153 伏安法测电阻教案.docx
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153伏安法测电阻教案
适用学科
初中物理
适用年级
初三
适用区域
沪科版区域
课时时长(分钟)
2课时
知识点
1.用电压表和电流表测电阻
2.了解伏安法测电阻的原理和操作步骤
教学目标
1.通过实验探究,巩固和加深对欧姆定律的理解。
2.进一步掌握电压表、电流表的使用方法及规则。
3.通过使用滑动变阻器,进一步理解滑动变阻器在电路中的作用,巩固滑动变阻器的正确使用方法。
教学重点
根据实验课题的要求设计实验电路,掌握正确的操作顺序。
教学难点
根据实验电路图进行实物连线,并排除实验过程中出现的种种故障。
教学过程
一、导入
求流过导体的电流我们可以使用电流表,求导体两端的电压我们可以使用电压表;但是,我们却没有电阻表去测量电阻。
为了获得未知导体的电阻,我们一般通过欧姆定律,测量导体两端的电压及流过导体的电流,利用公式R=U/I,求出电阻。
在这,你会设计什么样的电路图来测量呢?
基础知识回顾
1、欧姆定律的内容
2、我们通过什么方法得到欧姆定律
3、欧姆定律的简单运用
二、知识讲解
(一)考点解读
1、复习了电流表和电压表的使用;
2、学生学会了应用欧姆定律测量未知电阻的阻值;
3、会用特殊方法测量未知电阻的阻值
考点1用电压表和电流表测电阻
问题1:
利用下面的电路图都可以通过实验测得电阻,你会选择哪一个图实验,为什么呢?
提示:
我们不仅要考虑能否测量电阻,还有从实验的角度考虑电路的合理性。
回答:
一般我们会选择第二个电路进行实验,前一个电路只能测一个电流值和电压值,而后一个电路中,利用滑动变阻器通过改变接入电路中电阻的大小改变电路中的电流。
由于灯泡的电阻一般不变,这样根据欧姆定律变形式U=IR,电流改变时,灯泡两端的电压也会改变。
因此,就可以测出几组不同的电流值和对应的电压值。
在实验中测量几组数值的意义在于:
多测几组不同的电流和相应电压的数据,就可以得到多个电阻的测量值,从而可以通过取平均值的方法,去掉测量过程中可能出现的偶然误差,提高物理量的测量精确度。
另外,滑动变阻器在实验中还能起到保护电路的作用。
上面这种方法利用电流表和电压表测量电阻的方法,由于电压表也叫伏特表,电流表也叫安培表,所以这种用电压表、电流表测电阻的方法也叫“伏安法”测电阻。
说明:
实际电路中,灯泡的电阻会随温度的变化而变化,温度越高,电阻越大。
但是,在初中阶段,若无特别说明均不考虑电阻随温度的变化。
问题2:
我们还能不能利用其它方法得到电阻的阻值?
回答:
我们可以利用以下电路得到未知电阻的阻值。
第一个电路图需要测量两个电压值,所以叫做“伏伏法”。
第二个电路图需要测量两个电流值,所以叫做“安安法”。
提示:
我们还可以通过很多方法测得电阻,只要找到导体两端的电压与电流得到未知导体的电阻值。
考点2伏安法测电阻
1、伏安法测定值电阻的阻值
实验目的:
用电压表、电流表间接测电阻
实验原理:
R=U/I
实验器材:
电源、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、待测电阻。
实验电路图和实物图:
实验步骤:
(1)调节电流表、电压表的指针到零刻度;按电路图连接实物。
调节滑动变阻器到阻值最大端;
(2)闭合开关,调节滑动变阻器的滑片至适当位置,分别读出电流表的示数I、电压表的示数U,并记录在表格中;
(3)根据公式R=U/I,计算出R的值,并记录在表格中。
(4)调节滑动变阻器的滑片改变待测电阻中的电流及两端的电压,再测几组数据,并计算R的值。
实验记录表格:
测量次数
电压U/V
电流I/A
电阻R/Ω
1
2
3
注意事项:
(1)连接电路时,开关应断开,滑动变阻器应处于最大阻值位置。
(2)滑动变阻器的作用:
改变电路中的电压或电流大小;限制电流、保护电路。
(3)多测测量数据的目的:
多次测量求平均值从而减小误差。
1.将上述实验中的定值电阻换成小灯泡,用同样的方法测定小灯泡的电阻。
2.多测几组数据,根据实验数据分别计算出小灯泡的电阻,
3.比较计算出的几个数值,看看每次算出的电阻的大小相同吗?
有什么变化规律吗?
4.如果出现的情况和测量定值电阻时不同,你如何解释?
与同学交流一下。
三、例题精析
例题1
如图是伏安法测电阻的电路图。
当开关闭合时,电流表和电压表的示数如下图中指针所指,由此可知电路中R两端的电压U= 伏,电流强度I= 安。
所以电阻R= 欧。
如果开关S打开,则电流强度U1= 伏,电流强度I1= 安,电阻R1= 欧。
【答案】0.70.17007
【解析】由仪表读数可以读出未知电阻两端的电流和电压,再由R=U/I,所以电阻为7欧。
当开关打开,电路断路,所以电流为0安,电压为0伏,电阻仍为7欧。
例题2
伏安法测电阻时,使用的电源电压是15伏,电压表有0~3伏和0~15伏两个量程,电流表有0~0.6安和0~3安两个量程,估计待测电阻的阻值约为10欧。
则电压表应选择量程 ,电流表应选择量程 。
【答案】0~15伏0~3安
【解析】由待测电阻的阻值约为10欧,电源电压是15伏,可以求出流过电阻的电流约为1.5安,所
以,电压表应选择量程应该为0~15伏,电流表应选择量程应该为0~3安。
例题3
如图所示的电路中,电源电压保持不变。
当闭合开关S后,滑片P在A点时,通过两个电阻
、
的电流分别为
、
;滑片P在B点时,通过两个电阻
、
的电流分别为
、
下列判断正确的是
A.
B.
C.
D.
【答案】A
【解析】由电路图可知,电阻
、
串联,因串联电路中各处的电流相等,所以,滑片位于A点或B点时,通过两电阻的电流相等,即
,
,故B错误;滑片从A点滑到B点时,变阻器接入电路中的电阻变大,电路中的总电阻变大,由
可知,电路中的电流变小,即
,故A正确、CD错误。
故选:
A。
例题4
有两个电阻以一定的方式连接在电压为6V的电源上,如果测得电流为0.5A,则这两个电阻及连接方式是()
A.R1=8ΩR2=4Ω并联B.R1=10ΩR2=2Ω并联
C.R1=20ΩR2=30Ω串联D.R1=20ΩR2=30Ω并联
【答案】D
【解析】连接在电压为6V的电源上,如果测得电流为0.5A,则总电阻为:
。
A.
并联后,总电阻小于任一个电阻,即总电阻小于4Ω,所以A不正确;
B.
并联后,总电阻小于任一个电阻,即总电阻小于2Ω,所以A不正确;
C.
串联后,总电阻为
,大于任一个电阻,所以C不正确;
D.
并联后,总电阻为:
,故D正确;
选D。
四、课堂运用
基础
1、在科学实验时,为了减小误差或寻找普遍规律,经常需要进行反复多次实验:
①“测量物体的长度”时,多次测量
②“研究杠杆的平衡”时,改变动力(臂)和阻力(臂),多次测量
③“研究串、并联电路的电流特点”时,换用不同定值电阻,多次测量
④“用电压表和电流表测导体的电阻”时,多次测量电阻两端电压和通过电阻的电流值;
上述实验中寻找普遍规律的是()
A.①②B.①③C.②④D.②③
【答案】D
【解析】“测量物体的长度”时,为了减小误差多次测量求平均值的方法;
“研究杠杆的平衡”时,改变动力(臂)和阻力(臂),多次测量是为了探究杠杆平衡条件,找出普遍规律;
研究串、并联电路的电流特点”时,换用不同定值电阻,多次测量是为了排除偶然性,寻找普遍性规律;
用电压表和电流表测导体的电阻”时,多次测量电阻两端电压和通过电阻的电流值;从而求得电阻值,多次测量求平均值可以减小误差;
综上,上述实验中寻找普遍规律的是②③,故D正确为答案。
2、某同学做伏安法测电阻的实验时,无论怎样移动变阻器的滑片,发现电压表的示数均为零,而电流表的指针指在满量程之外,这时( )
A.可能是电压表已损坏,应立即断开关
B.可能是电流表与电源两极直接相连,应立即断开开关
C.可能是电压表发生了故障,而电流表既未接错也未损坏
D.可能是电流表与电压表接成了串联电路
【答案】B
【解析】A选项中,若只是电压表损坏,电路仍是一个通路;B选项中,若电流表与电源两极直接相连,会导致电路短路;C选项中,若是电压表发生了故障电路仍是一个通路;D选项中,若电流表与电压表接成了串联电路,会导致电压表示数为电源电压。
所以,选A。
3.某电阻允许通过的最大电流是2A,把它接在36V的电路中时,通过的电流是0.5A,问它能否可接在220V的电路中使用?
【答案】不能
【解析】R=U1/I1=36V/0.5A=72Ω,I=U/R=220V/72Ω=3.4A,
因为:
I2>2A
所以这电阻不能接在220V的电路中使用。
巩固
1、如图所示,电源电压保持不变,开关闭合后,若P向右移动,则电压表、电流表示数的变化分别为()
A.电压表示数变大、电流表示数变小
B.电压表示数变大、电流表示数变大
C.电压表示数变小、电流表示数变大
D.电压表示数变小、电流表示数变小
【答案】D
【解析】当滑片P向右移动时,滑动变阻器接入电路的电阻变大,而电路时串联电路,所以电路中电流变小;灯泡电阻不变,经过灯泡的电流减小,所以灯两端电压减小,因此电压表和电流表都变小。
2、在图所示的电路中,当开关S闭合后,电压表V1和V2示数相同,发生的故障是().
A.灯L1的灯丝断了B.灯L2的灯丝断了
C.开关S处断路D.L1两接线柱短路
【答案】A
【解析】当灯L1的灯丝断了,电压表都是测量电源电压,所以两电压表示数相同
3.将电阻R1与100欧的电阻并联后,它们的总电阻小于10欧。
下列判断中正确的是( )
A.R1一定小于10欧B.R1可能大于10欧
C.R1一定大于10欧D.R1不可能为10欧
【答案】B
【解析】电阻并联时相当于增大了横截面积,故越并越小,并联后的总电阻小于其中最小的一个;由于并联后的总电阻小于其中最小的一个,所以,100欧的电阻与另一个定值电阻并联后,要使电路的总电阻小于10欧,则另一只电阻可以大于或等于10欧。
故选:
B。
拔高
1、利用伏安法测量电阻时,由于电表本身电阻的影响,造成测量结果有误差.现采用图所示电路,能较准确的测量Rx的阻值,已知A、B之间的电压U保持不变.当S接通a时,电压表示数为10V,电流表示数为0.2A,当S接通b时,电压表示数为12V,电流表示数为0.15A,则待测电阻Rx的阻值为()
A.60ΩB.65ΩC.70ΩD.75Ω
【答案】C
【解析】设电流表的内阻为RA,
(1)S接a时,U=U1+I1RA,即:
U=10V+0.2A×RA———①;
(2)S接b时,U=I2(RX+RA),即:
U=0.15A×(RX+RA)————②;U=U2,即:
U=12V————③;由①②③解得:
Rx=70Ω.故选C.
2、如图所示是小成测量未知电阻Rx的实验电路,电源两端电压不变,其中Ro为阻值已知的定值电阻.闭合开关S,调节滑动变阻器的滑片P到适当位置处,读出电压表V1、V2示数分别为U1、U2.则下列四个选项中,Rx的表达式正确的是( )
A.Rx=
B.Rx=
C.Rx=
D.Rx=
【答案】C
【解析】由电路图可知,滑动变阻器、R0、Rx串联,电压表V1测R0两端的电压,电压表V2测Rx两端的电压.因串联电路中各处的电流相等,所以,电路中的电流:
解得:
故选C.
3、下列实验器材使用正确的是()
A.连接电路时,开关应处于闭合状态
B.电流表应与被测用电器并联使用
C.电压表应与被测用电器并联使用
D.“伏安法测电阻”实验时,闭合开关前,滑动变阻器应处于最大阻值处
【答案】CD
【解析】A.连接电路时,开关应处于断开状态,故A错误。
B.电流表应与被测用电器串联使用,故B错误;C.电压表应该并联使用,故C正确;D.为了保护电路,接通电路前,滑动变阻器应处于最大阻值处,故D正确;故选:
CD。
课堂小结
通过本节课,学习了如下内容:
1.复习了电流表和电压表的使用;
2.学生学会了应用欧姆定律测量未知电阻的阻值;
3.会用特殊方法测量未知电阻的阻值。
课后作业
基础
1.某学生在用伏安法测电阻的实验中,刚一“试触”就发现电流表的
指针迅速摆动且超过最大刻度,发生这种情况的原因可能是
( )
A.电流表的“+”“-”接线柱接反了
B.待测电阻的绕线断了
C.线路接错,误把电压表串联接入电路
D.电流表量程偏小
【答案】D
【解析】选D。
本题考查了电流表的连接。
电流表“+”“-”接线柱接反,会使指针反向偏转,故A错;B选项待测电阻的绕线断了,C选项把电压表串联接入电路,都会使电流表示数为0,故B、C错;电流表量程偏小,会使指针迅速偏转并超过最大刻度,故选D。
2、在用伏安法测电阻实验中,王力同学不小心将
、
两表位置接反,如图所示,已知两表量程合适,则闭合开关后,会发生的现象是 ( )
A.电流表烧坏 B.电压表烧坏
C.电源烧坏D.电压表示数等于电源电压
【答案】D
【解析】选D。
本题考查了电路故障分析。
因为电流表电阻很小,R被短路。
电流通过电压表、电流表和滑动变阻器构成通路,由于电压表电阻很大,因此电路中电流很小,电流表、电压表和电源都不会烧坏,而电压表示数等于电源电压。
3.酒后驾车害人害己,严禁酒后驾车!
如图是气体酒精浓度测试仪原理图,用于现场测试司机是否酒后驾车。
其中电源电压保持不变,R为定值电阻
R′为二氧化锡半导体型酒精气体传感器,其阻值随气体酒精浓度的增大而逐渐减小。
若某次测试中电流表示数较大,则说明 ( )
A.气体酒精浓度较小,R′阻值较小B.气体酒精浓度较小,R′阻值较大
C.气体酒精浓度较大,R′阻值较小D.气体酒精浓度较大,R′阻值较大
【答案】C
【解析】选C。
本题考查了动态电路的分析。
因为电流表示数较大,则由欧姆定律I=
可知,此时电路中的电阻较小;因传感器特点为传感器阻值随气体酒精浓度的增大而逐渐减小,故说明此时所测气体酒精浓度较大。
故选C。
巩固
1、如图是
李江同学为测量小灯泡电阻而连的电路,有关该实验的以下说法错误的是 ( )
A.闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片滑到最左端
B.实验过程中两电表都有可能需要换接较小的量程
C.所测小灯泡的电阻可能随电压表的示数的不同而不同
D.在如图所示位置闭合开关后,向左移动滑动变阻器的滑片,小灯泡变亮
【答案】D
【解析】选D。
本题考查测小灯泡电阻的实验探究。
由图可知,滑动变阻器滑片右端电阻丝连入电路,在实验时,为了保护电路,开关闭合前应将滑片滑到最左端,A正确;实验过程中在不超出电表量程的前提下,量程选择越小,测量结果越精确,B正确;灯泡电阻随温度升高而增大,C正确;向左滑动滑片
连入的电阻丝变长,电阻变大,小灯泡变暗,D错误。
2、小明按图甲所示的电路图连接实验电路,测量电阻R的阻值。
闭合开关S,调节滑动变阻器的滑片P后,观察到电流表和电压表的示数分别如图乙、丙所示,则电阻R的阻值为 Ω。
【答案】5
【解析】本题考查“伏安法测电阻”的实验探究。
由“伏安法”测电阻实验原理得:
R=
=
=5Ω。
3、为了测量一只标有“8V 0.4A”的小灯泡的电阻,小花同学设计了如图所示的电路,
现有实验器材如下:
电压表
:
量程0~3V 电压表
:
量程0~15V
电流表
:
量程0~0.6A 电流表
:
量程0~3A滑动变阻器R1:
10Ω,2A
滑动变阻器R2:
50Ω,1A
电源(电压恒为12V)一个、开关一只、导线若干。
要安全准确地测量多组数据,需要选择合适的实验器材,其中电压表应选用 (选填“
”或“
”);电流表应选用 (选填“
”或“
”);滑动变阻器应选用 (选填“R1”或“R2”)。
【答案】
R2
【解析】本题考查了实验电路的设计。
由于小灯泡的额定电压为8V,电压表的量程应为0~15V,故选
;额定电流为0.4A,应选量程为0~0.6A的电流表,故选
;小灯泡的电阻为20Ω,而电源电压为12V,若选最大阻值为10Ω的滑动变阻器,根据串联分压,滑动变阻器两端的最大电压是4V,灯泡两端电压最低为8V,不符合题目要求,故选R2。
拔高
1、如图甲所示是小明设计的调光灯电路图,他将粗细均匀的电阻丝AB通过滑片P连入电路,小灯泡的额定电压为6V.闭合开关S后,滑片P从最左端A滑到最右端B的过程中,小灯泡的I﹣U关系图象如图乙所示.设电阻丝AB的阻值不随温度变化,则下面说法中正确的是()
A.电阻丝AB的阻值为9Ω
B.小灯泡的最小功率为0.75W
C.电路中的最大功率是3W
D.滑片P从最左端A滑到最右端B的过程中,电压表示数逐渐变大
【答案】AB
【解析】由电路图可知,电阻丝AB与小灯泡串联,当滑片在A端时电阻最大。
由图乙可知:
此时小灯泡两端的电压为1.5V,通过小灯泡的电流为0.5A,根据欧姆定律得
,故A正确。
当电路中电阻最大时,小灯泡的功率最小,由图乙知,
,故B正确。
当电阻丝AB阻值最小时,电路的功率最大,由图乙可知:
电路中的最大电流为1A,所以
,故C错误。
滑片P从最左端A滑到最右端B的过程中,电阻丝电阻逐渐变小,根据“串联分压”,电压表示数逐渐变小。
故D错误。
答案为AB。
2、小明同学利用图甲所示的电路来测量一未知电阻Rx。
(1)请用笔画线代替导线,将图甲中实物电路连接完整__________
(2)闭合开关后,调节滑动变阻器,当电压表的示数为1.2V时,电流表的示数如图乙所示,则Rx=___Ω
(3)该同学又设计了如图丙所示的测量电路,测量小灯泡正常发光的电阻和额定功率,其中R0是已知定值电阻,请在空格内把实验步骤补充完整。
①闭合开关S,调节滑动变阻器,使灯泡正常发光;
②S′接_____,测出灯泡与R0串联后的电压U;
③保持滑动变阻器滑片P的位置不变,再将S′接_____,测出R0两端的电压U1;
④小灯泡正常发光时的电阻R1=_____(用R0、U、U1列表达式);小灯泡的额定功率P额=_____。
【答案】见解析
【解析】
(1)滑动变阻器按一上一下的接入电路,因为滑片在最左端,所以接右下接线柱,如下图所示:
(2)电流表的量程为0−0.6A,分度值为0.02A,电流表的示数为0.3A,未知电阻的阻值为:
Rx=
=4Ω;(3)①闭合开关S,调节滑动变阻器,使灯泡正常发光;②S′接b,测出灯泡与R0串联后的电压U;③保持滑动变阻器滑片P的位置不变,再将S′接a,测出R0两端的电压U1;④串联电路电流处处相等,则电路中的电流为:
I=
,小灯泡正常发光时的电压为:
UL=U−U1,小灯泡的电阻为:
RL=
⋅R0.小灯泡的额定功率:
P额=ULI=(U−U1)
.
3、可以用图示电路测量电阻的阻值,电源两端电压为4.0V,R=90Ω,Rx为待测电阻,电压表的量程为3V。
(1)请将电压表接入电路,要求电压表测量R两端的电压_________。
(2)闭合开关后,电压表读数为1.0V.由此可求出Rx=_____Ω。
(3)该电路可测量的Rx的最小值为_____Ω。
(4)为了实现多次测量以减小实验误差,有同学提出了以下四条建议,其中可行的一条是_____(填序号)
①用一根导线短接R或Rx
②将R和Rx由串联改为并联
③用滑动变阻器替代R
④用阻值可调可读的电阻箱替代R。
【答案】见解析
【解析】解答:
(1)电压表与待测电路并联,将电压表与R并联,如下所示:
(2)闭合开关后,电压表读数为1.0V,根据欧姆定律,通过R的电流:
I=
根据串联电路电压的规律欧姆定律I=
,由此可求出:
Rx=
=270Ω.(3)因电压表量程为0−3V,R的最大电压为3V,根据串联电路电压的规律,RX的电压至少为:
UX=U−U大=4V=3V=1V,待测电阻电压为R电压的
倍,根据分压原理,待测电阻至少为
×90Ω=30Ω;(4)因实验中没有电流表,在已知电源电压的情况下,要测电阻的大小,电压表和一个定值电阻可起到电流表的测量作用,①用一根导线短接R或Rx,电压表示数为为0或为电源电压,不能测出待测电阻大小;②将R和Rx由串联改为并联,电压表只能测量出R和Rx的电压,即电源电压,不能测出待测电阻大小;③用滑动变阻器替代R,因滑动阻器连入电路中的电阻未知,故不能测算出电路中的电流大小,不能测出待测电阻大小;④用阻值可调可读的电阻箱替代R,电阻箱连入电路的阻值可知,由欧姆定律和串联电路电流的规律可知电路中的电流,根据串联电路电压的规律和欧姆定律可求待测电阻的大小,且通过改变电阻箱的阻值多次测量取平均值来减小误差。
课后反思
1、对教学技能的反思:
对基础知识的讲解是否透彻;对重点、难点是否把握准确;对学生的学习知识掌握知识的状态是否了解等
2、对教学目标的反思:
讲授的知识是否正确;语言是否规范简练;书写是否工整(班组课板书设计是否合理);教具的使用是否得当,实验操作是否熟练、规范等
3、对教学方法和手段的反思:
是否注重了学生的参与意识;班组课是否因“班”施教,课后因“人”施教;教学方式、手段是否多样化等
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- 关 键 词:
- 153 伏安法测电阻教案 伏安 电阻 教案