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第17章 欧姆定律
第3节 电阻的测量
教材 解读 本节是欧姆定律的实际应用,属于典型的学生实验课,教材安排了测量电阻的实验: ①对定值电阻进行测量时,利用各组数据中的电压除以电流得到导体不同状态下的电阻值是相同的(或略微不同),这样可以使学生深刻地认识到,导体的电阻是导体本身的一种性质,与导体两端的电压和导体中的电流无关,当导体的材料、长度、横截面积、温度等自身条件不变时,导体的电阻不变。电阻的认识,对于初学电学的学生来讲是个难点,学生会觉得很抽象,如果只让学生死记硬背,很难真正理解。因此通过测量定值电阻的阻值,让学生真正看到定值电阻在不同电压下工作时,导体中的电流发生了变化,但导体的阻值是不变的,这会给学生留下深刻的印象,有效地帮助学生突破这一思维障碍。 ②教材在“想想做做”中安排测量小灯泡的电阻值,可以通过对数据的分析和处理,培养学生的信息处理能力,有助于学生认识到温度对于导体电阻的影响,这些都能很好地体现新课程的理念,从而达到三维目标。
学 习 目 标 物理观念 1.知道测量电阻的原理。 2.进一步掌握电压表、电流表的使用方法。 3.巩固滑动变阻器的正确使用方法。
科学思维 应用欧姆定律测量电阻。
科学探究 通过选择仪器、设计实验、制订实验操作方案等,培养学生的实验能力。
科学态度 与责任 1.培养学生实事求是的科学态度。 2.在实验过程中,培养学生之间相互协作的团队精神。
教学 重、 难点 重点:利用电流表、电压表测电阻。 难点:自行设计科学、完整的实验操作方案。
教学 建议 本节内容对学生的能力要求较高,要求学生自己设计实验电路、设计实验步骤、分析实验数据、发现规律等。在前两节实验教学的基础上,学生对于设计实验电路、实验步骤已较为熟悉,因此本节的难点是如何引导学生分析实验数据,发现规律,加深对电阻概念的认识。教师组织学生讨论测量方案,并适时地引导学生联系前面所学的欧姆定律的公式来着手设计,尤其是在设计表格的时候,要引导学生考虑小灯泡的亮度,便于实验结论的分析、总结。在进行实验过程中,教师要巡回指导,在学生连接电路出现问题时,不要急于给学生解答,先让学生自己思考。电学部分的实物连接是平时教学的一个难点,但本节课要让学生亲自去实践探究,增强学生的动手操作能力。教师会看到他们通过实践操作从而掌握知识的喜悦,也可能有少数学生由于胆怯而不敢去做,对于这些学生,教师应多给予鼓励和帮助,发现学生的闪光点并给予肯定。通过探究学习,培养学生学习物理的兴趣,将学生分组,明确分工,目的是将课堂还给学生,使学生成为课堂的主人,同时通过评比星级小组、星级组员,充分调动学生的积极性。通过分组实验,培养学生的观察能力、动手实验能力和严谨求实的科学态度。
教学设计① (对应ppt见电子资源)
教师活动 学生活动 设计意图
【导入新课】 问题导入: 前面我们学习过电阻器,电阻器(定值电阻)是一种重要的电子元件,在科技产品中有着重要的应用(手机、电视机、电脑等都要用到电阻器)。 电阻器的电阻是有大小的,有的用数字直接标在上面,有的用色环表示。 现在有一电阻器,上面所标的电阻看不清楚,若想知道其电阻的大小,你能想出办法吗 这节课,我们一起学习电阻的测量——用电流表、电压表测电阻(伏安法测电阻)。 听讲、思考 通过创设情境,提出问题,使学生体会到物理与生活的密切联系,从而激发学生学习的兴趣。
【探究新知】 一、伏安法测电阻 1.设计实验 设问1:测量电阻需要首先知道哪些物理量 设问2:分别可以用什么仪器来测出这些量 设问3:只测一组数据就得出结论科学吗 如何能多测几组数据呢 探究归纳: ①实验目的:测量未知电阻的阻值。 ②实验原理:R=。 ③实验器材:电源、电压表、电流表、滑动变阻器、未知电阻、单刀开关各一个,导线若干。 ④电路图:(如图甲所示) 实验前要指导学生在实验过程中注意以下事项: ①在连接电路前,电流表、电压表有没有调零; ②连接电路时,开关应处于什么状态; ③闭合开关前滑动变阻器的滑片是否处于阻值最大处; ④滑动变阻器在本实验中的作用是什么; ⑤是否已认真检查电路,电流表、电压表的正、负接线柱是否接反了,确认无误后再闭合开关; ⑥是否已通过“试触”进行电表测量范围的选择。 2.进行实验 ①根据电路图甲连接图乙中实物电路,将滑动变阻器的滑片移至阻值最大处。 ②闭合开关,移动滑动变阻器的滑片来改变待测电阻两端的电压,并记下相应的电压表示数和电流表示数,填在表格中。 ③断开开关,整理器材,结束实验。 ④算出待测电阻的阻值大小及电阻的平均值并填入表格中。 观察、思考、交流、设计电路图 听讲、思考 从学生熟悉的“电压表”“电流表”的作用入手,分析测电阻的方法,从而得出间接测量电阻的方法——“伏安法”。 对于指导实验注意事项,主要是让学生养成实验前先考虑注意事项的好习惯,减少实验时出现的问题。
3.设计表格 次数电压/V电流/A电阻/Ω电阻平均值/Ω123
4.分析与讨论 当定值电阻两端的电压改变时,通过它的电流也随之改变,但电压和电流的比值不变,即电阻不变,同时证明了电阻是导体自身的一种性质,它的大小由导体的材料、长度和横截面积决定(还与温度有关),与电压和电流无关。 小结: 定值电阻的阻值是不变的,求平均值可以减小误差。 5.评估交流 在你的实验过程中,出现了哪些故障,你是怎么解决的 实验过程中出现的故障主要有: (1)实验中电流表与电压表的指针反向偏转; (2)电流表和电压表的指针偏转角度很小; (3)电流表的示数超过最大测量值; (4)滑动变阻器滑片滑动时,电表示数无变化(元件完好、接线柱接线牢固); (5)闭合开关,电流表、电压表无示数; (6)闭合开关,电流表几乎无示数,电压表指针明显偏转(或电压表示数等于电源电压); (7)在调节滑动变阻器的滑片时,电流表示数变大,而电压表的示数变小; (8)开关闭合,电流表有示数,电压表无示数。 以下为对应上述学生交流实验过程中出现的故障原因: (1)正、负接线柱接反了;(2)测量范围选大了;(3)测量范围选小了;(4)滑动变阻器没有“一上一下”连接;(5)除电阻外,其他部分出现断路;(6)电阻部分断路;(7)将电压表错接在滑动变阻器两端;(8)电阻部分短路或电压表短路。 二、测量小灯泡的电阻 过渡设问:利用上述方法能不能测量出小灯泡的电阻 设问:测量小灯泡电阻的电路和测定值电阻的电路相同吗 提出疑问:用伏安法测量小灯泡的电阻,处理数据后会发现,测出的小灯泡电阻与按小灯泡铭牌计算所得的电阻不同,这是为什么 是否可以计算小灯泡电阻的平均值 探究归纳: 导体的电阻与温度有关,定值电阻的阻值受温度的影响较小。而灯泡在使用过程中会发光,温度会升高,灯丝电阻受温度的影响较大,且温度越高,灯丝的电阻越大。因此在测量过程中,不能取灯丝电阻的平均值,这是没有意义的。 课堂小结(略) 课堂练习(略) 布置作业(略) 分工合作、进行实验、设计表格、交流总结 思考、分析、交流、回答 听讲、思考、分组合作、进行实验、交流总结 实验记录表格不是唯一的,设计表格主要是为了训练学生独立设计表格的能力。 让学生交流实验过程中出现的故障,然后在测量小灯泡电阻的实验中继续巩固;无论是操作正确还是操作错误的同学都会留下深刻的印象;培养学生自我批判、自我反思的能力。 测量小灯泡的电阻应该在测量定值电阻的基础上让学生分组测量;学生自行讨论、分析,可以加深印象。
教学设计② (详见电子资源)
温馨提示:为满足广大一线教师的不同教学需求,特新增“典案二 教学设计②”,
内含多种授课方式不同的教学设计案例,word排版,可编辑加工,方便使用。
内容详见电子资源。
导学设计
学点1 用电流表和电压表测量电阻
(1)提出问题:如何测定一个定值电阻的阻值大小 需要哪些实验器材 为了减小误差,应该采取什么方法
(2)实验思路
由欧姆定律的变形式R=可知,用 电流表 测出通过定值电阻的电流I,用 电压表 测出定值电阻两端的电压U,把实验数据代入R=,即可求出定值电阻的阻值大小。
为了减小实验误差,实际测量中要改变待测电阻两端的电压,多次测量电压及电流的值,求出每次的电阻值,最后求电阻的 平均 值。
我们可以在电路中串联一个滑动变阻器,移动滑片,就可以改变定值电阻两端的电压和流过的电流。电路设计如图17-3-13所示,当滑动变阻器的滑片P向左移动时,滑动变阻器连入电路的阻值变 小 ,则待测电阻两端的电压变 大 ,通过的电流也变 大 。
图17-3-13
(3)实验器材:电池组、开关、导线若干、定值电阻、电流表、电压表、滑动变阻器。
(4)设计表格
实验序号 电压U/V 电流I/A 电阻R/Ω 电阻平均值/Ω
1
2
3
(5)进行实验
①根据电路图连接电路,将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处。
②闭合开关,移动滑动变阻器的滑片多次改变待测电阻两端的电压,记下相应的电压表示数和电流表示数并填在表中。
③断开开关,整理器材,结束实验。
④算出待测电阻的阻值大小及电阻的平均值并填入表中。
(6)数据处理
将每次测量的电压、电流值代入公式,求出待测电阻的阻值R1、R2、R3,计算出它们的平均值:
R=。
(7)分析与讨论:当定值电阻两端的电压改变时,通过它的电流也随之改变,但电压与电流的比值不变,即 电阻 不变,同时证明了导体的电阻是由自身的性质决定的,与电压和电流 无关 (选填“有关”或“无关”)。
学点2 伏安法测小灯泡的电阻
将上述实验中的定值电阻换成小灯泡,用同样的方法测量小灯泡的电阻。
(1)实验目的:用电压表、电流表测小灯泡的电阻。
(2)实验原理:R=。
(3)实验器材:电源、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、小灯泡。
(4)实验步骤
①按图17-3-14中电路图连接实物元件,将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处。
②闭合开关,调节滑动变阻器的滑片,记录电压表、电流表的示数。
③多次调节滑动变阻器的滑片,重复上述实验。
图17-3-14
(5)实验表格
实验序号 电压U/V 电流I/A 电阻R/Ω 灯泡亮度
1
2
3
(6)数据处理
将测量的电压值、电流值代入公式R=,分别求出小灯泡的阻值R1、R2、R3。
(7)分析与讨论
①比较计算出的几个电阻值,电阻的大小相同吗 不相同 。
②由计算结果可知,当小灯两端电压越大时,灯丝电阻越 大 。原因是当灯泡两端电压变大时,灯丝温度 升高 。
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第17章 欧姆定律
第3节 电阻的测量
新课导入
方式一 【问题导入】
小华在实验室发现一个阻值模糊的定值电阻(图17-3-1),他想把这个电阻的阻值补上,有什么方法可以帮他吗 今天,我们来学习用电流表和电压表测量电阻。
图17-3-1
方式二 【复习导入】
复习:(1)欧姆定律的内容及表达式。(2)电流表和电压表的使用方法。
导入语:由I=可得R=,如果我们能够测出一个电阻两端的电压和通过它的电流,我们就可以利用公式R=得到它的电阻大小了。本节课我们就一起学习测量电阻的方法。
电子视频 (详见电子资源)
教材知识处理
补充讲解内容:其他方法测电阻
(1)伏阻法:用电压表和已知定值电阻R0测未知电阻Rx。
若测量电阻时,缺少电流表或电流表损坏,只有一个电压表和一个已知阻值且阻值适当的定值电阻R0,如何测量未知电阻呢
因为串联电路中电流处处相等,而电流I=,所以可用电压表和定值电阻的组合体来替代电流表(如图17-3-2所示)。
图17-3-2
设计电路图如图17-3-3所示。
图17-3-3
推导得出电阻Rx的表达式:Rx=。
(2)安阻法:用电流表和已知定值电阻R0测未知电阻Rx。
若测量电阻时,缺少电压表或电压表损坏,只有一个电流表和一个已知阻值且阻值适当的定值电阻R0,如何测量未知电阻呢
因为并联电路中各支路两端的电压均相等,而电压U=IR,所以可用电流表和定值电阻的组合体来替代电压表(如图17-3-4所示)。
图17-3-4
设计电路图如图17-3-5所示。
图17-3-5
推导得出电阻Rx的表达式:Rx=。
(3)直接测量:用万用表直接测量电阻。
多媒体展示图片:万用表(图17-3-6)。(万用表简介详见素材五拓展材料)
图17-3-6
本节教材链中考
[考点小说] 测量未知电阻是初中物理中非常重要的电学实验,是中考命题的优先考虑内容,主要以实验探究题的形式出现。题目的设置中不仅有基础操作考查,常常还有适当的拓展延伸,比如在缺少器材或器材损坏的情况下,如何根据所给的条件测量未知电阻,注重考查学生的思维迁移能力和灵活应变能力。此部分在中考试卷中所占分值较重,是中考复习中需重点复习的板块。
[考点对接] 测量未知电阻的阻值
[源起教材P101~102] 实验
用电流表和电压表测量电阻
实验思路
根据伏安法测量电阻的原理设计电路,通过测量电阻器两端的电压和通过的电流,利用欧姆定律算出电阻。
为了减小误差,实际测量中要改变待测电阻器两端的电压,多次测量电压及电流,并分别算出相应的电阻,最后求出电阻的平均值。也可以用图像处理的方法求出电阻。
你觉得应该怎样改变电阻器两端的电压 可以采用如图17.3-2所示的电路,用滑动变阻器来改变待测电阻器两端的电压。
图17.3-2 测量电阻的电路
……
例1 (聊城中考)在“制作定值电阻”的实践活动中,同学们在实验室找到一捆镍铬合金丝,其包装上标有“横截面积1 mm2,长度10 m”的字样。为了利用这捆镍铬合金丝制作一个8 Ω的定值电阻,同学们先将这捆镍铬合金丝两端的绝缘皮刮掉接到接线柱上,然后进行了如下操作:
(1)根据如图17-3-7甲所示的电路图,以笔画线将图乙中的实物电路连接完整(要求:导线不能交叉)。
图17-3-7
(2)闭合开关后,移动滑动变阻器滑片的过程中发现电流表、电压表均有示数,但始终不变化,出现这一现象的原因可能是 (填字母)。
A.镍铬合金丝短路 B.镍铬合金丝断路 C.滑动变阻器短路 D.滑动变阻器断路
(3)排除故障后闭合开关,移动滑动变阻器的滑片改变这捆镍铬合金丝两端的电压,测得多组电压及电流的值,将数据填入表格中。第3次实验时,电流表的示数如图丙所示,则测得的电流为 A,计算该次的电阻为 Ω(计算结果保留两位小数)。
次数 电压U/V 电流I/A 电阻R/Ω
1 1.0 0.10 10.00
2 2.0 0.21 9.52
3 3.0
(4)为了确定这捆镍铬合金丝的电阻,上表在设计时还应增加的一项内容为 。
(5)根据实验的计算结果,制作8 Ω的定值电阻应截取长度约为 m的镍铬合金丝。
[答案] (1)如图17-3-8所示
图17-3-8
(2)C (3)0.28 10.71 (4)电阻平均值R/Ω (5)8
例2 (枣庄中考)如图17-3-9甲所示为“测量小灯泡电阻”的实验装置,已知待测小灯泡标有“2.5 V”字样。
图17-3-9
(1)请用笔画线代替导线,在图17-3-9甲中将实验电路连接完整(要求:滑动变阻器的滑片向右移动时灯泡变亮)。
(2)在检查电路无误后进行实验,当电压表的示数如图乙所示时,为了测量小灯泡正常发光时的电阻,应将滑动变阻器的滑片P向 (选填“A”或“B”)端移动,同时眼睛注意观察 (选填“电压表”“电流表”或“灯泡”),直至灯泡正常发光。
(3)通过移动滑动变阻器的滑片P,进行多次测量记录数据,并绘制U-I图像,如图丙所示,由此可得小灯泡正常发光时的电阻是 Ω。
(4)根据图丙可知小灯泡的电阻是 (选填“变化”或“不变”)的,你认为原因是 。
[答案] (1)如图17-3-10所示 (2)B 电压表 (3)8.3 (4)变化 灯丝电阻受温度的影响
图17-3-10
拓展材料
材料一——万用表
万用表(图17-3-11)又称为复用表、多用表、三用表、繁用表等,是电力电子等部门不可缺少的测量仪表,一般以测量电压、电流和电阻为主要目的。万用表按显示方式分为指针式万用表和数字式万用表。万用表是一种多功能、多测量范围的测量仪表,一般可测量直流电流、直流电压、交流电流、交流电压、电阻和音频电平等,有的还可以测量电容量、电感量及半导体的一些参数等。
图17-3-11
万用表在电力电子部门使用广泛,熟练掌握万用表的使用方法是电子技术人员的最基本技能之一。常见的万用表有指针式万用表和数字式万用表。指针式万用表以表头为核心部件,测量值由表头指针指示读取。数字式万用表的测量值由液晶显示屏直接以数字的形式显示,读取方便,有些还带有语音提示功能。总之,万用表是共用一个表头,集电压表、电流表和欧姆表于一体的仪表。
万用表的直流电流挡是多测量范围的直流电流表,表头并联闭路式分压电阻即可扩大其电流测量范围。万用表的直流电压挡是多测量范围的直流电压表,表头串联分压电阻即可扩大其电压测量范围。分压电阻不同,相应的测量范围也不同。万用表的表头为磁电系测量机构,它只能通过直流,利用二极管将交流变为直流,从而实现交流电的测量。
材料二——欧姆表的改装
图17-3-12
欧姆表是在电流表的基础上改装而成的。如图17-3-12所示是一个简单的欧姆表电路,主要元件有电压恒定为U的电源(不计内电阻)、电流表G(灵敏电流计)的电阻为Rg、滑动变阻器R1、定值电阻R0。电流表满偏电流为Ig,欧姆表的总电阻为RΩ,当a、b间断开时(相当于被测电阻为无穷大),电流表指针指在0。当a、b用导线直接接触时(相当于被测电阻为0),电流表指针指在最大值Ig处,由欧姆定律可得Ig==。若已知U和Ig的值,就可以求得RΩ。当a、b之间接有待测电阻R时,电流表指针指在I处,由欧姆定律可得I==,再将上式变形得R=-RΩ,由该式可知,电阻与电流存在一一对应的关系。因此,只要将原来的电流刻度转换成对应的电阻刻度,指针就能够指示出被测电阻值,R与I之间不是线性关系,所以刻度盘上电阻值的刻度不均匀。
材料一 万用表
材料二 欧姆表的改装
——详见电子资源
能力培优题 (详见电子资源)
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