27电路设计和电阻测量.docx
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27电路设计和电阻测量
“电路设计和电阻测量”教学设计
学校:
泸源中学学科:
物理主备人:
梅周全备课组长:
郑仕潮
一、内容及其解析
(一)内容
电路设计和电阻测量
本单元的内容如下:
电路设计和电阻测量
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全电路欧姆定律的延伸和应用。
(二)解析
1、对核心内容的分析
本单元是继上一单元“全电路欧姆定律”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、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。
2、能根据设计的电路图连接电路实物图
3、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
4、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。
5、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、教学过程设计
一、测量电路部分设计
总体思想:
根据题意明确:
要做什么?
(实验目的),根据什么来做?
(实验原理),怎么做?
(根据已有器材如何设计电路)
1、测量电阻的基本原理:
部分电路欧姆定律
2、基本思路:
想办法设计电路测电阻两端的电压U和通过电阻的电流I(伏安法测电阻)
3、基本过程:
将电路分为“测量电路”、“控制电路”和“电源”三部分,分开设计,然后合并。
4、仪器选择时遵循
(1)安全性原则;
(2)误差尽可能小原则,(3)易操作原则。
二、控制电路部分设计:
滑动变阻器接法选择和滑动变阻器选择
1.限流式
待测电阻Rx的电压可调范围
待测电阻Rx的电流可调范围
限流式电路的特点:
1.电压不能从零开始调节,调节范围较小.但电路结构较为简单.
2.电能损耗较小.
2.分压式
待测电阻Rx的电压可调范围
待测电阻Rx的电流可调范围
分压式电路的特点:
1.电压可以从零开始调节到电源电动势,调节范围较大.但电路结构较为复杂.
2.电能损耗较大.
4.伏安法测电阻电路选择
(1)、若已知待测电阻的大约值,电流表的内阻和电压表的内阻,则
(2)、若不知待测电阻的大约值,电流表的内阻和电压表的内阻,则用试接法
练习:
1.现在想用伏安法测电阻,若伏特表、电流表、电阻的阻值(估计值)为以下值,选择哪种接法?
(1)RV=20000ΩRA=1ΩR=30Ω
(2)RV=5000ΩRA=0.1ΩR=200Ω
2、如图所示电流表和电压表的读数分别为10V和0.1A,电压表内阻为500Ω,那么待测电阻R的测量值比真实值,测量值为,真实值为.
3、一个未知电阻,无法估计其电阻值,某同学用伏安法测量此电阻,用如图(a)(b)两种电路各测一次,用(a)图所测数据为3.0V、3.0mA,用(b)图测得的数据是2.9V、4.0mA,由此可知,用图测得Rx的误差较小,测量值Rx=.
3、一个未知电阻,无法估计其电阻值,某同学用伏安法测量此电阻,用如图(a)(b)两种电路各测一次,用(a)图所测数据为3.0V、3.0mA,用(b)图测得的数据是2.9V、4.0mA,由此可知,用图测得Rx的误差较小,测量值Rx=.
4、在伏安法测电阻的实验中,待测电阻Rx约为200欧姆,电压表v的内阻约为2千欧,电流表a的内阻约为10欧姆,测量电路中电流表的连接方式如图(a)或图(b)所示,计算结果由得出,式中U与I分别为电压表和电流表的读数;若将图(a)和图(b)中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2,则(
填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值,且测量值Rx1(填“大于”、“等于”或“小于”)真实值,测量值Rx2(填“大于”、“等于”或“小于)真实值。
例1、测一个阻值约为25kΩ的电阻,备有下列器材:
A.电流表(量程100μA,内阻约2kΩ)
B.电流表(量程700μA,内阻约300Ω)
C.电压表(量程15V,内阻约100kΩ)
D.电压表(量程50V,内阻约500kΩ)
E.直流稳压电源(电动势15V,允许最大电流1A)
F.滑动变阻器(最大电阻1kΩ,额定功率1W)
G.电键、导线若干
(1)电流表应选,电压表应选.
(2)画出测量Rx的原理图.
练习1、用伏安法测量某电阻Rx的阻值,现有实验器材如下:
A.待测电阻Rx:
范围在5—8Ω,额定功率1W
B.电流表A1:
量程0—0.6A(内阻约0.2Ω)
C.电流表A2:
量程0—3A(内阻约0.05Ω)
D.电压表V1:
量程0—3V(内阻约3KΩ)
E.电压表V2:
量程0—15V(内阻约15KΩ)
F.滑动变阻器R:
0—100Ω
G.蓄电池:
电动势12V
H.导线,电键.
为了较准确的测量,并保证器材安全,电流表应选,电压表应选,并画出电路图。
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______
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.电压表V:
量程0—15V(内阻约15KΩ)
D.定值电阻R0=100Ω
E.滑动变阻器R,最大阻值约为10Ω
F.电源E,电动势E=4V(内阻不计)
G.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)
练习1、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—100mA,内阻约10Ω)
C.电流表(0—1mA,内阻约为100Ω)
D.电压表(0—3V,内阻为1kΩ)
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,I.定值电阻R0=100Ω
(2)画出实验电路图。
2、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。
例3、在“测定金属的电阻率”的实验中,用米尺测出金属丝的长L,用螺旋测微器测出金属丝的直径d,金属丝的电阻大约为5Ω,先用伏安法测出金属丝的电阻R,然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率。
为此取来两节新的干电池、电键和若干导线及下列器材:
A.电压表0~3V,内阻10kΩ
B.电压表0~15V,内阻50kΩ
C.电流表0~0.6A,内阻0.05Ω
D.电流表0~3A,内阻0.01Ω
E.滑动变阻器,0~10Ω
F.滑动变阻器,0~100Ω
G.电源E,电动势3V,H.开关导线若干
(1)要求较准确地测出其阻值,电压表应选___________,电流表应选_______,滑动变阻器应选____;(填序号)
(2)画出实验电路图,并用所测数据字母写出该金属电阻率____________
练习1、有一根细长而均匀的金属材料样品,截面为外方(正方形)内圆,如图所示。
此金属材料质量约为0.1~0.2kg,长约30cm,电阻约为10Ω。
已知这种金属的电阻率为,密度为。
因管线内径太小,无法直接测量,请根据以下器材,设计一个实验方案测量其内径。
A.毫米刻度尺B.螺旋测微器C.电流表(600mA,10Ω)D.电流表(3A,0.1Ω)E.电压表(3V,6kΩ)F.滑动变阻器(2kΩ,0.5A)
G.滑动变阻器(10Ω,2A)H.直流稳压电源(6V,0.05Ω)I.开关一个,带夹子的导线若干
(1)除待测金属材料外,应选用的实验器材有。
(只填代号字母)
(2)画出你设计方案的实验电路图,并把所选仪器连成实验电路。
(3)用已知的物理常量和所测得的物理量,推导出计算金属管线内径的表达式________________。
2、在测量金属丝电阻率的实验中,可供选用的器材如下:
待测金属丝:
Rx(阻值约4Ω,额定电流约0.5A);
电压表:
V(量程3V,内阻约3kΩ);
电流表:
A1(量程0.6A,内阻约0.2Ω)
A2(量程3A,内阻约0.05Ω)
电源:
E1(电动势3V,内阻不计);
E2(电动势12V,内阻不计);
滑动变阻器:
R(最大阻值约20Ω)
螺旋测微器;毫米刻度尺;开关S;导线。
(1)用螺旋测微器测量金属丝
的直径,示数如图所示,读数为________mm。
(2)滑动变阻器采用____接法,为使测量尽量精确,
电流表应选________,电源应选________(均填器材代号),画出实验电路原理图。
(3)写出电阻率的表达式____________(写出每个符号的物理意义)
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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”)。
(1)实验时,要求两个电表的调节范围尽可能大,
(2)为了提高实验精度,应该选择哪些器材________________
(3)画出实验电路图
(4)求出电感线圈的电阻RL=_______________(写出表达式)。
作业:
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。
2、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。
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