试验复习教案 伏安法测电阻

实验复习教案伏安法测电阻湖北武汉市洪山高级中学【课题】伏安法测电阻实验专题【课型】综合复习课【目标】在掌握测量电阻R、测量电阻率ρ以及测量电源电动势E和内阻r的基本原理和方法的基础上，通过类比、迁移、重组，使学生：1、能合理设计、正确评价实验方案；2、能恰当选择、正确使用实验器材；3、能控制实验条件、分析实验误差、正确处理数据。

通过复习，进一步培养学生应对开放性电学实验的迁移能力和创新能力，增强自信心，提高应试水平。

【重点】伏安法测电阻的原理和方法【难点】合理设计方案，正确选择器材思维方法：类比—迁移—重组【教法】研究性复习复习方法：问题—分析—互动【教具】多媒体、投影仪【课时】2课时【过程】引入：高考内容和形式的改革，正指导着高考实验命题的创新，纵观多年来全国各地的高考物理试卷，伏安法测电阻及其情景迁移创新的试题几乎每年必有，每卷都有。

无怪乎有人说：“伏安法测电阻是当前高考永恒的考题”。

尽管命题内容似曾相识，但考查方式和能力要求却推陈出新。

该复习课就是以“改造教材中的实验—关注设计型实验—突出试验能力和综合素养”为对策、重点复习电阻测量的实验。

设问：伏安法测电阻的求解思路，有哪几个重要步骤？互动、讨论、回答……小结：一般来讲，有五个步骤，即明确实验原理、设计合理电路、选择合适器材、确定控制电路以及确定测量电路。

【例1】从表一中选择适当器材：（1）至少设计两种方案，用以测量电流表Ax的内阻R x，画出测量电路原理图，要求电路中各器材用表一中代号标示出；（2）写出R x的表达式，并说明该式中各符号的意义。

表一电流表 电流表 电流表 电压表 电压表 电阻箱 滑动变阻器 滑动变阻器电池单刀单掷开关 单刀双掷开关 A x A 1 A 2 V 1 V 2 R 1 R 2 R 3 E S 1、S 2 K量程0－10mA ，内阻R x 待测（约10Ω） 量程0－0.6A ，内阻r 1=0.2Ω 量程0－20mA ，内阻r 2=4Ω 量程0－1V ，内阻r 3=800Ω 量程0－3V ，内阻r 4=3K Ω 阻值范围0－999.9Ω阻值范围0－10Ω，额定电流0.5A 阻值范围0－1K Ω，额定电流0.1A 电动势约为3V ，内阻很小但不可忽略学生讨论、分层互动、反馈展示…… 方案1说明：什么是控制电路和测量电路 表达式：xx I U R 1=代号意义： U 1和I x 分别是电压表V 1和电流表A x 的读数 问：可行吗？引导学生分析：Ax 的满偏电压仅为0.1V ，而V 1的量程为1V ，以致因V 1读数很小，难以精确测量，同时通过R 2分压也十分困难，因此，该方案不可行。

再问：能否使V 1有清晰读数，且流过A x 的电流又不超过其量程呢？ 点拨：电流表改装知识迁移 — A x 串联电阻R 1。

方案2表达式：11R I U R xx -=代号意义：U 1和I x 分别是V 1和A x 的读数，R 1为电阻箱电阻值 又问：方便吗？引导学生分析：V 1量程仅为1V ，而电源电动势约为3V ，以至R 2只能在大约1/3长度范围内调解，故该方案虽然可行，但不方便，且不安全。

点拨：能否从电压表的选择或控制电路的变换上去分别考虑呢？方案3用电压表V 2代替方案2中的V 1说明：适当调节R 1，使A x 读数清晰且安全。

表达式：12R I U R xx -= 代号意义：略方案4说明：该方案采用限流式控制电路 表达式：11R I U R xx -=代号意义：略追问：为什么选用R 3？引导学生分析：设V 1读数为1V 、A x 读数为10mA 时（均为满量程），则R 3两端电压约为2V 。

计算表明：R 1约为90Ω，而R 3约为200Ω，故只能选用R 3。

小结：方案3、4是伏安法测电阻的常规方法，符合设计原则。

思路转化：方案3、4都是通电压表V 1或V 2以及电流表Ax 的读数，根据欧姆定律来测量R x 的。

事实上，V 1和V 2的内阻均已知，如果能测出通过他们的电流，不同样也间接测得了它们两端的电压吗？同时也就回避了V 1和V 2量程相对大而读数不够精确的问题。

方案5说明：把V 1看成阻值为r 3的定值电阻 表达式：r III R XX x 32-=代号意义：I 2、I x 分别为A 2、A x 读数，r 3为V 1内阻问：可行吗？引导学生分析：电压表V 1内阻r 3＝800Ω远大于电流表A x 的内阻（约10Ω），以至因r 3分流很小，而使两电流表读数十分接近而难以区分，系统误差太大。

点拨：电压表V 1的读数已无意义，何不用一个阻值与10欧姆相当的定值电阻替代呢？ 方案6用电阻箱R 1替代方案5中的V 1表达式：R II I R XXx 12-=代号意义：略点拨：如果能直接读出两支路的电流，问题不就更简单了吗？方案7表达式：r IIRXx22=代号意义：I 2、I x 分别为A 2、A x 读数，r 2为A 2内阻 问：可行吗？引导学生分析：A 2、A x 两表的满偏电压分别为0.08V 和0.10V ，通过调R 1或R 3，只要加在两并联电表两端的电压不超过0.08V ，就能使他们同时有较明显读数，以保证测量精确，此方案可行。

追问：电路还能再简化一些吗？方案8如果电流表两端电压为0.08V ，则可计算得到干路上电阻>105Ω，于是去掉方案7中的R 1或R 3，电路将进一步被简化，其表达式同方案7。

小结：方案6、7、8称为比较法，均符合设计原则。

讨论：方案7能设计成分压电路吗？若可以，电阻如何选择？（课外完成）思路再转化：回到方案7，如果在R 1与A 2、A x 并联电路间用单刀双掷开关连接，能够更方便地测量R x 吗？方案9说明：当K 先后拨到1和2时，分别调R 1（设阻值分别为R 1和'1R 以使两表读数相等（设为I x,且I x ≤10mA ），根据欧姆定律，应有 E=Ix(Rx+R 1+r)E=I x (r 2+'1R +r) r 为电源内阻学生讨论：如何求R x ? 表达式:R x =r 2+'1R -R 1 代号意义：R 1和'1R 为电阻箱两次阻值问：能直接读出R x 吗？ 方案10当K 拨到1，调R 3，使I 2＝I x (<10mA ），再将K 拨到2，保持R 3不变，调R 1，使I 2'＝I x . 得到表达式：R x = R 1代号意义：R 1为电阻箱阻值。

学生讨论：如何求R x ?小结：方案9、10称为等效法，符合设计原则。

拓展：如果没有提供其它电表，你能依据等效思路设计一个新的方案求R x 吗?方案11说明：此方案为典型的电流表半偏转法，只闭合S 1，调R 3，使A x 满偏（10mA ）；再闭合S 2，只调节R 1，使A x 半偏（5mA ）。

根据欧姆定律和并联电路规律，可以得到Rx=R 1/(1-31R R )。

通过分析，可以判断R 3»R 1。

于是得到表达式：R x= R 1 代号意义：R 1为电阻箱阻值问：比较真实值Rx 与测量值R 1的大小？（Rx >R 1） 讨论：有的同学提出如下方案，非常简便，你赞同吗？方案12说明：在Ax 清晰读数范围内，两次调节R 1（R 1和'1R 值），得到Ax 读数I 1、I 2，根据欧姆定律， 应有 E ＝I 1(Rx+ R 1)E=I 2(Rx +'1R )问：如何求Rx? 得到表达式：211112'I I R I R I R x --=又问：此方案合理吗？点拨：请审查所给电池的规格，说明所设计方案不合理。

归纳：上述可行方案见表二。

方法 方案 电路图 表达式（各代号意义）伏 安 法312R I U R xx -=U 2表示加在电压表V 2两端的电压 I x 表示通过电流表A x 的电流 R 1表示电阻箱R 1的阻值 411R I U R xx -=U 1表示加在电压表V 2两端的电压 I x 表示通过电流表A x 的电流 R 1表示电阻箱R 1的阻值 比 较 法6R II I R XXx 12-=I 2表示通过电流表A 2的电流 I x 表示通过电流表A x 的电流 R 1表示电阻箱R 1的阻值 7r II RXx22=I 2表示通过电流表A 2的电流 I x 表示通过电流表A x 的电流 r 2表示电流表A 2的内阻 8同方案7等效法9R x=r2+'1R-R1R1表示K拨到1时电阻箱的阻值'1R表示K拨到2时电阻箱的阻值r2表示电流表A2的内阻（K在1或2时，调R1使两电流表读数相同）10R x=R1R1表示电阻箱R1的阻值（K由1拨到2时，调R1使电流表A2两次的读数相同，且小于10mA）111RRx=（实际上真实值R x略大于测量值R1）R1表示电阻箱R1的阻值(先闭合s1，调R3使A x满偏为10mA,再闭合s2，调R1使A x半偏为5 mA)【例2】在“测量金属丝的电阻率”的实验中：（1）用游标卡尺测金属丝长度如图甲所示，则长度为；用螺旋测微器测金属丝的直径如图乙所示，则该金属丝直径为 mm。

（2）已知金属丝的电阻约为10Ω，现备有如下器材，应选用的器材有。

（只填代号）A、量程是0－0.6A，内阻是0.5Ω的电流表A1B、量程是0－3A，内阻是0.1Ω的电流表A2C、量程是0－3V，内阻是6KΩ的电流表V1D、量程是0－15V，内阻是30KΩ的电流表V2E、阻值为0－1KΩ，额定电流为0.5A的滑动变阻器R1F、阻值为0－20Ω，额定电流为2A的滑动变阻器R2G、蓄电池E（6V），一个开关S,导线若干。

（3）在图丙所示虚线框内画出测该金属丝电阻率的电路图析解：该题是一道用伏安法测电阻率的常规题，一般都采用电流表外接法，这里重点是进一步复习器材选用的原则和方法。

（1）该金属丝长度为4.090cm直径为0.300mm。

（2）①选电源：只给出一个直流电源，所以G（E）首选；②选电流表：在未接入滑动变阻器时，可估算干路中最大电流为Im＝Ω106V=0.6A,因此选A（A1）不选B（A2）的原因何在？学生回答……点拨：从读数及误差考虑；③选电压表：若选C （V 1），量程为3V ，则干路电流应控制在I ＝A V 3.0103＝Ω以下,对所选A 1，指针偏转也可达半刻度盘，因此选C （V 1）。

不选D （V 2）的原因何在？学生回答；④选变阻器：为在“3V 、0.3A ”内调节变阻器多读几次测量值，应选用F （R 2）并接成分压电路问：为什么不选用E （R 1）？ 学生回答；又问：如果选用器材同上，控制电路能接成限流式吗？ 学生回答；因此所选用器材有：A 1、V 1、R 2、E 、S 以及导线。