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電學(xué)實驗中電阻的測量論文
電學(xué)實驗中電阻的測量論文
摘 要:實驗在物理教學(xué)過程中發(fā)揮著不可替代的作用,合理利用實驗,能收到良好的教學(xué)效果。
測量是實驗探究重要環(huán)節(jié)。
本文從實驗的重要性、電阻的測量這一初中物理教學(xué)的重要實驗,兩個方面,粗淺的總結(jié)了自己教學(xué)中的看法。
關(guān)鍵詞:物理實驗 電阻的測量
測量是實驗探究的重要環(huán)節(jié)。
電阻的測量是初中物理教學(xué)的重要實驗,能夠檢驗學(xué)生對基本電學(xué)儀器的使用、對電學(xué)基本規(guī)律的掌握,還能夠培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力和創(chuàng)新意識,是考察學(xué)生能力的重要命題熱點。
分析近幾年初中學(xué)業(yè)水平考試試題我們就會發(fā)現(xiàn),電阻的測量方法多種多樣, 實驗原理、實驗步驟和計算方法不盡相同,電路圖的設(shè)計靈活多變。
如果平時不加強實驗探究,就會在做題時容易出錯,造成丟分。
因此電阻的測量, 是學(xué)生的弱點,是教學(xué)中的重點和難點。
下面結(jié)合我自己的教學(xué)經(jīng)驗和各種考試的試題,對電學(xué)實驗中電阻測量的幾種方法進行探討。
一、伏安法測電阻
伏安法測電阻就是用一個伏特表和一個安培表來測待測電阻測電阻的方法。
實驗原理:R=U/I;實驗過程:(1)設(shè)計電路圖,如圖1所示;(2)按圖1把所給器材規(guī)范正確的連接成電路;(3)檢查電路連接無誤后閉合開關(guān),用電流表測量出通過待測電阻Rx的電流,記為Ix ;(4)用電壓表測出待測電阻Rx兩端的電壓,記為Ux; (5)根據(jù)歐姆定律的變形公式R=U/I求出待測電阻的阻值,其表達式為Rx= Ux/Ix。
用圖1的方法雖然簡單,但是由于只能測一次,因此實驗誤差較大,為了使測量結(jié)果更準確,實驗時把圖1進行改進,設(shè)計電路圖如圖2所示,按圖2把所給器材規(guī)范正確的連接成電路。
增加滑動變阻器的目的是用滑動變阻器來調(diào)節(jié)待測電阻Rx兩端的電壓Ux,這樣就可以進行多次測量(一般測三次),求出平均值作為最后結(jié)果,以減小實驗誤差。
伏安法測電阻的原理是歐姆定律的變形公式R=U/I,在試驗中,移動滑動變阻器的滑片,每改變一次位置,就記錄一次對應(yīng)的電壓表的示數(shù)Ux和電流表的示數(shù)Ix,計算一次待測電阻的值Rx,然后取平均值作為本次實驗的最后結(jié)果。
二、單表測電阻
單表測電阻是指電壓表和電流表各一個,只能選擇其中一種,這種方法需要選擇一個阻值已知的定值電阻R0 或已知最大電阻值為R0 的滑動變阻器。
下面來討論常見的幾種測法:
1.用電壓表和阻值已知的電阻R0 來測量待測電阻Rx的阻值
這種方法的原理是歐姆定律的變形公式R=U/I和串聯(lián)電路中的電流處處相等的關(guān)系,按圖5的電路圖連接成電路,先把電壓表并聯(lián)接在已知電阻R0的兩端,讀出此時電壓表的示數(shù),記為U0;然后再按圖6的電路圖連接成電路,把電壓表并聯(lián)接在未知電阻Rx的兩端, 讀出此時電壓表的示數(shù),記為Ux,根據(jù)串聯(lián)電路中電流處處相等以及歐姆定律的知識得:
在此實驗中如果電壓表只允許連接一次,那么該實驗又如何設(shè)計?:
1.1按圖5所示電路圖連接電路,電壓表選擇合適量程,開關(guān)閉合前R0與Rx組成串聯(lián)電路,電壓表測的是Rx兩端的電壓,讀出電壓表的示數(shù),即為Rx的電壓,記為Ux ;開關(guān)閉合后R0被短路,電壓表測的是Rx的電壓也是電源電壓,讀出電壓表的示數(shù),即為總電壓U,在串聯(lián)電路中,由于流過Rx的電流與流過R0的電流相等,即有Ux / Rx =(U-Ux)/ R0,所以:
我們也可以用電路圖圖6來進行測量,這種方法的未知電阻Rx的表達式為:
1.2在(1)實驗中如果將一個單刀雙擲開關(guān)引入,我們還可以用電路圖圖7的設(shè)計來進行未知電阻Rx的測量,當開關(guān)擲于1時,電壓表測量的是R0兩端的電壓U0;當開關(guān)擲于2時,電壓表測量的是總電壓U。
根據(jù)歐姆定律公式I =U/R、串聯(lián)電路中的電流處處相等及電壓的關(guān)系有:
所以未知電阻Rx的表達式為:
2.用電流表和阻值已知的電阻R0 來測量待測電阻Rx的阻值
這種方法的原理是歐姆定律的變形公式R=U/I和并聯(lián)電路中各支路的電壓相等且等于電路的總電壓的關(guān)系。
先按圖8的電路圖連接成電路, 用電流表與已知的電阻R0串聯(lián),測出R0的電流,記為I0;然后再按圖9的電路圖連接成電路,把電流表與Rx串聯(lián),讀出此時電流表的示數(shù),即為Rx的電流,記為Ix。
根據(jù)并聯(lián)電路中電壓的關(guān)系以及歐姆定律的知識得:
在此實驗中如果電流表只允許連接一次,那么可以用下列方法來進行待測電阻Rx的測量:
2.1按圖10所示的電路圖連接電路,電源電壓恒定不變,電流表選擇合適的量程,讀出開關(guān)閉合前后電流表的示數(shù)分別是I與Ix。
開關(guān)閉合前R0與Rx組成串聯(lián)電路,電流表測的I為串聯(lián)電路的電流;開關(guān)閉合后已知電阻R0被短路,電路中只有Rx,電流表測的Ix為Rx的電流,由于開關(guān)閉合前后電源電壓恒定不變,所以:
2.2按圖11所示的電路圖連接電路,電源電壓恒定不變,電流表選擇合適的量程,先斷開開關(guān),只有已知電阻R0連入電路,讀出電流表的示數(shù),即為已知電阻R0的電流,記為I0;然后再閉合開關(guān),已知電阻R0與待測電阻Rx 連接成并聯(lián)電路 ,電流表在干路上是測量總電流,讀出此時電流表的示數(shù),即為總電流,記為I,由于開關(guān)閉合前后電源電壓恒定不變,根據(jù)并聯(lián)電路中電壓的關(guān)系、電流的關(guān)系以及歐姆定律的知識得:
2.3我們還可以將一個單刀雙擲開關(guān)引入,用電路圖圖12的設(shè)計來進行未知電阻Rx的測量。
當開關(guān)擲于1時,電流表測量的是Rx的電流,記為Ix,當開關(guān)擲于2時,電流表測量的是R0的電流,記為I0。
根據(jù)并聯(lián)電路中的電壓的關(guān)系以及歐姆定律的知識得:
除以上幾種測電阻的方法以外,還有常用的易于學(xué)生理解的測電阻的方法,如:(1)用電壓表和已知最大電阻值為R0 的滑動變阻器來測量待測電阻的阻值;(2)用電流表和已知最大電阻值為R0 的滑動變阻器來測量待測電阻的阻值;(3)用等效法測量(用電流表和電阻箱)。
在此不再一一討論。
參考文獻
[1]義務(wù)教育《物理課程標準》(2011年版,北京師范大學(xué)出版社 ,2012年1月).
[2]《新課程背景下的初中物理教學(xué)法》(崔秀梅 主編 2004年5月第一版 首都師范大學(xué)出版社).
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