“固定电压，单独研究电流跟电阻的关系”。告诉学生：这种把一个多因素的问题转变成为多个单因素问题的研究方法是实验物理中极为有用的方法。

板书：第八章

一、电流跟电压、电阻的关系 U↑→I R↑→I↓

研究途径：实验

实验方法：保持一个量不变，研究另一个量与电流的关系

二、电流与电压的关系

1．按课本图8-1（把图板书在黑板上）连接实验电路。先不连电压表，引导学生看清回路：电流表与R串联。读数表示通过R的电流。然后再将电压表接入，让学生看清：电压表与R并联，读数表示R两端的电压。

2．闭合开关，调节滑动变阻器的滑动触头，使R两端电压成整数倍地变化，同时将电流表和电压表的读数填入表格。

3．学生讨论：“实验数据说明电流与电压有什么关系？”学生上黑板填写结论。

教师评议学生书写的结论，强调实验条件：电阻一定。

学生口述实验结论“电阻R一定时，流过R的电流跟R两端的电压成正比。”

板书：

1．实验一 研究I与U的关系

2．实验条件：R一定

实验电路：

记录

R=5Ω

三、电流与电阻的关系

电路图同课本图8-1，换用不同阻值的定值电阻，调节滑动变阻器滑动触头，使电压表读数保持不变，将定值电阻值和对应的电流表读数填入表格。

学生讨论：“实验数据说明电流跟电阻有什么关系？”学生上黑板写出结论。

教师评议学生书写的结论，强调实验条件：电阻两端电压一定。

学生口述实验结论：“电阻R一定时，流过R的电流跟电阻R的阻值成反比。”

板书：

2．实验二研究I与R的关系

实验条件：U一定

记录

U=3V

四、小结、巩固

将实验结论填入课本空白处，并用“ ”符号将实验条件标示出来。

测量电压教案教学设计 篇4

随着电力系统体制改革的深化，厂网分家的模式已初步形成。发电厂上网电量及电网间电量交换的精确计量直接关系到结算双方的经济利益，因此减小电能计量装置的综合误差是十分重要的。实际测试的结果表明，电能计量综合误差中电压互感器（TV）二次加路电压降引起的计量误差最为突出，大约占电费收入的1%-2%甚至更多，电费数百万元。为减小该 误差，目前普遍通过铺设测试电缆进行压降的检测，再通过电压器进行跟踪补偿。这种方法测量功能有限，而且需要铺设很长的电缆，在距离远、地形复杂的地方甚至无法进行，这类装置使用麻烦且不能实现在线监测。因而开发种测量精度高、无需铺设专用电缆、具有远程通信功能的新型电压互感器二次回路压降自动跟踪补偿及监测装置很有必要。

(本网网收集整理)

基于全球卫星定位系统（GPS）的电压互感器二次线路压降自动跟踪补偿装置能很好地解决以上问题。装置以GPS信号作为TV二次线路两端数据采集的同步信号，同步测量TV输出端口和电能表输入端口的电压向量，结合锁相倍频技术，使系统的准确性和稳定性得到保证；并以电力线载波通信的方式进行数据通信，免去了铺设电缆的麻烦和安全隐患；通过D/A转换实时进行电压补偿，从而达到自动跟踪补偿的目的。

1 自动跟踪补偿装置的总体结构

系统结构如图1所示。

基于GPS的电压互感器二次线路压降载波式自动跟踪补偿装置由测量主机和测量从机两部分构成。主机除了测量二次仪表输入口的电压参数以外，还向从机发送控制命令并接收测量数据，计算二次线路压降，通过D/A转换输出补偿电压，通过串口与上位机通讯实现远程监控和数据共享。从机结构与主机类似，只是没有D/A补偿模块，它能与主机通讯，按主机命令对TV输出端口的电压参数进行测量，并将实时数据及时地发送到测量主机。

测量电压教案教学设计 篇5

1.教学目标

1.进一步掌握使用电压表和电流表的方法； 2.学会用伏安法测电阻；

3.加深对欧姆定律及其应用的理解；

2.教学重点/难点

1.学会用伏安法测电阻；

2.加深对欧姆定律及其应用的理解。

3.教学用具

多媒体设备

4.标签

教学过程

新课导入

【知识回顾】

1.欧姆定律的内容是什么？公式是______及推导公式____________________。2.电流表和电压表的使用方法各是什么？及其注意事项。3.滑动变阻器的作用及使用方法是什么？ 【互动探究】

欧姆定律为我们提供了一种测量电阻的方法，要测量一个未知电阻的阻值，我们需要测量哪些物理量？需要用什么仪器来测量？请你设计一个实验方案。

1．实验原理：

2．实验方案：通过__________表测量出____________，通过___________表测量出___________，利用公式______________，就可以计算出电阻。3.设计出实验电路图：

4.为了减小误差，要多次测量__________和____________，你设计方案中如何能方便的进行多次测量？

（提示：为了减小误差，需要多次测量，在你设计的方案中，需要增加一个________仪器，通过它，就可以改变电路中的电流和电压，进行多次测量，通过讨论找到最优的方案）

5.实验所需的器材有：电源、若干导线、开关、电阻。6.根据你设计的电路图，用铅笔芯代替导线将下面的实物连接成完整的电路【当堂检测】

1．按照电路图连接电路，连接时开关应_________闭合开关前，滑动变阻器的滑片应调到___________位置。

2．闭合开关后，调节_____________，改变待测电阻两端的电压，记下三组对应的电压值和电流值，填入表格中（请设计出表格）

3．为减小误差，我们应多次测量，求平均值R，思考下面问题：

1.怎样改变电阻两端的电压和通过的电流呢？ 2.你测的这三次的电阻分别是多少？当电压值和电流值变化时，测得的电阻值有没有变化？这是怎么回事呢？

【拓展延伸】

1.在上述实验中，如果将定值电阻换成小灯泡，用同样的方法测小灯泡的电阻。根据下表数据分析，回答以下问题：

（1）根据表中数据，算出每次的小灯泡的电阻值；

（2）从你计算出的小灯泡的电阻值中你能发现什么规律？你能分析出其中的原因吗？（3）如果将定值电阻换成小灯泡后，还能不能多次计算再取平均值？说说你的理由。2.在“伏安法测电阻”的实验中，滑动变阻器不能起到的作用是（）A.改变电路中的电流 B.改变被测电阻两端的电压 C.改变被测电阻的阻值 D.保护电路

3.如左图所示的电路，闭合开关前,滑动变阻器滑片放在_______端闭合开关，当滑片向左移动时，电流表的示数__________-（变大/变小/不变），电压表的示数__________（变大/变小/不变）。

4.如右上中图所示，电源电压为6伏特，R1=R2=30欧姆，当开关K断开时,电流表的读数是______安培；当开关K闭合时，电流表的读数是______安培。5.如右上图所示的电路中，两个相同的小灯泡L1与L2串联，当开关闭合时，一盏灯亮，一盏灯不亮，且电压表有示数，则电路发生的故障是（）

A．灯L1短路 B．灯L2短路 C．灯L1断路 D．灯L2断路

6.如下左图所示的电路中，R为定值电阻。闭合开关后，当滑片P在某两点之间滑动时，电流表的示数变化范围是0.5～1.5A，电压表的示数变化范围是3～6V。小丽通过推算，得出四个结论：①变阻器连入电路的电阻变化范围为2～12Ω；②定值电阻R的阻值为3Ω；③实验中R两端的电压变化范围为2V～4.5V；请你对小丽的结论进行评估，结论是（）

A.只有①正确 B．只有①②正确 C．①②③都正确 D．①②都正确

7.如上中图所示电路中，电源电压恒定．断开S1S3，闭合S2，两电表均有示数；再断，开S2，如图所示电路中，电源电压恒定．断开S1，S3，闭合S2，两电表均有示数；再断开S2，闭合S1S3，此时两电表的示数与前者相比()，A．两表示数均变大 B．两表示数均变小

C．电流表示数变大，电压表示数变小 D．电流表示数变小，电压表示数变大 8.小敏与小宇想测定电阻Rx的阻值．供选择的器材有：一个电源（电压不变.电压数值未知），一个已知电阻R0，电压表（最大量程大于电源电压），单刀双掷开关．小敏与小宇分别设计了如图乙所示的电路图。

（1）为了测出Rx的阻值，应选择图_______（甲/乙）的电路图，如果选用另一张电路图，在实验中会出现______________的现象。

（2）小敏与小宇最终达成了一致，选用了正确的电路图进行测定电阻Rx阻值的实验。（a）先将单刀双掷开关打到“1”上，记下电压表的示数为U1；

测量电压教案教学设计 篇6

电力系统中某些设备和负荷的非线性特性导致的谐波问题已经严重威胁电力系统安全和稳定运行。获取准确的谐波测量信息是研究分析谐波问题的主要依据和出发点[1,2,3,4]。高电压的谐波测量需要通过互感器转换至低压来测量，互感器对谐波的传感精度，构成了影响谐波测量准确度的重要环节。因此，掌握电压互感器谐波传变特性，明确其对电网谐波电压测量的影响具有十分重要的意义。

目前，110 k V及以上电压等级电网中通常装设电容式电压互感器(CVT)测量系统电压，但其频率响应特性为非线性的，因此，公用电网谐波国标中明确指出CVT不能用于谐波测量[5,6]。传统的电磁式电压互感器频率响应范围窄，一般仅适用于20次及以下谐波的测量，并且在高压系统中使用数量较少，不能满足现代系统谐波测量要求。文献[7]推荐采用电流互感器的末屏构成电容分压器来实现谐波测量，但该方式存在需停电接线的问题，并且对于倒立式SF6电流互感器不适用，无法进行谐波测量。随着智能化电网建设，电子式电压互感器(EVT)使用数量逐渐增多。通常认为，电子式互感器的谐波特性优于传统电磁式互感器，其频率响应宽，适合于电网谐波测量[8,9]，但该结论一直缺乏试验验证。并且，其后续的传输系统、信号处理系统等环节以及电磁环境与温度等因素都可能对EVT谐波特性产生影响。因此，从理论上获得其准确的谐波特性、进而实现准确的谐波测量还存在一定困难。在此背景下，对入网电压互感器开展谐波特性测量试验，获得其实际的谐波传变特性具有重要的现实意义与工程价值。

现阶段电子式电压互感器谐波准确度试验存在的主要问题之一是：缺少高电压的谐波电压标准源，试验用谐波源的构建成为了开展互感器谐波特性研究所需要解决的关键问题。受电网运行条件的限制，决定了试验或检测用高压谐波电压源很难直接取自电网，而必须自行构建。文献[10]对电子式互感器谐波特性试验中的谐波激励有如下规定：理想情况下应在额定频率和额定一次电压上叠加所要求的各次谐波频率分量(一般要求50次谐波)，该分量为额定一次电压的某一百分数。可知该谐波激励需要满足容量大，谐波次数丰富及可控三个方面的要求。现有的标准谐波源的电压输出几乎都在数百伏以内，难以满足电子式互感器的试验或检测要求。在高压试验领域中使用的三极管式变频电源可产生大容量，谐波次数丰富的电压谐波，但需在纯阻性负载情况下才能输出较理想的波形，如将其用做电子式互感器谐波特性检测的谐波源，则需要在各谐波频率下配置补偿装置，投资巨大。文献[11]提出了一种电子式电压互感器谐波特性检测方法，其中的高压谐波源采用整流负荷法的方式产生，但该方式不能根据需要定制谐波次数和幅值。

为解决上述技术困难，本文提出了采用逆变器法构建试验用谐波电压源，通过理论分析与仿真论证了所提方案的可行性。并搭建了谐波特性测量平台验证了其输出特性，试验结果表明，该方案能实现基波和谐波的合成输出，且谐波含量可控，可以用于电压互感器的谐波特性试验或检测。

1 逆变器法构建谐波电压源的基本原理

1.1 基本原理

以IGBT单相逆变器为核心部件构成的高压谐波电压源的原理图如图1所示。三相二极管整流桥对三相交流电压进行整流后向逆变器直流侧电容C充电，得到大小等于Vdc的直流电压，该电压基本恒定。单相IGBT全控桥逆变器采用SPWM调制，对Vdc进行逆变获得交流电压Vinv。Vinv经滤波电感Lf和滤波电容Cf滤波后获得交流负载电压Vld，其滤波频带根据电压互感器谐波准确度要求选择。考虑到LC滤波器很容易发生振荡，设计LC滤波器时串入了很小的阻尼电阻Rf，用于有效抑制振荡。逆变器交流侧输出电流为iinv，滤波电容电流为iC。交流负载电压Vld经升压变压器T2升压至试验电压，该电压即可作为电压互感器谐波特性测量用的谐波电压。将待检测电压互感器试品与溯源用电容分压器并联接于T2输出侧，测量装置接收试品与电容分压器的待检测信号与溯源信号，对其进行频谱与测差分析，即可获得待测电压互感器的谐波特性。

1.2 控制系统设计

单相全控桥逆变器中的IGBT动作规律由图2所示的控制系统实现。该控制系统为电压电流环，采用交流负载电压Vld和滤波电容电流iC作为被控量，电压环采用PI控制器，该PI控制器的输出与指令电压V*ld的微分运算之和作为电流环参考电流IC*(的指令值为、其拉式变换为的拉式变换为IC)。再经电流环比例控制环节后得到可控调制信号̃m，用于驱动IGBT动作[12,13,14]。Kvp和Kvi为PI控制器的比例系数和积分系数，K为电流比例环节的比例系数。

以IC*为输入，IC为输出，相应电流环的传递函数为

式中：为电流比例增益传递函数；GIld为电流比例干扰传递函数。

电流环设计要求为：IC输出能跟踪并保持为参考电流IC*,Ild基本不影响IC。图3给出了不同K值情况下，的频响特性。从中可以看出：在1～10 kHz频带内的幅值等于1且无相位移动。此时Ild变化对IC的影响很小，基本可以忽略。由控制理论可知，比例系数K越大，电流环的动态响应越好，但K太大会引起系统的不稳定。

以V*ld为输入，Vld为输出，相应电压环的传递函数为

其中：G(s)为电压比例增益传递函数；Z(s)为逆变器等效输出阻抗。

图 4 给出了G(s)和Z(s)在Kvp发生变化时的频响特性。从中可以看出：在10 kHz频带内，G(s)的幅值基本保持1且无相位移动，Z(s)随着Kvp的变大逐渐变为感性阻抗。因此Kvp取值不宜过大，本文选择Kvp=30。同样分析可得到，Kvi取值不宜过大，本文选择Kvi=100，此时G(s)的幅值基本保持1且无相位移动，Ild变化对Vld的影响很小，可以忽略。

2 仿真分析

为了验证本文所提方法的可行性，利用Matlab/Simulink软件对图 1 进行了仿真。仿真系统的基本参数为：系统工作电压为Us=380 V，频率f=50 Hz，直流侧电容C=4 700μF。考虑滤波频带要求，选择。升压变压器T2额定容量为125 kVA，额定变比为380 V/110 kV。控制器参数选择为：K=5,Kvp=30,Kvi=100。设定指令电压V*ld中包含幅值为250 V的基波以及谐波含有率为HR3=10%、HR5=5%、HR7=3%的谐波，图5(a)为被控量Vld跟随指令值V*ld变化的仿真波形，两者波形基本能保持一致。图5(b为升压变压器T2输出电压波形，其基波幅值为89.6 kV,HR3=9.94%、HR5=4.91%、HR7=2.90%。在上述指令电压V*ld中加入9次谐波，设定HR9=3%，仿真结果为：升压变压器T2输出电压基波幅值为89.71 kV,HR3=9.94%、HR5=4.91%、HR7=2.90%、HR9=2.86%。从中可以看出，所提方法可以根据需要定制谐波次数和幅值，产生可控的电压谐波。

需要指出的是，仿真中的升压变压器使用了线性变压器模型。如果考虑到变压器的非线性变化，则标幺值下的Vld与T2输出电压之间的误差可能加大，电压环PI控制参数的调节难度可能增大。

3 谐波特性试验平台输出性能测试

基于1.1节原理搭建了110 k V电压等级电压互感器谐波特性试验平台，其平台组件主要包括谐波电压源、升压变压器、分压器、谐波测试仪、互感器谐波特性测试装置等，谐波电压源的输入为50 Hz三相四线制220 V/380 V电压。单相IGBT全控桥逆变器容量100 kVA，开关频率6 k Hz。升压变压器的设计充分考虑了其运行电压中含有谐波的情况，最终选择了充气式无局放高压试验变压器，额定容量为125 kVA，额定电压为380 V/110 kV。分压器选用电容型分压器，分压比为2 000。谐波特性测量平台输出性能测试的实物接线如图6所示。谐波测试仪和数字示波器接至分压器低压侧。使用谐波测试仪测量平台输出结果，并使用数字示波器进行录波，录波数据经Matlab处理，获得的傅里叶分析结果与谐波测试仪的输出结果相比较。

以谐波电压为基波叠加3次谐波和基波叠加5、13、15次谐波两种情况为例进行平台输出性能测试。设定指令电压V*ld中包含幅值为250 V基波和HR3=13%的3次谐波。谐波测试仪输出的波形及其频谱、数字示波器输出的波形及其录波数据的频谱如图7所示，各次谐波含量及大小如表1所示。从中可以看出，谐波测试仪与数字示波器的测量结果基本一致，两者的差别在合理范围之内，系统输出主要为基波和3次谐波。此时，升压变压器T2输出电压基波有效值为66.82 kV,HR3=13.04%。

设定指令电压V*ld中包含幅值为250 V基波和HR5=8%、HR13=4.4%、HR15=12%的谐波。谐波测试仪输出的波形及其频谱、数字示波器输出的波形及其录波数据的频谱如图8所示，各次谐波含量及大小如表2所示。从中可以看出，谐波测试仪与数字示波器的测量结果基本一致，两者的差别在合理范围之内，系统输出主要为基波和5、13、15次谐波。此时，升压变压器T2输出电压基波有效值为63.32 kV,HR5=8.11%、HR13=4.36%、HR15=12.08%。

由图7、图8及表1、表2的测试结果可知，基于逆变器法构建的电压互感器谐波特性试验平台可产生3～17次奇次谐波，既可以输出基波与单次谐波的叠加电压，也可以输出基波与多种谐波的叠加，且谐波含量可控，可以用于电压互感器的谐波特性试验或检测。

4 结论

(1) 提出了以IGBT单相逆变器为核心部件构成的高压谐波电压源的方法，仿真结果验证了所提方案的可行性。

(2) 基于逆变器法构建了VT谐波特性测量平台,输出性能测试结果表明，所提方法正确有效，可以实现基波电压与谐波电压的合成，且谐波含量可控,可以用于VT的谐波特性测量。

测量电压教案教学设计 篇7

1.教学目标

1．知识和技能

(1)通过实验进一步巩固物质密度的概念。(2)巩固量筒、天平的使用方法。(3)掌握测量液体、固体密度的多种方法。2．过程与方法：

能用密度知识解决简单的问题，能解释生活中一些与密度有关的物理现象。培养学生动手能力和合作精神。

3．情感态度与价值观：

用实验探究引起学生对密度知识的直觉兴趣，引导学生积极参与密度是物质本身特性的研究，对生活中有关密度的知识或现象产生关注。

2.教学重点/难点

重点：密度概念理解。难点：密度概念的建立。

3.教学用具

多媒体、板书

4.标签

教学过程

一、导入

（一）导入新课，板书课题

出示铜铁铝柱（可以用纸包裹）问你有什么办法分出来，引入课题：我们一起来学习第六章第三节测量物质的密度。（板书：三测量物质的密度）。

（二）出示学习目标 课件展示学习目标，指导学生观看。同时教师板书课题。

过渡语：了解了学习目标，请根据自学指导认真自学课本，时间约7分钟

二、先学

（一）出示自学指导

1.请同学们阅读课本Ｐ117页“量筒的使用”部分的内容，独立思考后小组讨论完成下列问题。

1．量筒是以什么单位标度的？是毫升还是立方厘米？ 2．量筒的最大测量值（量程）是多少？ 3．量筒的分度值是多少？

4．观察课本P117图6.3-1，请指出哪种做法正确，哪种错误，错在哪里。2.请同学们阅读课本118页测量液体和固体的密度简要回答以下问题 结合P118图6.3-2，口头描述用量筒测量不规则形状物体的体积。

（二）学生自学教材：师巡视

（三）自学检测反馈：

要求：5分钟完成自学检测题，让4个小组的的同学到黑板前展示，书写成绩和题目成绩记入小组量化，要求书写认真、规范，下面同学交换学案，小组长组织成员用红笔将错误画出，准备更正。

1．量筒是测量 ________ 的工具；

2．量筒上的单位标度是

________；量筒壁上的最大刻度是量筒的________；

3．量筒使用之前要认清它的________和________值。一般液体（如水和煤油）在量筒中的面是凹形的，读数时视线要与________。

4．在测量形状不规则固体的体积时，可用“排水法”测量。即先在量筒中装入________的水，读出水的体积，将待测物体缓慢浸没到量筒的水中，读出此时水和物体的总体积，则待测物体体积=________。

5.测定物质的密度方法是先用________测物体的质量，再用________测物体的体积，然后由公式________计算出物体的密度。

三、后教

（一）交换学案用红笔更正。

你掌握了吗？通过自学你还有哪些疑惑？提出来和大家交流。学生提出疑惑，其他小组帮助解决。

（二）生生合作，探究交流

结合课本P118测量盐水和小石块的密度，做实验，将数据填到表格中

你还有怎样的测量方法？

四、当堂训练

（一）过渡语：请同学们完成学案上当堂检测题。10分钟完成。

（二）学生练习，教师巡视

1.如下图所示是某同学观察量筒内水的体积的示意图，综合你做实验时的经验和有关知识，你认为正确的是（）

2.实验室有下列四种量筒，分别标有最大刻度值和最小刻度值，要一次较准确量出100g密度为0.8×103 kg/m3的酒精，则选用的量筒应该是（）

A．500ml 10ml B．100ml 2ml C．250ml 5ml D．50ml 2ml 3.小红和小丽用天平和量筒测某种液体的密度，操作如下：

当她们将天平放置在水平桌面上，游码移到标尺左端的0刻度线时，发现指针的位置如图A所示，则应将平衡螺母向________（填“左”或“右”）旋动。

用调节好的天平测得最初烧杯和待测液体的总质量为147g，图B显示的是她们将烧杯中一部分液体倒入量筒后，烧杯和剩余液体的质量。图C显示的是从烧杯中倒入量筒的液体的体积，由图可知，量筒中液体的质量为________g，体积为________c m3，液体的密度为________kg/ m3。

测量电压教案教学设计 篇8

小班的孩子，就如一张白纸，你要很负责任地画出最美的画来。孩子们对你所传授的知识都是被动的接受。所以，幼儿园小班的老师，应该必须从内心出发，尽职尽责。

今天小鱼哥哥和大家一起聊一下，如何让小班小朋友认识测量工具并测量长短。

课程目标：

1，认识测量工具，掌握测量的方法，粗略学会测量物件的长短。

2，学会测量结果与长短之间的关系，长物件用长工具测量则次数少，长物件用短工具测量则次数多。

3，小伙伴之间合作，测量比较难测量的工具。

4，培养幼儿比较和判断的能力。

5，发展幼儿逻辑思维能力。

课程准备：

1，测量工具准备，测量物件，尺子，绳子，盒子，记，记录本等。

2，事先把小朋友按人均数分好组。

课程开始：

1，老师引导小朋友们讲出高矮，长短，胖瘦等等相对的东西，让孩子们先从自我认识的概念入手。再引导到小朋友们有没有兴趣自己亲自测量一下物件，看到底是长的还是短的。

2，老师把工具分发给每一组小朋友，老师在台上先事先给小朋友们示范一下，测量一根绳子的长度，让小朋友们看到绳子到了什么刻度，就是什么长度。

3，孩子们开始用手中的工具测量物件，并把测量的结果告诉老师。

4，老师若是发现孩子的测量方法有错，则需要及时更正并指导。

5，对于测量正确的小组的孩子，表现好的孩子，则给予大声的夸奖。

6，测量错误的孩子，应该鼓励再测一次，老师可以再次给予示范。若是一直无法掌握技巧的孩子，则可以让测量正确的小朋友帮助示范。

课程结束：

小朋友们是不是已经掌握了测量的方法，那么以后会不会测量东西的长短呢?还有小朋友们的表现都特别棒，老师也希望小朋友回家后，可以用家里的测量工具和爸爸妈妈一起做这个测量的游戏，好不好?

课程总结：

通过测量课程，不仅让小朋友们掌握了测量的工具，而且也学会了测量的方法，对于小朋友们培养数学兴趣是有极大帮助的。

教学反思：

整个活动下来，发现幼儿之间在能力上还是有差异的，大部分幼儿能很好地进行比较，但在表达方面上就有所欠缺，部分幼儿不能表达出自己的观点。在这点上还需要进一步思考，思考如何在数学活动中引导他们大胆讲出自己的想法，并帮助他们梳理总结。

在活动之前也看过一些关于“比长短”的文章，和同行的教学反思，所以在准备学具和提要求时更谨慎了。引出“一端对齐法”的概念，对幼儿能较快地理解还是有帮助的。相信对将来三个以上的物体进行比较有一定的帮助。

整个活动让幼儿在魔术中开始、游戏中结束，整体感觉孩子们能尽快地融入整个活动的氛围，都还挺开心的。

直流电压标准组测量不确定度分析 篇9

测量不确定度是用以表征测量结果不能确定的程度, 是衡量测量质量的重要指标[1], 不确定度愈小, 测试结果与真值愈靠近, 其质量愈高, 数据愈可靠。[2]本文主要实现通过FLUKE 732B直流电压参考作为传递标准来对直流电压标准组YCSD-10电压值进行标定, 并对测量结果进行不确定度分析, 其中FLUKE 732B直流电压参考电压值经过上级法定计量机构校准。为了减小测量结果的不确定度, 本文采取了以下方法:

1) 采用低热电势扫描开关自动切换通道, 减小测量回路的热电势影响;

2) 采用转移精度为0.1 ppm的高精度数表Agilent 3458A作为测量过渡表, 减小FLUKE732B直流电压参考和直流电压标准组YCSD-10测量差值的误差;

3) 运用统计的原理, 由10个独立的直流电压组成直流电压标准组YCSD-10, 减小被测对象的测量不确定度。

下文中将使用以下简称:“高精度数表Agilent3458A”简称“3458A”;“FLUKE 732B直流电压参考”简称“732B”;“直流电压标准组YCSD-10”简称“YCSD-10”。

1 测量过程

测试系统原理如图1所示, 图中, 计算机进行整个测量过程的控制和数据采集及分析;安捷伦3458A数表完成电压值的测量;电子扫描开关进行切换电压测量通道。电子扫描开关为多通道扫描开关, 被测对象主标准YCSD-10是由10个相同的电压标准组成的直流电压标准组, 图中只画出了YCSD-10标准组一个标准的连接, 其余9个的连接方式与此相同。

系统中, 按替代法的原理[3], 运用Agilent3458A数表在10 min时间内高达0.1 ppm转移精度性能, 分别测量732B和YCSD-10的输出电压值, 根据732B经量值溯源的检定值来标定YCSD-10, 同时以732B校准值不确定度、732B测量值不确定度、YCSD-10测量值的不确定度等来确定YCSD-10标定值的不确定度。先分析和评定YCSD-10电压标准组的单个电压标准的扩展不确定度, 再用统计的方法, 通过单个电压标准的扩展不确定度除以YCSD-10电压标准组的电压标准个数的根方, 即可得到YCSD-10电压标准组的扩展不确定度。

2 标定值数学模型

1) 用3458A测量732B的10 V电压值, 以732B的上级校准值作为标准值, 其误差公式如下:

式中:Δ1———电压测量引入的误差, 包括以下误差项:Δ11 (3458A测量稳定性误差) 、Δ12 (3458A分辨率引起的误差) 、Δ13 (测量回路热电势引起的误差) 。

X1———732B的测量值 (平均值) ;

N1———732B的上级检定值。

2) 用3458A测量YCSD-10的7V电压值, 其误差公式如下:

式中:Δ2———电压测量引入的误差, 包括以下误差项:Δ21 (3458A测量稳定性误差) 、Δ22 (3458A分辨率引起的误差) 、Δ23 (测量回路热电势引起的误差) 。

X2———YCSD-10的测量值;

N2———YCSD-10的标定值。

3) 用1式减去2式并整理得:

代入Δ1和Δ2的各分量有:

上式中各项的灵敏度系数的绝对值均为1。

3 标准不确定度各分量的分析

3.1 732B标准不确定度分量

732B引用上级标准进行校准, 其10 V的校准值N1带来的不确定度按B类评定。校准证书上10 V点的给出的相对扩展不确定度为:

则其相对标准不确定度即为:

3.2 YCSD-10标准不确定度分量

用3458A对YCSD-10进行电压测量, 在重复测量过程中其值有相应的变化, 其来源于YCSD-10的测量重复性, 采用A类评定方法进行评定。在重复性条件下对YCSD-10的电压进行50次测量。按贝塞尔公式

计算其实验室标准差[4,5]S=3.5×10-8;其相对标准不确定度为:

3.3 732B重复性标准不确定度分量

用3458A对732B进行电压测量, 在重复测量过程中其值有相应的变化, 其来源于732B的测量重复性, 采用A类评定方法进行评定。在重复性条件下对732B的电压进行50次测量。

按贝塞尔公式

计算其实验室标准差S=3.0×10-8;其相对标准不确定度为:

3.4 3458A标准不确定度分量

10分钟内, 用3458A分别测量732B和YCSD-10的电压值, 两次测量结果的差值的不确定度中, 包含了3458A在此测量过程中的稳定性带来的不确定度, 亦即其10分钟内的转移精度或线性度。根据3458A手册查出其在10 V档位[6], 10分钟内的转移精度或线性度为:0.05*量程值*10-6+0.05*读数值*10-6;由于测量点分别为10 V和7 V, 可按照10 V点进行计算, 其相对转移精度为0.1 ppm。

由3458A在10分钟内的转移精度或线性度引起的不确定度按B类评定, 假设其为均匀分布, 则其标准相对不确定度为:

u4=转移精度/k=0.1*10-6/≈5.8×10-8。

3.5 3458A测量732B

用3458A测量732B的10 V电压值, 其读数分辨率将带来对测量结果的不确定度, 根据3458A手册查出其在10 V档位时, 其读数分辨率误差为:100 n V, 相对误差为100 n V/10 V=1×10-8。

由3458A读数分辨率引入的不确定度按B类评定, 假设其为均匀分布, 则其标准相对不确定度为:

u5=读数分辨率相对误差/k=1×10-8/≈5.8×10-9。

3.6 3458A测量YCSD-103

用3458A测量YCSD-10的10 V电压值, 其读数分辨率将带来对测量结果的不确定度, 根据3458A手册查出其在10 V档位时, 其读数分辨率误差为:100 n V, 相对误差为100 n V/7 V=1.4×10-8。

由3458A读数分辨率引入的不确定度按B类评定, 假设其为均匀分布, 则其标准相对不确定度为:

u6=读数分辨率相对误差/k=1.4×10-8/≈8×10-9。

3.7 3458A测量732B3

在测量回路中, 采用电流换向的方法消除回路的固有热电势和线性热电势[7]。低电势扫描开关热电势带来的不确定度, 通过该扫描开关的手册可得知为:15 n V[8]。

由扫描开关引入的不确定度按B类评定, 假设其为均匀分布, 则其标准相对不确定度为:

3.8 3458A测量YCSD-103

在测量回路中, 采用电流换向的方法消除回路的固有热电势和线性热电势。低电势扫描开关热电势带来的不确定度, 通过该扫描开关的手册可得知为:15 n V。

由扫描开关引入的不确定度按B类评定, 假设其为均匀分布, 则其标准相对不确定度为:u8=15 n V/ (k*7V) =1.5×10-9/≈1.2×10-9。

4 扩展不确定度评定

4.1 标准不确定度分量汇总

根据以上对各不确定度分量的分析, 形成不确定度的分量汇总表。

4.2 合成标准不确定度

u1、u2、u3、u4、u5、u6、u7和u8均独立不相关, 则合成标准不确定度为5.1×10-7。

4.3 扩展不确定度的评定

在置信概率取95%的情况下, k=2, U95rel=uc*k=5.1×10-7*2=1.02×10-6

4.4 YCSD-10电压标准组扩展不确定度

通过单个电压标准的扩展不确定度除以YCSD-10电压标准组的电压标准个数 (10个) 的根方, 即可得到YCSD-10电压标准组的扩展不确定度。即在置信概率取95%的情况下, k=2, YCSD-10电压标准组的相对扩展不确定度为:

5 结束语

本文采用替代法的原理, 运用732B作为过渡标准实现了对YCSD-10直流电压值的标定和不确定度分析与评定, 采用了多种减小测量结果不确定度的方法, 显著减小了测量结果的不确定度, 该方法可方便推广到其它固态电压标准的精密测试和标定中。

摘要：介绍了通过上级法定计量机构校准的FLUKE 732B电压值作为传递标准来实现对直流电压标准组YCSD-10电压值的精密测量和测量不确定度评定, 设计了基于高精度数表和低热电势扫描开关, 采用替代法原理来实现直流电压标准组电压值测试的方法, 提出了基于本方法的不确定度分析数学模型, 并对测量过程中的不确定度分量 (各影响量) 进行分析, 最后计算出直流电压标准组的标定值和测量不确定度。

关键词：直流电压标准组,不确定度分析,精密测量

参考文献

[1]黄美发, 景晖, 等.基于拟蒙特卡罗方法的测量不确定度评定[J].仪器仪表学报, 2009 (30) :120-124

[2]臧慕文.分析测试不确定度的评定与表示[J].分析试验室, 2005 (24) :74-79

[3]王路, 康焱, 赵治.JJG 1068-2011固态电压标准检定规程[S].国家质量监督检验检疫总局, 2011

[4]叶德培, 赵峰, 施昌彦, 等.JJF 1059.1-2012测量不确定度评定与表示[S].国家质量技术监督局, 2012

[5]中国计量测试学会组编, 一级注册计量师基础知识及专业实务[M].中国计量出版社, 2009

[6]Agilent Technologies3458A Multimeter User’s Guide[Z].Agilent Technologies, 2000

[7]张超军, 唐国民, 等, 多用途精密齐纳电压源的研究[J].实用测试技术, 1999, 2

电压教案 篇10

“电压”是电学三大基本概念之一，是学习欧姆定律的前提和基础，“电压表的使用”和“变阻器的使用”又是学生探究电学基本规律，进行后续电学知识学习的保障。学好本章，将会使学生能较顺利地进行第七章欧姆定律的学习，并为初中电学学习的终极目标——电功率的学习作好准备。在基本技能方面，本章要让学生在会用电流表的基础上，进一步学会电压表和滑动变阻器的使用。本章通过“探究串、并联电路电压的规律”和“怎样用变阻器改变灯泡的亮度”两个探究实验来强化电学基本技能的训练。

在过程和方法方面，通过阅读“直流电压表使用说明书”来培养学生的自主探究和交流能力；通过第2节和第4节的两个探究实验，让学生亲身体验科学探究的全过程；通过“探究影响电阻大小的因素”，使学生初步体验研究物理问题常用的控制变量的方法。在实验探究教学时，探究前教师要注意对探究器材作好充分的准备，收集好实验数据，对实验中可能出现的故障作好预测；实验中要调动学生参与探究的热情，对表现优秀的和有创新的小组成员及时进行表扬与鼓励，不断激发学生的学习兴趣；要注意培养学生严谨的科学探究态度和实事求是的科学精神。

本章的一些科技小资料也不容忽视。“常见的电压”能使学生认识到什么是安全电压；“电鳐”可用来激发学生学习兴趣，进行知识拓展；“防止废电池对环境的危害”可对学生进行环保教育；“半导体”和“超 导体”可使学生关注当今科技发展，了解科技与社会的关系。另外，每一节的“动手动脑学物理”中都有一些实践性、开放性和应用性很强的问题，如制作“盐水电池”和“水果电池”就是很好的培养学生科学素养的小实验，教学中要注意落实好这些小实验，使其能真正发挥其在物理学习中应有的作用。2．课时建 议

本章共分四节，建议用5课时，各课时安排如下：

一、电压 1课时

二、探究串、并联电路电压的规律 1课时

三、电阻 1课时

四、变阻器 1课时 复习与总结 1课时

一、电压 整体设计

电压的概念是电学中的重点概念之一，历来是初中物理教学的重点与难点。初中物理学习的电学知识体系中，欧姆定律是核心，电功率是电学的终极目标，而掌握电压、电阻的概念是理解欧姆定律和进一步学习电功率的前提和基础，因此处理好电压的教学显得非常重要。而电压是反映电场能的性质的物理量，因初中阶段不学电场和电势，电压的单位“伏特”又要利用电流做功来规定。“场”“能”“功”都是比较抽象的概念，与此相联系的电压及其单位的规定使得初中学生难以理解，所以根据课程标准要求，在进行教学时要结合学生的实际情况，从学生生活中熟悉的一些电压值入手，引出电压的初步概念。并通过对小灯泡发光亮度和电压关系的探究实验，让学生在动手操作中进一步了解电压的作用。

“电鳐”是生活在海洋中，可以产生电的一种动物。鼓励学生利用网络或图书室查阅有关的科普读物，了解电鳐等动物如何产生电，从而激发兴趣，开阔眼界。“常见的电压”使学生对电压的大小有一定的感性认识，体会到物理学就在自己的身边。

“怎样连接电压表”是本节的重点，也是难点。要通过组织指导学生对“直流电压表的使用说明书”的阅读，使学生不但达到会连接和使用电压表，而且学会看及使用说明书，注意对学生综合能力和实际应用物理知识的能力的培养。

“怎样在电压表上读数”的篇幅不大，但给学生留出了自主学习的空间，在学生探究的过程中，不但要完成动手能力和实验能力的培养，而且还要通过学生的交流、合作、争论及自主总结电压表读数的步骤，可以培养学生的参与意识和团队精神。

“想想做做”注重了知识的应用，体现了物理知识来源于生活、应用于生活的学科特点。要让学生动手操作，获得感性认识后总结出电池串联后的电压关系。教学重点：

1．建立电压的初步概念；通过实验观察电压的作用。

2．学会使用电压表，学会读数。教学难点：会使用电压表，会读数。教学方法：

1．创设情景，进行实验探究式学习。

2．以学生自学为主，结合教师提问和点评的自主性学习。课时安排：1课时 三维目标

一、知识与技能

1．了解要在一段电路中产生电流，它的两端就要有电压；

2．知道电压的单位及单位换算，记住干电池及家庭电路电压值；

3．知道电压表的用途与符号，知道正确使用电压表的规则，能识别和选择电压表量程，会正确读数。

二、过程与方法

1．在初步认识电源、电压、电流关系的过程中，感受推理方法； 2．通过阅读说明书，从中收集到有关电压表连接方法和在电压表上读数的方法的一些信息，然后利用这些信息进行实验探究，并用自己的语言进行概括，得到电压表的一般使用方法。

三、情感态度与价值观

通过正确使用电压表技能的训 练，学会阅读说明书，增强实践能力，并养成严谨的科学态度和工作作风。

课前准备

多媒体课件、电池组(三节)、小灯泡(两个)、开关、导线若干、电压表、演示电压表、盐水、铜丝和铝丝、电流表、电压表使用说明书(也可用教材上的)。教学设计 [导入新课] 方案1：情境导入：

自然界的现象千奇百怪，无所不有，很多动物也有发电的本领，像电鳐，简直可以说是“水中的发电机”。

提出问题：电鳐是怎样捕食的？它有什么秘密武器？ 学生思考后回答。

教师在总结学生回答的基础上引出本节要研究的问题。总结：电鳐的身体装备有特殊的“电棍”，它身体的六分之一是由变形的肌肉组成，就像许多微型的电池，电池的总电压足以让其他水中的动物昏厥。电鳐攻击其他鱼类时就是使用它的这种能放电的秘密武器。

(教学说明：利用播放视频来创设学习的情境，很容易就能集中学生的注意力，引发学生的学习兴趣，顺利引出课题。)方案2：实验导入

实验：(教师出示实验器材，请一位学生来演示怎样能让小灯泡发光的实验)利用干电池、一只灯泡、开关、导线连接简单电路，使灯泡发光，并画出电路图。

问题：小灯泡为什么能发光？(小灯泡中通过了电流)没有了电源电路中还有电流吗？ 引入新课：为什么电路中必须有电源才会有电流？电流是怎样形成的？这些问题都和电源的作用有关。[推进新课]

一、电压

1．探究实验，感受新知

两节电池在灯泡两端产生较高的电压 组织学生进行实验：各小组按照右图(用课件展示电路图)进行实验，看看能观察到什么现象，并通过合作找出发生这种现象的原因是什么。

结论：要想使小灯泡发光，必须把小灯泡接入电路中，小灯泡发光时一定有电流通过。当分别连入1节和2节干电池时，小灯泡的亮度不一样，连入2节干电池时小灯泡较亮。原因：电源给用电器两端提供电压，2节干电池比1节干电池产生的电压高，电压高时产生的电流大。

2．小组合作，阅读探究电压相关知识

组织学生以小组为单位，阅读教材中电压部分的材料，解决如下问题： 设问：(用课件展示)①我知道的生活中存在电压的例子有________、________、________等。②电源的作用是________________，电压的作用是______________。

③电压的符号是____；电压单位有______、______、______，你掌握这些单位之间的转换了么？

④你知道了生活中哪些 常见的电压呢？ 教师活动：

①组织学生进行解答问题、质疑。

②教师到各个小组当中，以小组成员的身份参加讨论。③板书电压相关知识，并纠正学生回答中的错误和不足。学生活动：

①阅读教材及资料，学习电压的相关知识并初步解答问题。

②将自己没有掌握准确的知识交给小组，进行合作、交流，互相解答问题。③小组代表发言，为全班同学解答问题。

④小组内解决不了的疑问提出来，其他小组答疑(如果没有，则该步骤不用进行)。总结：(用课件展示)(1)知识学习方面：①生活中存在电压的例子有：一节干电池的电压一般是1.5 V、家庭电路中的 电压是220 V等。

②电源的作用是提供电压，电压的作用是使电路中产 生电流。

③电压的符号是U；电压单位有伏特(V)、千伏(kV)、毫伏(mV)，它们之间的转换关系为： 1 kV＝103 V 1 mV＝10－3 V ④生活中常见的电压，要记住：一节干电池两端的电压为1.5 V，对人体安全的电压不高于36 V，家庭电路的电压为220 V。(2)学生小组合作交流方面。3．即学即练(课件展示问题)(1)500 mV＝______ V 200 V＝______ kV。(2)通过人体的电流决定于外加电压和人体电阻，经验证明：不高于______伏的电压对人体是安全的。

(3)我国照明电路的电压为________伏，家用电器之间是________(选填“并联”或“串联”)的。

(4)下列说法正确的是（）A．电路中有电源，电路中就一定有电流

B．电路中有电源，电路两端一定有电压 C．电源的正极可能有多余的负电荷

D．以上说法均不正确 答案：(1)0.5 0.2(2)36(3)220 并联(4)B

二、怎样连接电压表

1．创设情境，引出电压表 展示材料：教师拿出几节不同的干电池让学生观察，干电池上的电压值已被磨掉，看不清楚。设问：大家对电压和电池已有所了解，能否通过什么方式确定这几节干电池的电压？ 因为学生前面学习过用电流表测电流的知识，所以会联想到测电压应该用电压表。展示材料：出示几种电表，让学生分辨。

教师请一位学生从这几块电表中选出电压表，并说出选择的依据。总结：表盘上标有“A”的是电流表，表盘上标有“V”的是电压表。

教师活动：对学生的回答作出评价，并介绍电压表的分类(并出示实物让学生观察)，如演示用电压表、学生用电压表等，同时介绍电压表的符号(电路图中电压表的符号是)。观察各小组实验器材中的学生电压表，让学生说出它由哪些部分构成。(学生观察电压表，说出电压表的构成。)总结：电压表的构成：接线柱、刻度盘、量程、分度值。

2．阅读电压表使用说明书，类比电流表的使用，学会正确使用电压表 教师活动：组织学生阅读电压表的说明书，然后回答下面的问题。问题展示：(用课件展示问题)①电压表应该怎样跟被测用电器连接？ ②电压表的红接线柱(或标有“＋”号的接线柱)应该连接在什么位置？黑接线柱(或标有“－”号的接线柱)应 该连接在什么位置？

③什么情况下使用标有“3”字样的接线柱？什么情况下使用标有“ 15”字样的接线柱？ ④在预先不知道被测电压大小时，为了保护电压表，应先选择大量程还是小量程？ ⑤电压表和电流表的使用有什么不同？

⑥从说明书中你还看懂了什么？请你和同学们交流一下。

(学生观察电压表并阅读电压表说明书，回答老师提出的问题。)教师活动：学生自学过程中，教师巡回指导，注意纠正学生的偏差和错误，引导学生类比电流表的使用方法掌握电压表的使用方法。对于说明书中的其他问题，教师注意参与学生们的讨论，鼓励学生发表自己的见解。对见解新颖的同学注意让他在全班同学中发表自己的观点。自学结束后，找四名学生分别回答提出的前四个问题，(学生进行回答的同时进行板书)学生在回答每个问题之后，由其他小组的学生进行补充订正。教师板书并及时指出学生回答的不足和错误，对回答精彩的同学及时进行表扬。最后由1～2名学生起来谈他从说明书中还看懂了什么。

总结：(用课件展示)①电压表应该和被测用电器并联；②红接线柱(“＋”接线柱)接正极，黑接线柱(“－”接线柱)接负极；③根据实际需要选择合适的量程；④不知道被测电压大小时要选择大量程。用口诀来帮助记忆：“二要、一不、二看清”。说明：“二要”：电压表要并联在被测电路的两端，要使电流从电压表的“＋”接线柱流入，从电压表的“－”接线柱流出。“一不”：被测电压不能超过电压表的量程。“二看清”：读数时一要看清电压表所用的量程；二要看清每一小格所表示的数值。3．即学即练(课件展示问题)一只电压表有3 V和15 V两个量程，在测电压时，先用15 V量程试触，结果表盘上显示1.6 V，则（）

A．直接读数即可

B．应改用一只量程更大的电压表来测 C．应改用一只量程小于3 V的电压表来测

D．应改用此表的3 V量程来测 答案：D

三、怎样在电压表上读数

1．组内合作，学习电压表的读数 设问：电压的大小需要用电压表来测量，那么如何对电压表进行读数呢？请同学们类比电流表的读数方法，小组进行讨论，一人执笔，其他同学补充写出电压表读数的步骤。(学生进行组内讨论)教师巡回指导，帮助学生总结得出电压表读数的步骤。

学生在完成自学任务后，教师选取一组同学总结的读数步骤，投影出来，学生互评，教师最后总结点评。

总结：(用课件展示)电压表的读数步骤：①根据接线柱确定电压表的量程；②认清电压表每一个小格代表的电压是多大(分度值)；③待指针稳定后看表针向右偏转的格数，读出正确的电压。

2．动手实践，练习电压表的使用

(学生利用桌上的器材，完成“想想做做”中测量电池组的电压的探究实验，并在探究中了解电池组的电压和每节电池的电压的关系。)

电压表的作用

教师活动：教师巡回指导，及时帮助学生纠正操作中出现的问题。(教学 说明：帮助学生时要注意不要直接告诉学生方法，要点拨，用启发性的问题提示学生，使学生尽量通过自己的努力和思考来解决问题。)在学生成功完成实验后，教师作简单点评和总结，然后用两个例题培养学生应用所学知识解决问题的能力。

总结：串联电池组电压等于各电池电压之和。

3．播放视频：如何正确使用电压表，加深学生对电压表的理解和应用。4．典例精析(用课件展示例题和练习题)例题 在实验中，小星同学连接完实验电路，闭合开关，此时的电压表指针位置如右图所示，则电压表的示数是

V。

解析：正确读出电压表的示数，首先要明确电压表可以测量的最大电压，也就是表针指到最右端时电压是3 V还是15 V；其次要确定电压表的一个小格代表多大的电压；最后看电压表指针向右偏了多少格，得出电压值。本题从接线情况可知 选用的是0～3 V的量程，那么每一个小格应为0.1 V，所以电压表示数为2.7 V。答案：2.7 点评：本题考查的是电压表的读数方法。解此类题必须注意两条：①电压表使用的量程；②相应量程刻度盘上每一小格表示的电压值的大小。5．即学即练 在用电压表测某用电器两端的电压时，若选用0～3 V的量程，测得的电压值为2.2 V；若使用0～15 V量程，测得的电压值为2.0 V，那么该电阻两端电压的大小应是（）A．2.2 V

B．2.0 V

C．2.1 V

D．无法确定 答案：A 解析：本题考查如何选择电压表的量程。使用电压表时，应遵循两个原则：一是不能超过电压表的量程；二是如果能够用小量程测量则应该用小量程，这样会使测量结果更准确，使测量的误差最小。因此题目中应该选择小量程来测量，用小量程来测得的值应作为测量值，故该电阻两端电压大小应为2.2 V。拓展深化：

(若时间允许，可进行以下内容的学习)1．实验：测量灯泡两端的电压

各小组利用现有的器材按 照图甲和图乙的电路图进行连接并测量出两只灯泡两端的电压各是多少伏。看哪一组做得最好。

(学生按照电路图进行连接电路并测量)

图甲

图乙

教师活动：教师巡回指导，学生测量完成后组织学生进行小组交流。2．演示“盐水电池”

演示盐水电池，使学生认识到插入铜片和铝片的盐水变成电池。

盐水电池 [课堂总结] 用课件展示表格，学生填写内容：

物理量 表示符号 单位 测 量

学生用表

仪表 元件符号 使用规则 量程 最小刻度

电压 U 伏特(V)电压表

二要、一不、两看清 3 V 0.1 V V 0.5 V 电流 I 安培(A)电流表 Ⓐ 二要、一不、两看清 0.6 A 0.02 A A 0.1 A [布置作业] 1．巩固复习本节内容；了解家中各种用电器的电压值，观察家里的可调亮度的台灯是怎样调节亮度的。2．“动手动脑学物理”

1、3题。板书设计

一、电压

电压概念：电压是使电路中形成电流的原因。电源是提供电压的装置符号：U单位：国际单位：伏特(V)常用单位：千伏(kV)毫伏(mV)1 kV＝103 V 1 mV＝10－3 V常见电压值：干电池 1.5 V 家庭电路电压220 V 人体安全电压不高于36 V串联电池组电压：等于各电池电压之和

电压表符号 ○V 使用规则二要一不二看清

(略)活动与探究

课题：探究水果电池

目的：通过观察和实验，初步了解水果电池的规律；同时也巩固对电压表的使用。材料：电压表、各种水果、导线、不同种类的金属片、刻度尺，剪刀等。

水果电池

方案1：水果电池的电压与电极之间的距离是否有关？ 水果电池种类：西红柿电池

实验次数 电极 电极面积和距离 电极间距 水果电池电压 1 铜片和锌片 不变cm 2 铜片和锌片 不变 2 cm 3 铜片和锌片 不变 3 cm

方案2：水果电池的电压与水果的种类是否有关？ 实验次数 电极 电极面积 水果种类 水果电池的电压 1 铜片和锌片 不变 苹果铜片和锌片 不变 西红柿铜片和锌片 不变 柑橘

结论：1.水果电池产生的电压大小与电极间距有关，在其他因素不变的情况下，电极间距离不同，水果电池产生的电压不同。

2．水果电池的电压与水果的种类有关，在其他因素不变情况下，只改变水果的种类，水果电池的电压发生了变化。设计反思

本节重点是电压表的使用，由于本节是下学期开学第一节课，部分学生可能遗忘了上学期的内容，教学时可引导学生复习回顾电流表的使用，通过将电压表与电流表进行比较来加深对电压表使用的学习。在进行测量前，教师可先画出电路图，然后让学生动手连接并测量。在学生进行连接测量的过程中教师必须要加强对各小组的指导，发现学生存在的问题马上纠正，读数可以在学生动手测量后进行，应多测几遍，培养学生科学严谨的态度，并使学生体会使用的电压表量程不同，读数也会不同。参考资料

一、水中高压电——电鲶

学名：malapterurus eletricus，原产地非洲刚果河，鲶科。体长50～60 cm，圆筒形，尖头小眼，嘴部有三对须。全身粉红色，体裸露无鳞。当受到刺激时可瞬间发电。饲养水温22～28 ℃，水质喜弱酸性软水，饵料有鱼肉、小活鱼等。在水族箱中很难繁殖。一般体长2米左右，体重20千克左右，身体表面无鳞片，没有背鳞。

电鲶的发电器官很特别，它是由体内许多电板组成的，这些电板分布在身体皮肤和肌肉之间，头部为正极，尾部为负极，电流流向是从头部流向尾部。当电鲶在水中活动时，身体的任何一部分触及到敌人或其他物体，马上就产生一种强大的电流，击倒对方。

电鲶放出的电一般在150伏左右，最高电压为200多伏，它的有效范围的半径为6米左右。电鲶放电的主要目的有两种，一种是为了捕获食物，以便自己生存下去；另一种是为了防御敌人，保护自己。它的强大电流不仅能击死小的动物，甚至能击死比它大得多的水生动物，难怪人们称它为“水中高压电”。

二、水果电池的原理

水果电池就是说在水果里面插入化学活性不同的金属，这样由于水果里面有酸性电解质，可以形成一个原电池。

水果电池

水果电池的发电原理是：两种金属片的电化学活性是不一样的，其中更活泼的那边的金属片能置换出水果中的酸性物质的氢离子，由于产生了正电荷，整个系统需要保持稳定(或者说是产生了电场，电场造成下列结果)，所以在组成原电池的情况下，由电子从回路中保持系统的稳定，这样的话理论上来说电流大小直接和果酸浓度相关(如果是要表达为一个函数关系的话，那么这个函数其实是和离子强度有关的，而且还是定量关系，和离子浓度有定性的关系)，在此情况下，如果回路的长度改变，势必造成回路的改变，所以也会造成电压的改变。

三、太阳能电池简介 一种太阳能电池

有一种电池，叫“硅光电池”，就是电子计算器上的那几小片棕褐色的薄膜。它是用硅材料制成的，利用光电效应的原理来工作的，特别是可以利用取之不竭的太阳光能，转化成电能，因此，通常也称作太阳能电池。每片太阳能电池产生的电压和提供的电流都是很小的，但人们把许多片这样的电池串联又并联起来，就可以得到较高的电压和较大的电流了。在太阳光很充沛的地方，如沙漠、草原和海上，人们广泛使用太阳能电池供电。把一片片硅光电池片连接起来，足有一张报纸大。太阳能电池和一个铅蓄电池连接起来，白天产生的电能储存在蓄电池中，晚上再用它给电视机、日光灯供电。

人们试着把它安装在电动汽车上，制成一个大大的顶盖，安在汽车顶上，以便接收更多的太阳能辐射，它提供的电能可以取代汽油燃烧的热能，干净又无废气污染，所以被认为是大有前途的环保“汽车”。而它的最大用途是在人造卫星上，在浩瀚无垠的宇宙中，卫星可以尽情地伸展开它的翅膀去“享受”太阳的辐射，把硅光电池产生的电能供给卫星中的仪器。

四、盐水电池的原理