高中物理第二章电路第四节认识多用电表教学案粤教版选修31.docx
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高中物理第二章电路第四节认识多用电表教学案粤教版选修31
第四节认识多用电表
1.使用多用电表测电阻的步骤:
机械调零→选挡→欧姆调零→读数→开关置于“OFF”或交流电压最高挡。
2.测电阻时,每次选挡或换挡都要重新欧姆调零。
3.利用多用电表可测电压、电流、电阻,无论测量什么,电流总是从红表笔流入,从黑表笔流出。
一、多用电表的原理
1.原理及构造
指针式多用电表一般由表头、测量电路、转换开关以及红黑测量表笔等组成。
(1)表头是一个灵敏直流电流表,主要部分是永久磁铁和可动线圈。
(2)当电流通过线圈时,线圈在磁场的作用下带动指针偏转。
2.多种用途
利用电路的分流和分压原理,按照图241,将其中的转换开关接1或者2时测电流;接3或4时测电压。
转换开关接5时,测电阻。
图241
二、多用电表的使用
1.电压、电流的测量
无论是测量电流还是电压,都应选择适当的量程使表头指针尽量停靠在接近满偏刻度处,这样测量值比较准确。
2.判断二极管的极性
应用多用电表的电阻挡,判断二极管的极性时,要用两表笔分别连接二极管的两极,然后将两表笔反过来连接二极管的两极,可以测出两个电阻值。
3.利用多用电表查找电路故障
电路故障分析来源于生产生活实际,意义重大,故障一般是断路或短路。
断路和短路各有特点。
(1)电路中发生断路,表现为电源电压不为零,而电流为零;断路后,电源电压将全部降落在断路之处,若电路中某两点电压不为零,等于电源电压,则这两点间有断点,而这两点与电源连接部分无断点;若电路中某两点间电压为零,说明这两点间无断点,而这两点与电源连接部分有断点。
(2)电路中某一部分发生短路,表现为有电流通过电路而该电路两端电压为0。
明确电路故障的这些特点是正确分析电路故障问题的基础。
1.自主思考——判一判
(1)欧姆表的内阻是电源内阻、表头内阻和滑动变阻器有效电阻之和。
(√)
(2)两表笔短接时,电流表满偏,意味着此时待测电阻为零。
(√)
(3)用多用表无论是测电压或是测电流时电流总是从红表笔流入,从黑表笔流出。
(√)
(4)使用多用电表欧姆挡测电阻时,指针摆动角度越大,测量越精确。
(×)
(5)若将分压电阻串联在电流表上改装成电压表后,增大了原电流表的满偏电压。
(×)
2.合作探究——议一议
(1)在学习多用电表这节课之前,老师给每一个学习小组一个多用电表,观察表盘后,一个同学产生了疑问,为什么欧姆表的刻度线的零点在右边?
又为什么是不均匀的?
图242
提示:
欧姆表的改装是根据闭合电路欧姆定律,用表头中的电流替代待测电阻,由电流为I=
可以知道,电流I与待测电阻Rx有一一对应关系,但不是正比关系,所以刻度是不均匀的,且Rx越小电流越大,指针的偏角越大,当Rx=0(即两表笔短接)时电流最大,在刻度的最右端应该标0,故欧姆表的零刻度在右端。
(2)用多用电表的欧姆挡测甲元件的电阻时发现偏转角较大,接着去测乙元件的电阻时,发现偏转角很小,两个元件的电阻大小关系怎样?
提示:
据多用电表的表盘可知,测甲元件偏转角大,说明电阻小,测乙元件偏转角小,说明电阻大,所以R乙>R甲。
(3)把一个小量程的电流表改装成一个大量程电压表后,通过校对发现电压表量程偏大,若要符合改装要求,怎么办?
提示:
电压表改装利用的是串联电路正比分压的特点,改装后的电压表量程偏大,说明串联电阻偏大,应该换用阻值小的符合改装要求的电阻。
电表的改装与计算
1.两表改装对比
改装成电压表V
改装成电流表A
内部电路
扩大后的量程
U
I
电阻R的作用
分压
分流
电阻R的数值
R=
-Rg=(n-1)
Rg
R=
=
电表的总内阻
RV=Rg+R=
RA=
=
2.电表改装问题的两点提醒
(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)改装后电压表的量程指小量程电流表表头满偏时对应的R与表头串联电路的电压;改装后电流表的量程指小量程电流表表头满偏时对应的R与表头并联电路的总电流。
[典例] (2015·北京高考)如图243所示,其中电流表A的量程为0.6A,表盘均匀划分为30个小格,每一小格表示0.02A;R1的阻值等于电流表内阻的
;R2的阻值等于电流表内阻的2倍。
若用电流表A的表盘刻度表示流过接线柱1的电流值,则下列分析正确的是( )
图243
A.将接线柱1、2接入电路时,每一小格表示0.04A
B.将接线柱1、2接入电路时,每一小格表示0.02A
C.将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.06A
D.将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.01A
[解析] 设电流表A的内阻为RA,用电流表A的表盘刻度表示流过接线柱1的电流值时,若将接线柱1、2接入电路,根据并联电路的特点,(I1-IA)R1=IARA,解得I1=3IA=0.06A,则每一小格表示0.06A;若将接线柱1、3接入电路,则(I2-IA)R1=IARA,解得I2=3IA=0.06A,则每一小格表示0.06A。
选项C正确。
[答案] C
求解电表改装问题时,应明确电表改装的原理:
改装成电压表,串联一个阻值较大的分压电阻;改装成电流表,并联一个阻值较小的分流电阻。
同时要区分电表改装问题中的三个电阻:
表头内阻Rg、分压电阻或分流电阻、改装后电表的内阻,不要将它们混淆。
1.(多选)如图244所示,甲、乙两个电路都是由一个灵敏电流计G和一个变阻器R组成,它们中一个是测电压的电压表,另一个是测电流的电流表,那么以下结论中正确的是( )
图244
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增大时量程减小
D.乙表是电压表,R增大时量程增大
解析:
选BD 电压表电阻分压,串联;电流表电阻分流,并联;所以甲表为电流表,乙表为电压表,并联电路电阻大时分流少,所以R增大时量程减小,A错误,B正确;串联电路电阻大时分压多,所以R增大时量程增大,C错误,D正确。
2.一个电流表的满偏电流Ig=1mA,内阻为500Ω,要把它改装成一个量程为10V的电压表,则应在电流表上( )
A.串联一个10kΩ的电阻
B.并联一个10kΩ的电阻
C.串联一个9.5kΩ的电阻
D.并联一个9.5kΩ的电阻
解析:
选C 把一个电流表改装成一个电压表,要串联一个电阻,可知B、D错误。
通过电流表的电流为Ig时,电流表表头两端的电压
Ug=IgRg=1×10-3×500V=0.5V
串联电阻R分担的电压
UR=U-Ug=10V-0.5V=9.5V
所以串联电阻的阻值R=
=
=9.5kΩ。
C正确,A错误。
3.如图245所示,有一个表头G,满偏电流Ig=500mA,内阻Rg=200Ω,将它改装为有0~1A和0~10A两种量程的电流表,求R1、R2的阻值各为多大?
图245
解析:
当公共端与“1A”端接入电路时,满偏电流I1=1A
当公共端与“10A”端接入电路时,满偏电流I2=10A
当公共端与“1A”端接入电路时,电阻R1和R2串联,再与表头内阻Rg并联。
由并联电路的特点可得R1+R2=
Rg
代入Ig、I1、Rg的数值,可得R1+R2=200Ω①
当公共端与“10A”端接入电路时,电阻R2与表头内阻Rg串联,再与电阻R1并联。
由并联电路的特点可得Ig(Rg+R2)=(I2-Ig)R1
代入Ig、I2、Rg的数值,可得R2+200Ω=19R1②
由①②解得R1=20Ω,R2=180Ω。
答案:
R1=20Ω R2=180Ω
欧姆表原理的理解
1.原理如图246所示
图246
2.刻度标注
(1)“0Ω”标注:
当红、黑表笔相接时(图甲),相当于被测电阻Rx=0,调节R的阻值,使
=Ig,则表头的指针指到满刻度,所以刻度盘上指针指在满偏处定为欧姆表刻度的零点。
注意此时欧姆表的内阻是r+Rg+R。
(2)“中值”标注:
保持R不变,在两表笔间接一电阻Rx时,如图丙所示,使电流表指针恰指到满刻度的一半,即
处,则此时Rx=Rg+R+r,称为中值电阻,等于欧姆表内电阻值。
(3)“∞Ω”标注:
当红、黑表笔不接触时(图乙)相当于被测电阻Rx=∞,电流表中没有电流,表头的指针不偏转,此时指针所指的位置是欧姆表刻度的“∞”点。
(4)一般位置标注:
由闭合电路的欧姆定律I=
知,每一电流值都对应一电阻值Rx,将电流刻度换成对应的电阻刻度,就可直接读电阻了。
1.(多选)关于多用电表上的欧姆刻度线,下列说法中正确的是( )
A.零欧姆刻度线与零电流刻度线重合
B.零欧姆刻度线与电流表满偏刻度线重合
C.欧姆刻度线是不均匀的,欧姆值越大,刻度线越密
D.欧姆刻度线是不均匀的,欧姆值越小,刻度线越密
解析:
选BC 因为多用电表在不使用时,指针指在电流表的零刻度线上,但是此时欧姆表的两个表笔并没有接触,表笔之间的电阻无穷大,所以电流表的零刻度线对应的是欧姆表的无穷大刻度线。
当电流表最大即处于满偏刻度上时,对应的电阻最小,所以零欧姆刻度线与电流表的满偏刻度线重合,选项A错误,B正确;从欧姆表的刻度盘上得知欧姆表的刻度是不均匀的,欧姆值越大,刻度线越密,选项C正确,D错误。
2.用欧姆表测电阻的优点是快捷、方便,缺点是读数不够精确,尤其是当表内电池的电动势下降后,测出的电阻值与真实值之间有较大的差异。
图247甲所示是一个欧姆表的电路结构图,图乙是其表盘的刻度(刻度值是按照表内电池电动势为1.5V的正常值刻制的)。
已知在电流满偏刻度的
处所标的电阻值为15Ω。
问:
图247
(1)该欧姆表的内阻(即Rg、r和R0之和)为多大?
(2)在满偏刻度
处的B点所标的电阻值为多大?
(3)当表内电池的电动势下降为1.4V时(欧姆表仍可准确调零),在测某一电阻Rx时,欧姆表的指针恰好指在B点,此时Rx的真实值为多大?
解析:
(1)该欧姆表的内阻等于电流满偏刻度的
处所标的电阻值,即R内=15Ω。
(2)设电流表的满偏刻度为Ig,根据闭合电路欧姆定律,有Ig=
当电流为满偏刻度的
时,有
=
解得RB=2R内=30Ω。
(3)当表内电池的电动势下降为1.4V时,有Ig=
解得R内′=14Ω
当欧姆表的指针恰好指在B点时,有
=
解得Rx=2R内′=28Ω。
答案:
(1)15Ω
(2)30Ω (3)28Ω
多用电表的使用方法
1.测量前的准备
测量前,先检查表针是否停在最左端的“0”位置,如果没有停在“0”位置,应用小螺丝刀轻轻地转动表盘下面中间的定位螺丝,使指针指零,通常称为机械调零。
然后将红表笔和黑表笔分别插入正(+)、负(-)测试笔插孔。
2.测量电阻的操作步骤
(1)选挡:
把选择开关旋到欧姆挡上,并根据估测电阻的大小,选择好选择开关的量程。
(2)调零:
把两只表笔接触,调整欧姆挡的调零旋钮,使指针指在电阻刻度的零位上。
(注意:
电阻挡的零位在刻度的右端)
(3)测量:
把被测电阻接到红黑表笔之间,观察指针的示数。
若指针偏转角度太大(太小)说明所选欧姆挡量程太大(太小),应换挡重测直到指针指在表盘中间附近为止。
(4)读数:
读出表盘上指针所指的数值,再乘以量程的倍率即为待测电阻的阻值。
(5)实验完毕,应将两表笔从插孔中拔出,并将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡。
如果欧姆表长期不用,应取出表内的电池。
3.用多用电表测电压、电流
测量小灯泡的电压
测量小灯泡的电流
示意图
用直流电源对小灯泡正常供电
把小灯泡的一个接线柱上的导线卸开
步骤
(1)将多用电表的选择开关旋至直流电压挡,其量程应大于小灯泡两端电压的估计值
(2)用两表笔分别接触灯泡两端的接线柱,注意红表笔接触点的电势应比黑表笔的高
(3)根据表盘上相关量程的直流电压标度读数
(1)将多用电表的选择开关旋至直流电流挡,其量程应大于通过灯泡电流的估计值
(2)把多用电表串联在刚才卸开的电路中,注意电流应从红表笔流入电表
(3)闭合开关,根据表盘上相应量程的直流电流刻度读数
1.
(1)参考多用电表面板完成下列填空:
用多用电表测直流电流时,应把选择开关旋至标有________处,并把多用电表________联接到被测电路中;若测电压时,应把选择开关旋至标有________处,并把多用电表与被测电路________联。
测直流电压和电流时,都必须把红表笔接在电势________处,即电流从________表笔流进多用电表。
(2)如图248为一正在测量中的多用电表表盘。
图248
①如果是用“×10”挡测量电阻,则读数为________Ω。
②如果是用直流10mA挡测量电流,则读数为________mA。
③如果是用直流5V挡测量电压,则读数为________V。
解析:
(1)用多用电表测直流电流时,选择开关应置于“mA”挡,且把电表串联接入被测电路中;测电压时,把选择开关置于标有“V”处,且并联于被测电路两端,因红表笔与表头正接线柱相连,黑表笔与表头负接线柱相连,因此测直流电压和直流电流时,都必须把红表笔接在电势高处,即电流从红表笔进入多用电表。
(2)用多用电表测电流或电压时,只要根据旋钮所指示的量程看相对应的刻度弧线,根据读数规则,直接读出指示的读数即可,而欧姆表的刻度指示数乘以旋钮指示的挡位倍率,才是电阻的测量值。
①因为选的是“×10”挡,所以读数为6×10Ω=60Ω。
②因为用直流10mA挡测电流,所以对应下面10mA挡读数为7.2mA(注意从直流刻度区读)。
③用直流5V挡测时,电压为3.60V。
答案:
(1)mA 串 V 并 高 红
(2)①60 ②7.2 ③3.60
2.用如图249所示的多用电表测量电阻,要用到选择开关K和两个部件S、T。
请根据下列步骤完成电阻测量:
图249
(1)旋动部件________,使指针对准电流的“0”刻线。
(2)将K旋转到电阻挡“×100”的位置。
(3)将插入“+”“-”插孔的表笔短接,旋动部件________,使指针对准电阻的________(选填“0刻线”或“∞刻线”)。
(4)将两表笔分别与待测电阻相接,发现指针偏转角度过小,为了得到比较准确的测量结果,请从下列选项中挑出合理的步骤,并按________的顺序进行操作,再完成读数和测量。
A.将K旋转到电阻挡“×1k”的位置
B.将K旋转到电阻挡“×10”的位置
C.将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接
D.将两表笔短接,旋动合适部件,对电表进行校准
解析:
多用电表测量电阻时,在测量之前就要观察指针是否在零刻度线上,若指针不在零刻度线上,用螺丝刀小心转动调零螺丝S,使指针对准电流的“0”刻线。
然后转动选择开关K,选择量程,再将两表笔短接,调整调零电阻的旋钮T,使指针对准满偏刻度(即电阻的“0”刻线),接下来才能将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接,测量被测电阻的阻值。
若在测量过程中,发现指针偏转角度过小,表明被测的电阻阻值很大,这时要换用更高倍率的挡位,从“×100”挡位更换到“×1k”的挡位。
答案:
(1)S (3)T 0刻线 (4)A、D、C
电路故障和电学黑箱问题
1.电路故障检测方法
(1)判断电路故障常用多用电表的电压挡,因为操作既简便又安全,但要注意量程的选取。
可分以下三种情况作出判断:
①如果电压表读数为零,说明可能在和电压表并联的路段之外有断路,或该并联路段内有短路。
②如果电压表有示数,说明在和电压表并联的电路之外无断路或该并联路段内无短路。
③如果电压表示数等于电源电动势——可能和电压表并联的电路间有断路,而该并联路段之外的电路无断路。
(2)若用电流表判断,则必须确定电流的最大值不能超出电流表的量程,否则会损害电流表。
(3)利用欧姆挡检测时要谨慎,必须确认无电压的情况下使用,而且要将待测元件与电路断开。
2.常见元件的特性及测量现象
元件
特性
不分极性,正向、反向电阻大小相等
单向导电性,正向、反向电阻差值很大
直流电路中相当于断路,欧姆表测量时指针先偏转,又回到“∞”刻度
提供电压,用电压表测量,如果在两测量点间电压最大,说明两点间有电源
3.用多用电表探测黑箱内的电学元件的基本思路
根据以上思路判断出黑箱内有哪些电学元件后,再根据各接点间测量的数据进行逻辑推理,最后确定出元件的位置和连接方式。
[典例] 现有一个电学黑箱,有A、B、C、D四个接线柱,如图2410所示。
若用多用电表的电压挡和电阻挡分别做三次测量,发现两接线柱间测量结果如下:
UAB=UAC=UAD=1.5V;UBC=UBD=UCD=0;RBC=4Ω,RBD=3Ω,RCD=5Ω。
图2410
试判断箱内电路的最简结构(电阻无并联的情况)。
[思路点拨] 判断黑箱内元件的连接情况,要根据外部电压、电阻的测量结果来作出判定,采用各个击破的方式来画出内部结构,然后分析所画结构图是否符合题意,直到所画图符合题意为止。
[解析] 由电压测量结果知,B、C、D三点电势相等,A点电势比它们高1.5V,只有一节干电池,接线柱A应接电源正极,在B、C、D三点间无电池。
由电阻测量结果可知,B、C、D三个接线柱之间均有电阻,如图所示,由测量结果可知,R1+R2=4Ω,R1+R3=3Ω,R2+R3=5Ω,解得R1=1Ω,R2=3Ω,R3=2Ω。
[答案] 箱内电路结构如图所示。
判断黑盒子问题时要特别关注电压和电阻的测量情况。
电压不为零,说明内部有电源;电压为零,说明所测的两点间被短路,也可能是这两点都在断开的电路的负极一侧或正极一侧。
电阻的测量值也能反映电路电阻的连接情况,可以判断黑盒子中是否有二极管。
1.(多选)在如图2411所示的电路中,闭合开关时,灯不亮,已经确定是
图2411
灯泡断路或短路引起的,在不能拆开电路的情况下(开关可闭合,可断开),现用一个多用电表的直流电压挡、直流电流挡和欧姆挡分别对故障电路作了如下检查并作出判断(如下表所示):
次序
操作步骤
现象和结论
1
闭合开关,选直流电压挡,红、黑表笔分别接a、b
指针偏转,灯断路;指针不偏转,灯短路
2
闭合开关,选直流电流挡,红、黑表笔分别接a、b
指针偏转,灯断路;指针不偏转,灯短路
3
闭合开关,选欧姆挡,红、黑表笔分别接a、b
指针不动,灯断路;指针偏转,灯短路
4
断开开关,选欧姆挡,红、黑表笔分别接a、b
指针不动,灯断路;指针偏转最大,灯短路
以上操作和判断正确的是( )
A.1 B.2
C.3D.4
解析:
选AD 选直流电压挡时,红、黑表笔分别接高、低电势点,若指针偏转,说明a、b两点有电压,其他地方完好而a、b之间有断路;若指针不偏转,说明a、b两点电势相等,a、b之间必短路,1正确。
选直流电流挡时,由于电流表内阻很小,当灯属于断路故障时,电路中电流可能较大,因此可能烧坏电流表或电源等。
故一般不选用电流挡进行故障检测,2错误。
选欧姆挡时,已启用欧姆表内电源,必须将外电路电源断开,故3是错误的。
而4显然正确,故选项A、D正确。
2.在如图2412所示的电路中,1、2、3、4、5、6为连接点的标号。
在开关闭合后,发现小灯泡不亮。
现用多用电表检查电路故障,需要检测的有:
电源、开关、小灯泡、3根导线以及电路中的各连接点。
图2412
(1)为了检测小灯泡以及3根导线,在连接点1、2已接好的情况下,应当选用多用电表的________挡。
在连接点1、2同时断开的情况下,应当选用多用电表的________挡。
(2)在开关闭合情况下,若测得5、6两点间的电压接近电源的电动势,则表明__________________可能有故障。
(3)将小灯泡拆离电路,写出用多用电表检测该小灯泡是否有故障的具体步骤。
解析:
用多用电表欧姆挡测电阻时必须将其从电路中断开,在点1和点2已接好的情况下,应选用多用电表的电压挡测量各器材两端的电压;点1和点2同时断开时,可以用欧姆挡进行测量。
在开关闭合时,若测得5、6两点间电压接近电源电动势,可知开关或连接点5、6出现故障。
把小灯泡拆离电路后,检验小灯泡是否断路可用多用电表的欧姆挡调零后进行测量,如果电阻无穷大,说明灯泡是断路的。
答案:
(1)电压 欧姆
(2)开关或连接点5、6
(3)①将多用电表挡位调至欧姆挡;②将红、黑表笔相接,检查欧姆挡能否正常工作;③测量小灯泡的电阻,如电阻为无穷大,表明小灯泡有故障。
3.如图2413所示的黑箱中有三只完全相同的电学元件,小明使用多用电表对其进行探测。
图2413
(1)在使用多用电表前,发现指针不在左边“0”刻度线处,应先调整图中多用电表的________(选填“A”“B”或“C”)。
(2)在用多用电表的直流电压挡探测黑箱a、b接点间是否存在电源时,一表笔接a,另一表笔应________(填“短暂”或“持续”)接b,同时观察指针偏转情况。
(3)在判定黑箱中无电源后,将选择开关旋至“×1”挡,调节好多用电表,测量各接点间的阻值。
测量中发现,每对接点间正反向阻值均相等,测量记录如下表。
两表笔分别接a、b时,多用电表的示数如图所示。
请将记录表补充完整,并在黑箱图所示的黑箱中画出一种可能的电路。
两表笔接的接点
多用电表的示数
a,b
________Ω
a,c
10.0Ω
b,c
15.0Ω
解析:
(1)使用多用电表前应先调整“指针定位螺丝”A,使指针指到左边的“0”刻度线处。
(2)为保护多用电表的内部元件,在测量黑箱中是否存在电源时,应短暂接触接点b。
(3)欧姆表的读数为5.0×1Ω=5.0Ω;每对接点间正反向电阻均相同,说明黑箱中没有二极管元件,只有电阻,由测量电阻最大值为15.0Ω可知,每个电阻的最小值为5.0Ω,接法如图甲所示;电阻值还可能为10.0Ω,接法如图乙所示。
答案:
(1)A
(2)短暂 (3)5.0 见解析图
1.(多选)关于多用电表,下列说法正确的是( )
A.多用电表是电压表、电流表、欧姆表共用一个表头改装而成的
B.用多用电表无论是测电压、电流还是测电阻,红表笔的电势都高于黑表笔的电势
C.多用电表的电压挡、电流挡和欧姆挡都是靠外部提供电流的
D.用多用电表测电压、测电流和测电阻时,电流都是从红表笔流入的
解析:
选AD 多用电表内只有一个表头,所以A选项正确;对于多用电表,电流都是从红表笔流进,从黑表笔流出。
其他测量电流的来源都是外电路提供的,但是欧姆挡和其他挡不同,它是靠内部电源提供电流的。
2.如图1所示是一个欧姆表的外部构造示意图,其正、负插孔内分别插有红、黑表笔,则虚线内的电路图应是图中的( )
图1
解析:
选A 红表笔接内部电源的负极,且内部电阻为可变电阻用以欧姆调零,则选项A正确。
3.电流表的内阻是Rg=200Ω,满刻度电流值是Ig=500μA,现欲把此电流表改装成量程为1V的电压表,正确的方法是( )
A.应串联一个0.1Ω的电阻
B.应并联一个0.1Ω的电阻
C.应串联一个1800Ω的电阻
D.应并联一个1800
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- 高中物理 第二 电路 第四 认识 多用 电表 教学 案粤教版 选修 31