伏安法测电阻.docx
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伏安法测电阻
“伏安法测电阻”教学设计
主备人:
梅周全
集体备课组成员:
郑仕潮,梅周全,谭丽萍,张艳琼严关强,柯丽琼
定稿时间:
2014年10月14日星期二
一、内容及其解析
(一)内容
本单元的内容如下:
在上述内容中,实验原理是实验能否继续进行的基础,数据处理、电路设计是本单元的主要内容,其中,电路设计是本单元的核心内容,更是高中物理电学实验的核心内容,同时也是继上一单元电路设计的延伸和应用。
(二)解析
1、对核心内容的分析
本单元是继上一单元“描绘小灯泡伏安特性曲线”之后的一个重要实验,学生已做过学生实验,有了一定的基础,为学生的自主预习提供了条件。
该实验又为高中后面的电学实验如测定金属电阻率、测定电源电动势和内阻等打下更好的基础,通过对实验原理的分析,可以让学生更清晰的认识到实验原理的重要性和实验原理在实验的作用,所以实验原理就成为了本单元的主要内容。
数据处理和电路设计是高中物理实验的两个重要组成部分,而本单元是在“描绘小灯泡伏安特性曲线”之后,学生也有了最基本的认识,本单元理论的运用和升华,所以成为本单元的主要内容,其中电路设计是实验成功与否的关键,所以成为本单元的核心内容,更是成为高中物理电学实验的核心内容。
2、对有关原理与规则的解析
本单元在学生自主预习的基础上,通过引导学生在对上一单元“描绘小灯泡伏安特性曲线”的感性认识和理论分析方法的回忆,让学生明白:
实验的目的就是要未知电阻的阻值,并进行误差分析,所以,实验原理同样就是要通过设计电路测量U、I。
而任何电路均可分为“电源,控制电路,测量电路”三个部分,可在提出要求的前提下,让学生通过理论分析的方法得出,应该怎样设计电路才能满足要求。
本单元将按照这样的思路进行教学。
二、目标及其解析
(一)目标
1、单元目标:
(1)能用电表选择原则选择合适的电压表和电流表并设计测量电路。
(3)能根据设计的电路图连接电路实物图
2、课堂教学目标:
(1)通过对实验原理的教学,让学生进一步认识如何确定实验原理
(3)通过电路设计的教学,让学生能从理论上分析画出电路设计图。
(4)通过数据处理,让学生进一步学会数据处理和误差分析。
(二)解析
1、本单元的实验原理是部分电路欧姆定律,就是指要达到实验目的:
测出未知电阻的电阻值,就要测出未知电阻两端的电压和通过它的电流。
2、电路设计就是指先根据“仪器选择原则”选出实验所需要的仪器,在根据“实验要求和误差尽可能小”的原则设计出合理的电路图。
3、数据处理就是指让学生通过对数据的处理、误差分析,让学生通过对实验结果分析、误差的来源分析,确定误差来源以及减小误差的方法,进而加深对上一单元所学知识的运用、巩固和升华。
三、教学问题诊断分析
(一)本单元是高中物理电学实验的核心内容,学生可能遇到的第一个难题就是仪器选择和电路图设计。
原因是:
学生的思维不完整,对实验误差分析能力欠缺,更不知道如何才能减小实验误差,进而无法找出仪器选择的依据和电路设计的方法。
而这一难题的解决直接关系着实验能否继续。
(二)本单元最主要的困难可能是通过误差分析得出测量电路和控制电路的设计。
在上一单元中,通过实验让学生已经有了一个初步的认识,从理论上也让学生有了初步寻找误差来源进行误差分析的基础和仪器选择、电路设计的基本依据,本单元进一步从理论上引导学生分析,将上一单元的理论依据加以运用和升华。
四、教学过程设计
问题一:
某待测电阻Rx的阻值约为20Ω,现要测量其阻值,实验室提供器材如下:
A.电流表A(量程150mA,内阻约为10Ω)
B.电流表V(量程3V,内阻约300Ω)
C.滑动变阻器R,最大阻值约为10Ω
D.电源E,电动势E=4V(内阻不计)
E.电键S及导线若干
(1)根据上述器材完成此实验,测量时要求电表读数不得小于其量程的
,请你在虚线框内画出测量Rx的一种实验原理图(图中元件使用题干中相应英文字母符号标注)。
(2)用已知的和测得的物理量表示Rx=__________。
(用字母表示)测量值比真实值______
设计意图:
通过思考和解决此问题,加深对实验原理的理解,对电路设计依据的运用。
师生活动:
如果学生不知道如何做,可以通过以下问题进行引导。
1、本实验的实验目的是要做什么?
2、电路设计的依据有哪些?
3、控制电路、测量电路如何设计?
设计意图:
通过这三个问题的解决,让学生体会如何设计实验电路。
例1、用伏安法测量某一电阻Rx阻值,现有实验器材如下:
待测电阻Rx(阻值约5Ω,额定功率为1W);电流表A1(量程0—0.6A,内阻约0.2Ω);电流表A2(量程0—3A,内阻约0.05Ω);电压表V1(量程0—3V,内阻约3kΩ);电压表V2(量程0—15V,内阻约15kΩ);滑动变阻器R0(0—50Ω),蓄电池(电动势为6V)、开关、导线.
为了较准确测量Rx阻值,电压表、电流表应选________,并画出实验电路图。
设计意图:
通过思考和解决此问题,回顾上一单元的理论依据,并加深学生对电路设计依据的运用。
例2、某待测电阻Rx的阻值约为20Ω,现要测量其阻值,实验室提供器材如下:
A.电流表A1(量程150mA,内阻约为10Ω)
B.电流表A2(量程20mA,内阻r2=30Ω)
C.定值电阻R0=100Ω
D.滑动变阻器R,最大阻值约为10Ω
E.电源E,电动势E=4V(内阻不计)
F.电键S及导线若干
(1)根据上述器材完成此实验,测量时要求电表读数不得小于其量程的
,请你在虚线框内画出测量Rx的一种实验原理图(图中元件使用题干中相应英文字母符号标注)。
(2)实验时电流表A1的读数为I1,电流表A2的读数为I2,用已知的和测得的物理量表示Rx=__________。
(用字母表示)
设计意图:
通过思考和解决此问题,回顾电表改装的基本原理,并加深学生对电路设计依据和电表改装原理的运用。
练习:
测量一块量程已知的电压表的内阻,器材如下:
A.待测电压表(量程3V,内阻约3KΩ)一块B.电流表(量程3A,内阻0.01Ω)一只C.定值电阻(R=3KΩ,额定电流0.5A)一个D.电池组(电动势略小于3V,内阻不计)E.开关两只F.导线若干
有一同学利用上面所给器材,进行如下实验操作:
(1)为了更准确的测出该电压表内阻的大小,该同学设计了如图甲、乙两个实验电路。
你认为其中相对比较合理的是(填“甲”或“乙”)电路。
其理由是:
。
(2)用你选择的电路进行实验时,需要直接测量的物理量;用上述所测各物理量表示电压表内阻,其表达式应为Rv=。
设计意图:
通过思考和解决此问题,进一步加深学生对电路设计依据和电表改装原理的运用。
问题二:
下图为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实验所需的器材实物图,器材规格如下:
(1)待测电阻Rx(约100欧);
(2)直流毫安表(量程0~10毫安,内阻约50欧);
(3)直流电压表(量程0~3伏,内阻约5千欧);
(4)直流电源(输出电压4伏,内阻可不计);
(5)滑动变阻器(阻值范围0~15欧,允许最大电流1安);
(6)电健一个,导线若干条.
根据器材的规格和实验要求,在本题的实物图上连线。
设计意图:
通过对此问题的解决,进一步加深学生对电路分块设计的思想和控制电路和测量电路设计的基本原则和要求。
实物图连接的要求。
师生活动:
如果学生不会做,或者实物图连接不正确,可以通过以下方式和问题进行引导。
1.滑动变阻器有几个接线柱,要如何连接?
2.电流表、电压表连接中要注意什么?
电表的极性如何分辨,正负极接反会造成什么影响?
3.如何才能做到导线连接美观,清晰?
例1、下图(甲)为某同学测绘额定电压为2.5V小灯泡的I—U图线实验电路图.
(甲)
(乙)
(1)根据电路图,用笔画线代替导线,将图(乙)中的实验电路连接成完整实验电路.
(2)开关S闭合之前,图13(乙)中滑动变阻器的滑片应该置于______(选填“A端”“B端”或“AB正中间”).
设计意图:
通过对此问题的解决,让学生初步认识实物图连接的注意事项和连接方法。
例2、.用伏安法测定一个阻值约1kΩ的电阻,要求测量结果尽量准确.
(1)下列器材中应选用的是________.(用字母代号表示)
A.电池组(6V,内阻很小)B.电流表(0—10mA,内阻约10Ω)
C.电流表(0—1mA,内阻约100Ω)D.电压表(0—3V,内阻约5kΩ)
E.电压表(0—6V,内阻约10kΩ)F.滑动变阻器(0—20Ω,1A)
G.滑动变阻器(0—200Ω,0.3A)H.开关、导线
(2)在方框中画出实验电路图。
(3)将实物连接成实验电路。
设计意图:
通过对此问题的解决,让学生进一步巩固仪器选择、电路设计,认识实物图连接的注意事项和连接方法。
练习1、某同学为了测电流表A1的内阻精确值,有如下器材:
电流表A1(量程300mA,内阻约为5Ω);电流表A2(量程600mA,内阻约为1Ω);
电压表V(量程15V,内阻约为3kΩ);定值电阻R0(5Ω);
滑动变阻器R1(0~10Ω,额定电流为1A);滑动变阻器R2(0~250Ω,额定电流为0.3A);
电源E(电动势3V,内阻较小);导线、开关若干。
(1)要求待测电流表A1的示数从零开始变化,且多测几组数据,尽可能的减少误差,从以上给定的器材中选择恰当的器材.在如下图所示线框内画出测量用的电路图,并在图中标出所用仪器的代号。
(2)根据设计的方案,在右图中的器材连成符合要求的电路(有个别仪器可能不用)
(3)若选测量数据中的一组来计算电流表A1的内阻r1,则所用电流表A1的内阻r1表达式为r1=;式中各符号的意义是。
设计意图:
通过对此问题的解决,训练学生进一步认识实物图连接的注意事项和连接方法。
练习2、某同学使用了如下器材:
电源E(电动势12V);电压表V(量程为15V,内阻约15KΩ)电流表A(量程100mA,内阻约10Ω);滑动变阻器(最大电阻为50Ω);单刀单掷开关;导线若干。
测出了一个小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示,已知小灯泡的额定电压为12V。
(1)请在图乙的虚线方框中画出此实验电路。
(2)根据设计的电路图在下图的实物上连线。
(3)由小灯泡的伏安特性曲线可知小灯泡的额定功率为P额=W,
小灯泡电阻的变化特性为。
设计意图:
通过对此问题的解决,训练学生进一步认识实物图连接的注意事项和连接方法。
五、目标检测
课堂目标检测
A组
1、欲用伏安法测定一段阻值约为6Ω左右的金属导线的电阻,要求测量结果尽量准确,现备有以下器材:
A.电池组(3V,内阻1Ω)B.电流表(0~3A,内阻约0.0125Ω)
C.电流表(0~0.6A,内阻约0.125Ω)D.电压表(0~3V,内阻约3kΩ)
E.电压表(0~15V,内阻约15kΩ)F.滑动变阻器(0~20Ω,额定电流1A)
G.滑动变阻器(0~2000Ω,额定电流0.3A)H.开关、导线
⑴上述器材中应选用的是(填写各器材的字母代号)。
⑵实验电路应采用电流表接法(选填:
“内”或“外”)。
设计意图:
通过对此问题的解决,检测学生对仪器选择,电路设计等的掌握程度。
B组
2、有一个小灯泡上标有“4V,2W”的字样,现在要用伏安法描绘这个灯泡的U-I图线。
有下列器材供选用:
A.电压表(0~5V,内阻10kΩ)
B.电压表(0~10V,内阻20kΩ)
C.电流表(0~0.3A,内阻1Ω)
D.电流表(0~0.6A,内阻0.4Ω)
E.滑动变阻器(5Ω,1A)
F.滑动变阻器(500Ω,0.2A)
(1)实验中电压表应选用________,电流表应选用________。
为使实验误差尽量减小,要求电压表从零开始变化且多取几组数据,滑动变阻器应选用________(用序号字母表示)。
(2)请在方框内画出满足实验要求的电路图,并把图中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图。
设计意图:
通过对此问题的解决,检测学生对实物图连接的注意事项和连接方法,电路设计等的掌握程度。
3、某同学测量阻值约为25kΩ的电阻Rx,现备有下列器材:
A.电流表(量程100μA,内阻约为2kΩ);
B.电流表(量程500μA,内阻约为300Ω);
C.电压表(量程15V,内阻约为100kΩ);
D.电流表(量程50V,内阻约为500kΩ);
E.直流电源(20V,允许最大电流1A);
F.滑动变阻器(最大阻值1kΩ,额定功率1W);
G.电键和导线若干。
电流表应选,电压表应选。
(填字母代号)
该同学正确选择仪器后连接了以下电路,为保证实验顺利进行,并使测量误差尽量减小,实验前请你检查该电路,指出电路在接线上存在的问题:
_____________________
_________________________________________________________________
设计意图:
通过对此问题的解决,检测学生对仪器选择,电路设计,实物图连接连接等的掌握程度。
C组
4、一电流表的量程标定不准确,某同学利用以下器材测量该电流表的实际量程
。
所用器材有:
量程不准的电流表
,内阻
=10.0
,量程标称为5.0mA;标准电流表
,内阻
=45.0
,量程1.0mA;标准电阻
,电阻箱0—9.9
;滑动变阻器R,总电阻为300.0
;电源E,电动势3.0V,内阻不计;保护电阻
;开关S;导线。
回答下列问题:
(1)设计出电路图并在实物图上画出连线。
(2)开关S闭合前,滑动变阻器的滑动端c应滑动至端。
(3)开关S闭合后,调节滑动变阻器的滑动端,使电流表
满偏;若此时电流表
的读数为
,则
的量程
=。
(4)若测量时,
未调到满偏,两电流表的示数如图3所示,从图中读出
的示数
=,
的示数
=;由读出的数据计算得
=。
(保留3位有效数字)
设计意图:
通过对此问题的解决,检测学生对电路设计,实物图连接的注意事项和连接方法,仪表读数,电路分析等的掌握程度。
单元目标检测
1、测量某待测电阻阻值的实验中,有以下器材:
A、待测电阻Rx(约为10Ω)
B、电源(E=3V,内阻不计)
C、电流表
量程0—0.6A—3A,内阻约为20Ω
D、电压表
量程0—3—12V,内阻约为3kΩ
E、滑动变阻器,R1:
0—10Ω,额定电流2A
则电流表
该选量程,电压表
该选量程,在右边的方框中画出实验电路图。
设计意图:
通过对此问题的解决,检测学生对电表量程选择,电路设计等的掌握程度。
2、要测定一个自感系数很大的线圈L的直流电阻,实验室提供如下表的器材。
(1)实验时,要求两个电表的调节范围尽可能大,请将图中的电路图补充完整;
(2)实验结束时,应先断开开关____(选填“S1”或“S2”);
(3)为了提高实验精度,电路图中的电阻R应选择定值电阻(选填“R1”或“R2”);
(4)选择合适的电阻后,表A1和表A2的读数分别为I1、I2,多次测量描绘出I1——I2图象(如图所示),则利用图象可求出电感线圈的电阻RL=Ω。
器材
规格
待测线圈L
阻值约为2Ω~3Ω,额定电流为2
电流表A1
量程为0.6A,内阻为2Ω
电流表A2
量程为3A,内阻约为0.4Ω
滑动变阻器R′
阻值为0~10Ω
定值电阻R1
R1=8Ω
定值电阻R2
R2=160Ω
电池组E
电动势为9V,内阻很小
设计意图:
通过对此问题的解决,检测学生对电路设计,实物图连接的注意事项和连接方法,实验数据处理等的掌握程度。
3、有一个阻值在100Ω~200Ω之间的未知电阻Rx,额定功率为0.25W,现在用伏安法准确测量它的阻值,备有以下器材:
A.量程0~50mA、内阻约为20Ω电流表A1;
B.量程0~3A、内阻约为0.01Ω电流表A2;
C.量程0~5V、内阻约为10KΩ的电压表V1;
D.量程0~15V、内阻约为20KΩ的电压表V2;
E.0~20Ω、允许电流2A的变阻器R;
F.电动势12V、内阻为0.1Ω的直流电源E;
G.导线若干、开关适量。
(1)实验中电压表应选__________。
电流表应选_________。
(2)为在较大范围内多测量几次电压和电流值并减小误差,请在虚方框中画出实验电路图,并用画线表示导线连接好实物图。
设计意图:
通过对此问题的解决,检测学生对仪器选择,电路设计,实物图连接的注意事项和连接方法,等的掌握程度。
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