第一篇：中學物理實驗中用電壓補償法提高伏安法測電阻的精確度研究

中學物理實驗中用電壓補償法提高伏安法測電阻的精確度研究

摘要：伏安法測電阻實驗是中學物理實驗中一個重要的基礎實驗。由于物理思路清晰，方法簡單，所以在課堂教學演示中廣泛運用。但是，其演示實驗也存在著系統(tǒng)誤差的產(chǎn)生。本文對于實驗誤差的產(chǎn)生進行分析，利用電壓補償法對伏安法測電阻的內(nèi)接法和外接法進行修正，結(jié)果得以減小誤差。對于課堂演示來講，本文實驗能夠做到一定的科學性，并且能夠得到精確的結(jié)果，分析最理想的實驗方法。

關鍵詞：伏安法測電阻；電壓補償法；系統(tǒng)誤差；相對誤差

引言：伏安法測電阻是重要的實驗之一。在初中、高中和大學都有伏安法測電阻的實驗，并且在初中到高中再到大學對伏安法測電阻的精確度要求不斷提高，理論分析不斷加深。伏安法測電阻的接線有外接法和內(nèi)接法，不同的接法對測量電阻的誤差也不同。為了探索中學課堂教學中，以伏安法測量電阻為基礎的實驗方法，討論其間的測量精確度，本論文用電壓補償法等不同方法對伏安法測電阻進行改裝，比較中學演示實驗，課堂教學提高實驗的精確度的可選方案。

本文利用比較相對誤差的方法，比較確定哪一種實驗方法結(jié)果的精確度更高。實驗測得的數(shù)值與真實數(shù)值之間的差數(shù)稱為“絕對誤差”，而“絕對誤差”與“真實數(shù)據(jù)”的比值稱為“相對誤差”。由于真實的數(shù)值往往不知道，因而只能用多次測定結(jié)果的平均值代替“真值”，這樣計算的結(jié)果稱為“偏差”。偏差也分“絕對偏差”和“相對偏差”。絕對偏差是一次測量值與平均值的差異，相對偏差是指一次測量的絕對偏差占平均值的百分率。1 伏安法測電阻 1.1 原理

如圖1所示，測出通過電阻R的電流I及電阻R兩端的電壓U，則根據(jù)歐U姆定律，可知R?

I

圖1 伏安法測電阻電路圖

[1]

Fig.1 The voltammetry resistance circuit diagram 以下討論伏安法測電阻的系統(tǒng)誤差問題[1]。1.2 測量儀表的選擇

在電學實驗中，儀表的誤差是重要的誤差來源，所以要減小實驗誤差，選擇合適的儀表是關鍵環(huán)節(jié)。而儀表的量程和等級是反映儀表準確度的兩個參數(shù)，所以選擇合適的儀表就是選擇合適量程和等級的儀表。下面介紹選擇儀表量程和等級的方法[2]。

1.2.1 參照電阻器R的額定功率確定儀表的量限

設電阻R的額定功率P，則最大電流為 I?PR

22處（指針指在刻度盤的處測量值最準33為使電流表的指針指向刻度盤的確），于是電流計的量限

I23?3P3。I,即

22R3電阻兩端的電壓為U?IR，而電壓表的量程應限為U[1][2]。

21.2.2 參照對電阻測量準確度的要求確定儀表的等級

假設要求測量R的相對誤差不大于某一ER錯誤！未指定書簽。，則在一定近

???U?2??I?2?似下按合成不確定度公式，可有ER????????。如果

???U??I????U?I??UIER2，對于準確度等級為a，特征值為X錯誤！未指定書簽。n的電

a，可知電100表，其最大絕對誤差為?max錯誤！未找到引用源。，則?max?Xn?流表等級aI應滿足aI?ERU[1][2]

。??100U2nERI??100；電壓表的等級aU應滿足2InaU?1.3 滑動變阻器分壓電路與限流電路的選擇 1.3.1 限流電路

如圖2所示電路中變阻器起限流作用，變阻器電阻調(diào)到最大時，電路中仍有電流，電路中電流變化范圍為

EE～，負載Rx的電壓調(diào)節(jié)范圍為

R?RXRX 1 ERX～ E(電源內(nèi)阻不計)。如果RX >>R，電流變化范圍很小，變阻器起不到RX?R變阻作用，此時采用該接法就不能滿足多次測量的要求。一般來說，以下三種情況不能采用限流接法而采用分壓接法：①電路中最小電流仍超過電流表量程或超過被測元件的額定電流；②要求被測電阻的電壓、電流從零開始連續(xù)變化；③ 被測電阻值遠大于變阻器的全部電阻值[3]。

圖2 限流電路[3] Fig.2 Limiting circuit 1.3.2 分壓電路

變阻器采用分壓接法如圖3所示，負載RX上電壓變化范圍是0一E(不計電源內(nèi)電阻)，電壓調(diào)節(jié)范圍比限流接法大。但是當通過負載RX的電流一定時，圖3中干路電流大于圖2中干路電流，圖3中電路消耗的功率較大。而且圖3的接法沒有圖2簡單。通常變阻器以采用限流接法為主。

圖3 分壓電路[3]

Fig.3 Voltage dividing circuit 關于變阻器的選擇，應針對不同的連接方式和電路中其他電阻的大小選擇不同的變阻器。在分壓接法中，變阻器應選擇電阻較小而額定電流較大的；在限流接法中，變阻器的阻值應與電路中其他電阻比較接近[3]。1.4 伏安法測電阻的兩種連線方法以及引入的誤差

伏安法有兩種連線方法。如圖4所示為外接法---電流表在電壓表的外側(cè)；如圖5所示為內(nèi)接法---電流表在電壓表的內(nèi)側(cè)。

圖4 外接法

圖5 內(nèi)接法 Fig.4 External method

Fig.5 Internal law

1.4.1內(nèi)接法引入的誤差

設電流表的內(nèi)阻為RA,回路電流為I，則電壓表測出的電壓值U?IR?IRA?I(R?RA)

即電阻的測量值Rx是 Rx?R?RA

可見測量值大于實際值，測量的絕對誤差為RA，相對誤差為

RA，當RA<

1.4.2 外接法引入的誤差

設電阻R中的電流為IR，又設電壓表中流過電流為IV，電壓表內(nèi)阻為RV，則電流表中電流I?IR?IV?U(11?)RRVRVU ?RIR?RV因此電阻R的測量值Rx是 Rx?由于RV?(R?RV),所以測量值Rx小于實際值R，測量的相對誤差為RX?RR。式中負號是由于絕對誤差是負值，只有當RV>>R時才可以??RR?RV用外接法[2]。伏安法測電阻的電壓補償法 2.1 電壓補償法原理 2.1.1 補償法的定義

采用一個可以變化的附加能量裝置，用以補償實驗中某部分能量損失或能量交換，使得實驗條件滿足或接近理想條件，稱為補償法。簡而言之，補償法就是將因種種原因使測量狀態(tài)受到的影響盡量加以彌補[4]。2.1.2 電壓補償法

用電壓表測電池的電動勢Ex，如圖6所示，因電池電阻r的存在，當有電流通過時，電池內(nèi)部不可避免地產(chǎn)生電位降Ir。因此，電壓表指示的只是電池的端電壓U，即U?Ex?Ir。顯然，只有當I=0時，電池的端電壓才等于電動勢Ex。

圖6 用電壓表測量電池電動勢

Fig.6 Electromotive force measured with a voltmeter 如果有一個電動勢大小可以調(diào)節(jié)的電源E0，使E0與待測電源Ex通過檢流計反串起來。如圖3-2所示，調(diào)節(jié)電動勢E0的大小，使檢流計指示為0，即E0產(chǎn)生一個與I方向相反而大小相等的電流I’，以彌補Ir的損失，于是兩個電源的電動勢大小相等，互相補償，可得Ex= E0，這時電路達到補償，知道了補償狀態(tài)下E0的大小，就可得出待測電動勢Ex[4][5]。

圖7 電壓補償法原理圖

Fig.7 Voltage principle of compensation law Figure 2.2內(nèi)接法的電壓補償法

由圖5可知，內(nèi)接法測電阻電壓表示數(shù)U?URX?URA，而I?IRX，引入的電流表內(nèi)阻分壓導致電壓表的示數(shù)比實際值大。為了解決這個問題，采用了如圖8所示的電壓補償法。此補償法是對電流表進行補償，目的是消除電流表內(nèi)阻引入的測量誤差。如圖8所示，引入輔助電源E2，這樣AB段電路之間就存在兩個方向相反、分別由E1，E2提供的電流。只要兩電源的電動勢滿足一定的要求，調(diào)節(jié)滑線變阻器R2，即可使經(jīng)過AB段電路的合電流為零，此時，A、B兩點電勢相等，電壓表○V當于直接并聯(lián)在待測電阻的兩端，其測量值就是待測電阻兩端的真實電壓值。為了測量方便，在AC電路接入靈敏電流計。

虛線框內(nèi)構(gòu)成補償后的“電流表”。當原電流表○A上的電位差為輔助電源E2和滑線變阻器尺R2上的電勢差所補償，這時電路處于平衡狀態(tài)，靈敏電流計指示為零，即A、B兩點間的電勢差為零，相當于電流表無內(nèi)阻。這樣就解決了電流表內(nèi)阻分壓的問題，提高了測量的精確度。

圖8 內(nèi)接法的電壓補償法電路圖

Fig.8 The voltage compensation law circuit diagram of the internal law 在實際測量電阻的過程中，為了保護靈敏電流計，應與靈敏電流計串聯(lián)一個滑線變阻器R3。測量時，R3開始阻值要大一些，當AC段電流逐漸減小到零時，R3再逐漸減小直到零，這樣可以提高測量電路的靈敏度。電路達到平衡的標志是靈敏電流計接通或斷開時，指針不顯示任何微小的顫動。測量方法是：如圖8連接電路，S斷開，R1，R2，R3都放在安全端，調(diào)E1，E2為適當值。將開關S閉合，調(diào)滑線變阻器R2，使檢流計讀數(shù)為零，記下此時的U和I。為了減小測量的不確定度，要測多組數(shù)據(jù)[6]。2.3 外接法的電壓補償法

由圖4可知，外接法測電阻電壓表示數(shù)U?URX，而I?IRX?IRA，引入的電壓表內(nèi)阻分流導致電流表的示數(shù)比實際值大。為了解決這個問題，采用了如圖9所示的電壓補償法。

圖9 外接法的電壓補償法

Fig.9 External voltage compensation method circuit diagram of the method 此補償法是對電壓表進行補償，目的是消除電壓表內(nèi)阻引入的測量誤差。如圖9所示，右側(cè)由輔助電源E2與滑線變阻器R2組成一個分壓電路，所分得的電壓由電壓表○V測出。左側(cè)由E1、待測電阻Rx電流表○A組成一個閉合回路。當Rx兩端電壓與分壓器分得的電壓相等時，A，B兩點的電勢相等，電壓表示數(shù)等于 5 Rx兩端的電壓，卻不從左側(cè)閉合回路中分得電流。在AB段電路接人靈敏電流計，用來檢驗電路平衡。虛線框內(nèi)是補償后的“電壓表”。當檢流計指零時，電壓表達到補償，虛線框內(nèi)的電路相當于一個內(nèi)阻無限大的電壓表。

此電路的測量要點與內(nèi)接法的電壓補償法測量要點相同，具體測量方法為：如圖4連接電路，S1，S2都斷開，R1，R2，R3都放在安全端，調(diào)E1，E2為適當值。閉合開關S1，S2，調(diào)節(jié)滑線變阻器R2，R3使檢流計示數(shù)為零。記錄此時的U和I，要測多組數(shù)據(jù)。

補償法是測量實驗中的一種重要方法，針對內(nèi)接法和外接法存在的缺陷，設計不同的電壓補償法電路來測量電阻，實驗測得的電流和電壓都是真實值，減小了系統(tǒng)誤差[6]。3實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)處理

由于測量的電阻阻值不同。且不同的實驗方法對電阻的影響也不同，所以測得的數(shù)據(jù)通過技術相對誤差來比較哪一種方法更為準確。

相對誤差：.實驗測得的數(shù)值與真實數(shù)值之間的差數(shù)稱為“絕對誤差”，而“絕對誤 差”與“真實數(shù)據(jù)”的比值稱為“相對誤差”。由于真實的數(shù)值往往不 知道，因而只能用多次測定結(jié)果的平均值代替“真值”，這樣計算的結(jié)果稱為“偏差”。偏差也分“絕對偏差”和“相對偏差”。絕對偏差是一次測量值與平均值的差異，相對偏差是指一次測量的絕對偏差占平均值的百分率[7][8][9]。3.1 內(nèi)接法與內(nèi)接法的電壓補償法的實驗結(jié)果比較

表1 內(nèi)接法與內(nèi)接法電壓補償法測量未知電阻Rx1的結(jié)果比較

Table 1 The results of comparison of internal law and internal law voltage compensation method unknown resistance is measured Rx1 序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 U/V 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000 1.100 1.200 1.300 1.400 1.500 1.600 1.700 1.800

內(nèi)接法 I/mA 0.32 0.39 0.45 0.52 0.60 0.67 0.72 0.80 0.88 0.94 1.02 1.08 1.15 1.20

Rx1內(nèi)接法/Ω 1562.5 1538.5 1555.6 1538.5 1500.0 1492.5 1527.8 1500.0 1477.3 1489.4 1470.6 1481.5 1478.3 1500.0

內(nèi)接法的電壓補償法 U/V I/mA Rx1補償法/Ω 0.500 0.35 1428.6 0.600 0.42 1428.6 0.700 0.49 1428.6 0.800 0.56 1428.6 0.900 0.62 1451.6 1.000 0.70 1428.6 1.100 0.76 1447.4 1.200 0.83 1445.8 1.300 0.90 1444.4 1.400 0.98 1428.6 1.500 1.04 1442.3 1.600 1.10 1454.5 1.700 1.18 1440.6 1.800 1.24 1451.6 6 15 2.000 1.34 1492.5 2.000 16 2.200 1.46 1506.8 2.200 17 2.400 1.60 1500.0 2.400 18 2.600 1.74 1494.2 2.600 19 2.800 1.88 1489.4 2.800 20 2.900 1.94 1494.8 2.900 3.1.1 內(nèi)接法與內(nèi)接法的電壓補償法的相對誤差的計算

由表1，得 RX1內(nèi)接法=1504.5Ω；RX1補償法=1443.1Ω。所以相對誤差的計算公式：

1.39 1.52 1.64 1.79 1.94 2.02 1438.8 1447.4 1463.4 1452.5 1443.7 1435.6 ?內(nèi)接法?Rx1n內(nèi)接法?Rx1內(nèi)接法RX1內(nèi)接法?100%；?補償法?Rx1n補償法?Rx1補償法RX1補償法?100%。

表2 內(nèi)接法與內(nèi)接法的電壓補償法的相對誤差的計算

Table 2 The calculation of the relative error of the internal law and internal law voltage

compensation law

內(nèi)接法

序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Rx1內(nèi)接法/Ω 1562.5 1538.5 1555.6 1538.5 1500.0 1492.5 1527.8 1500.0 1477.3 1489.4 1470.6 1481.5 1478.3 1500.0 1492.5 1506.8 1500.0 1494.2 1489.4 1494.8

內(nèi)接法的電壓補償法

?內(nèi)接法

3.86% 2.26% 3.39% 2.26% 0.29% 0.79% 1.55% 0.30% 1.81% 1.01% 2.25% 1.53% 1.74% 0.30% 0.80% 0.16% 0.30% 0.68% 1.01% 0.64%

Rx1補償法/Ω 1428.6 1428.6 1428.6 1428.6 1451.6 1428.6 1447.4 1445.8 1444.4 1428.6 1442.3 1454.5 1440.6 1451.6 1438.8 1447.4 1463.4 1452.5 1443.7 1435.6

?補償法

1.01% 1.01% 1.01% 1.01% 0.59% 1.01% 0.30% 0.19% 0.09% 1.01% 0.06% 0.79% 0.17% 0.59% 0.30% 0.30% 1.41% 0.65% 0.01% 0.52% 由表2，得 ?內(nèi)接法?1.35%，得 ?補償法?0.60%；經(jīng)對內(nèi)接法與內(nèi)接法的電壓補償法的相對誤差計算得?內(nèi)接法?1.35%>?補償法?0.60%。所以伏安法的內(nèi)接法 的電壓補償法比內(nèi)接法更為精確。

3.2 外接法與外接法的電壓補償法的實驗結(jié)果比較

表3 外接法與外接法的電壓補償法測量未知電阻Rx2的結(jié)果比較

Table 3 External method, external voltage compensation law Measurement of unknown

resistance Rx2 Comparison 序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 U/V 0.104 0.134 0.164 0.172 0.182 0.192 0.202 0.214 0.224 0.232 0.247 0.260 0.272 0.282 0.294 0.306 0.320 0.332 0.342 0.352 0.362 0.372 0.384 0.400 0.410 0.420 0.432 0.444 0.472 0.500

外接法 I/mA 2.00 2.50 3.00 3.20 3.40 3.60 3.80 4.00 4.20 4.40 4.60 4.80 5.00 5.20 5.40 5.60 5.80 6.00 6.20 6.40 6.60 6.80 7.00 7.20 7.40 7.60 7.80 8.00 8.50 9.00

Rx2/Ω 52.0 53.6 54.7 53.8 53.5 53.3 53.2 53.5 53.3 52.7 53.7 54.2 54.4 54.2 54.4 54.6 55.2 55.3 55.2 55.0 54.8 54.7 54.9 55.6 55.4 55.3 55.4 55.5 55.5 55.6

外接法的電壓補償法 U/V I/mA Rx2/Ω 0.135 2.00 67.5 0.170 2.50 68.0 0.202 3.00 67.3 0.220 3.20 68.8 0.234 3.40 68.8 0.248 3.60 68.9 0.258 3.80 67.8 0.272 4.00 68.0 0.286 4.20 68.1 0.301 4.40 68.4 0.316 4.60 68.7 0.330 4.80 68.8 0.342 5.00 68.4 0.355 5.20 68.3 0.370 5.40 68.5 0.384 5.60 68.6 0.400 5.80 68.9 0.413 6.00 68.8 0.427 6.20 68.9 0.440 6.40 68.8 0.453 6.60 68.6 0.468 6.80 68.8 0.482 7.00 68.9 0.500 7.20 69.4 0.512 7.40 69.2 0.528 7.60 69.4 0.542 7.80 69.5 0.556 8.00 69.5 0.592 8.50 69.6 0.624 9.00 69.3 3.2.1 外接法與外接法的電壓補償法相對誤差的計算

由表3，得RX2外接法=54.4Ω；RX2補償法=68.69Ω。所以相對誤差的計算公式：

?外接法?Rx2外接法?Rx2外接法RX2外接法?100%；?補償法?Rx2n補償法?Rx2補償法RX2補償法?100%

表4 外接法與外接法的電壓補償法相對誤差的計算

Table 4 External method, external voltage compensation law relative error of calculation

外接法

序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Rx2外接法/Ω 52.0 53.6 54.7 53.8 53.5 53.3 53.2 53.5 53.3 52.7 53.7 54.2 54.4 54.2 54.4 54.6 55.2 55.3 55.2 55.0 54.8 54.7 54.9 55.6 55.4 55.3 55.4 55.5 55.5 55.6

外接法的電壓補償法

?外接法

4.41% 1.47% 0.49% 1.20% 1.60% 1.96% 2.28% 1.65% 1.96% 3.08% 1.30% 0.43% 0 0.31% 0.08% 0.45% 1.42% 1.72% 1.40% 1.10% 0.82% 0.56% 0.84% 2.12% 1.85% 1.59% 1.81% 2.02% 2.08% 2.12%

Rx2補償法/Ω 67.5 68.0 67.3 68.8 68.8 68.9 67.8 68.0 68.1 68.4 68.7 68.8 68.4 68.3 68.5 68.6 68.9 68.8 68.9 68.8 68.6 68.8 68.9 69.4 69.2 69.4 69.5 69.5 69.6 69.3

?補償法

1.72% 0.99% 1.96% 0.10% 0.21% 0.30% 1.14% 0.99% 0.85% 0.39% 0.02% 0.10% 0.41% 0.60% 0.24% 0.16% 0.42% 0.22% 0.28% 0.10% 0.06% 0.21% 0.26% 1.11% 0.74% 1.16% 1.18% 1.19% 1.41% 0.95% 由表4，得?外接法?1.47%；?補償法?0.65%。經(jīng)對外接法與外接法的電壓補償法的相對誤差計算得?外接法?1.47%>?補償法?0.65%。所以伏安法的外接法的電壓補償法比外接法更為精確。4 結(jié)論

在中學物理中，伏安法測電阻是基礎實驗之一，實驗原理簡單，操作簡便。但精確度不是很高，利用電壓補償法來提高測量電阻的精確度，不過電壓補償法實驗原理相對復雜。伏安法測量電阻時，誤差主要是電流表和電壓表的內(nèi)阻帶來的系統(tǒng)誤差。另外其被測電阻所流過的電流是由電源電壓所決定的，在測量中，電壓表的最小量程為3V,一般情況電表讀數(shù)在量程的2 /3至滿量程的范圍內(nèi)，讀數(shù)誤差最小，但考慮在2V-3V時，流過電阻的電流過大，流過電阻的電流過大使電阻發(fā)熱，阻值會增加，所以實驗中電壓最大只取1V.而應用補償法測量電阻，被測電阻所流過的電流是可以控制的，被測電阻雖仍有微量電流流過，但0.5mA或更微小的電流流過被測電阻所造成的影響是完全可以忽略的.由此可見，利用補償法測電阻，既能夠避免伏安法測電阻時由于電表內(nèi)阻引入的誤差，又可以避免電橋法測電阻時由于比率臂電阻不精確引入的誤差，不失為一種精確測量電阻的方法。但是對于中學生來說，電壓補償法難度很高。所以中學適用伏安法測電阻的內(nèi)接法和外接法對電阻進行測量。參考文獻：

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method to improve accuracy Abstract: The Measured Resistance with Voltammetery in middle school physics is an important basis experiments.With the physical thoughts clear, the physics method simple, it is widely used in the classroom demonstration.However, the demonstration experiment in there is also the generation of systematic errors.For the generation of experimental error analysis, voltage compensation testing resistance inner connection and an external law be amended, the result can be reduced error.For classroom presentations in terms of this experiment be able to do certain scientific, and be able to get accurate results and analysis of the best experimental methods.Key words: testing resistance;the Voltage Compensation Act;systematic errors;relative error 11

第二篇：伏安法測電阻教學設計

第十三章第三節(jié)《“伏安法”測電阻》教學設計方案 課題名稱

“伏安法”測電阻

科目

物理

年級

九年級（4）班

教學時間

1課時（45分鐘）

學習者分析

九年級學生一般特征方面;

1、學生抽象邏輯思維能力提高，獨立判斷性明顯發(fā)展，有明顯成人感，自我管理能力提高。

2、入門能力方面：能在實驗探究活動中，能自己進行猜想假設，并能根據(jù)假設制定實驗計劃設計實驗，有較強的操作能力，能自主進行實驗與手記證據(jù)并通過交流合作總結(jié)得到結(jié)論。在理論學習中能有較強分析、推理能力，會運用圖書等媒體查找參考資料。3學習風格方面：喜歡動手操作，實驗探究是最好的對手方式，更喜歡小組討論的形式，對書面的試題，應該是會從容的面對，會理性的自主學習。

教學目標

一、情感態(tài)度與價值觀

1.通過實驗探究培養(yǎng)學生的分析歸納能力，競爭意識與合作精神。2.培養(yǎng)學生安全操作意識。

二、過程與方法

1、使學生進行科學探究，學會測量電阻及減少誤差的方法。

2、通過合作交流，讓學生學會分析實驗數(shù)據(jù)的方法

三、知識與技能

1.知道“伏安法”測電阻的原理。

2.學習擬定簡單的科學探究計劃和實驗方案，領會信息的收集和處理方法，初步形成對信息的有效性判斷的意識，培養(yǎng)初步的信息收集和處理能力。3.會用電壓表、電流表測電阻。

4.會記錄實驗數(shù)據(jù)，知道簡單的數(shù)據(jù)處理方法，會寫簡單的實驗報告。

教學重點、難點

重點：1.根據(jù)實驗課題的要求設計實驗電路圖，掌握正確的操作順序。2.伏安法測電阻的原理和測量方法。

難點：1如何根據(jù)實驗的需要選擇適當?shù)钠鞑摹?/p>

2根據(jù)實驗電路圖進行實物連接，并且排除教學過程中出現(xiàn)的種種故障。

教學資源

每小組同學準備2節(jié)帶電池盒的干電池、開關、帶燈座的小燈泡(2.5v)、定值電阻（20Ω）、滑動變阻器、導線若干。教師自制多媒體課件。

上課環(huán)境多媒體大屏幕環(huán)境。

《“伏安法”測電阻》教學過程描述

教學活動1

(一)復習舊知

1、歐姆定律的內(nèi)容是什么？

2、歐姆定律的公式是什么？它的變形公式又是什么？可以用這些變形公式求哪些物理量? 一段導體中的電流，跟這段導體兩端的電壓成正比，跟這段導體的電阻成反比。公式I=R/U 推出R=U/I U=IR

教學活動2

（二）導入新課

1、提出問題 教師：（展示小燈泡）如果要測量這個小燈泡的電阻，需要測量哪些物理量？用什么方法測？（板書：第三節(jié)“伏安法”測電阻）

教學活動3

（三）實驗探究

1、提出問題

電流可以用電流表測量，電壓可以用電壓表測量，歐姆定律又確定了電流、電壓、電阻的關系，能不能用電流表、電壓表測量一段導體的電阻呢？

2、制定計劃和設計實驗

若想設計這個實驗，那么它的實驗原理是什么？需要哪些器材？如何設計實驗電路圖？ 實驗原理：I=R/u的變形公式R=U/I 實驗器材：帶電池盒的電池兩節(jié)、電壓表、電流表、滑動變阻器、2.5V的小燈泡，開關各一個，導線若干。實驗電路圖：

3：進行實驗與收集證據(jù) 實驗步驟

（1）根據(jù)設計的電路圖連接電路（注意開關、滑動變阻器、電壓表、電流表的使用）,連接電路要按一定的順序進行，如可以從電池的開始，依次連接開關、其它電路元件直到電源負極。

（2）檢查無誤后，閉合開關S，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使燈絲暗紅、微弱發(fā)光、正常發(fā)光，各測一次電流值和相應的電壓值，分別讀出電壓表、電流表的讀數(shù)，填入表格。（3）計算出燈絲在上述幾種情況下的電阻值。實驗次數(shù)

電壓（U/V）

電流（I/A）

電阻(R/Ω)

燈泡亮度

燈絲暗紅

微弱發(fā)光

正常發(fā)光

（4）合作交流與得出結(jié)論 交流各小組的實驗數(shù)據(jù)，討論:a:燈絲的電阻在不同的工作狀態(tài)下是否相同？b:隨著燈絲發(fā)光亮度增加，燈絲溫度增加還是減少了？c:測出的電阻值是增加了還是減少了？這說明燈絲電阻跟燈絲溫度高低有什么關系？

歸納總結(jié)：小燈泡在不同的工作狀態(tài)下，電阻不同，小燈泡的電阻隨溫度的增加而真增大。

教學活動4

（四）小結(jié)

教學活動5

（五）作業(yè)：P88頁第1、2、3題

《伏安法測電阻》教學反思

通過本節(jié)課的學習，我覺著有許多感觸，即有新的課改精神，又有一些不足之處?，F(xiàn)在對這節(jié)課進行了反思如下：

1、成功之處

在教學過程中，我積極的創(chuàng)設一種和諧，輕松的探究學習氛圍，使學生在做中學，玩中學，帶著疑問去探究。并用語言去鼓勵學生，激發(fā)學生的學習興趣，敢于質(zhì)疑，敢于創(chuàng)新，同時也完成了學生在實驗過程中遇到故障而提出的問題，沒有回避問題的提出。

2、不足之處

在課堂教學安排上，在探究之前的方案設計上用時過長，自己怕學生不明白，老師包辦顯得多了一些，學生動手時間顯得少了一些，在整個教學環(huán)節(jié)上顯的“頭重腳輕”。在實驗制定與實施這一環(huán)節(jié)中，我應該設計兩種實驗方案，一種方案是測小燈泡的電阻，另一組是測定值電阻，這樣既完成了電阻的阻值不隨該電阻兩端電壓和通過它的電流的變化而變化，也完成了小燈泡的電阻隨溫度的變化而增大的兩組實驗探究，不要怕學生動手操作實驗得不到預想的結(jié)論，重要的是調(diào)動學生主動思考的積極性，3、教材設計地位和作用：

“伏安法測電阻”是學習并理解歐姆定律之后的一節(jié)探究課，是對歐姆定律知識的升華，也是對電壓表和電流表使用的更深一層次的練習。為以后的電學探打好堅實的操作基礎。

4、教材處理

本節(jié)內(nèi)容分教材開門見山的提出用“伏安法測小燈泡在不同亮度下的電阻”，我個人認為這樣的安排不利于中下等學生對知識的接受和應用，所以我在進行實驗探究之前用了一定的時間去讓學生理解“伏安法測電阻”，所以導課時間比較長針對本課的教學目標和學生容易出現(xiàn)的思維障礙，本課的教法主要采用引導探究法。精心構(gòu)筑體驗的平臺，把握“開”、“引”、“放”三個環(huán)節(jié)。“開”即開放情境、提供資源，提出課題、交給學生富有探索性的任務。“引”即在學生的探索活動遇到困難時，教師與學生共同參與實踐探索，而不是超前指路、給結(jié)論，更不能“代替”學生得出結(jié)論?！胺拧奔础胺砰_來讓學生學活”，允許學生提出不同見解，鼓勵“標新立異”。

本課采用體驗探究的學法，盡可能地創(chuàng)造條件，讓學生自主探索、分析、歸納，突出“做中學”，在體驗中去發(fā)現(xiàn)、去認識、去領悟。去分析，從而得到結(jié)論。最后，在本節(jié)課的設計和教授過程中存在著很多問題，希望大家的多多指教，多多批評。

第三篇：伏安法測電阻教學反思

《14.3 伏安法測電阻》教學反思

陵城鎮(zhèn)章棗中學

徐明磊

通過本節(jié)課的學習，我覺著有許多感觸，即有新的課改精神，又有一些不足之處?，F(xiàn)在對這節(jié)課進行了反思如下：

1、成功之處

在教學過程中，我積極的創(chuàng)設一種和諧，輕松的探究學習氛圍，使學生在做中學，玩中學，帶著疑問去探究。并用語言去鼓勵學生，激發(fā)學生的學習興趣，敢于質(zhì)疑，敢于創(chuàng)新。

2、不足之處

在課堂教學安排上，在探究之前的方案設計上用時過長，使的反饋練習用時有些少，在整個教學環(huán)節(jié)上顯的“頭重腳輕”。在猜想與假設的環(huán)節(jié)中，有很多學生提出的都是錯誤的猜想，當時我真的有點暈，其實猜想的對錯不是重要的，重要的是調(diào)動學生主動思考的積極性，即使是錯誤的猜想，我們也可以通過實驗探究來排除。從而得到正確的結(jié)論，而我卻直到有正確的猜想提出才停止提問。使得反饋練習的時間不夠用。

3、學生創(chuàng)新

在探究的過程中，有一組學生的電流表壞了，我靈機一動，便給了他們一個新的探究課題，只用電壓表測小燈泡的電阻，結(jié)果他們真的成功了，雖然誤差大了些，但培養(yǎng)的他們的創(chuàng)新能力，因此我也把我的反饋練習改動了一下。讓學生們設計只用電流表或電壓表測電阻，這樣把本節(jié)可的教學內(nèi)容給加深了。倉促 教材設計 地位和作用：

“伏安法測電阻”是學習并理解歐姆定律之后的一節(jié)探究課，是對歐姆定律知識的升華，也是對電壓表和電流表使用的更深一層次的練習。為以后的電學探究左打好堅實的操作基礎。

教材處理

本節(jié)內(nèi)容分教材開門見山的提出用“伏安法測小燈泡在不同亮度下的電阻”，我個人認為這樣的安排不利于中下等學生對知識的接受和應用，所以我在進行實驗探究之前用了一定的時間去讓學生理解“伏安法測電阻”，所以導課時間比較長針對本課的教學目標和學生容易出現(xiàn)的思維障礙，本課的教法主要采用引導探究法。精心構(gòu)筑體驗的平臺，把握“開”、“引”、“放”三個環(huán)節(jié)?！伴_”即開放情境、提供資源，提出課題、交給學生富有探索性的任務。“引”即在學生的探索活動遇到困難時，教師與學生共同參與實踐探索，而不是超前指路、給結(jié)論，更不能“代替”學生得出結(jié)論?！胺拧奔础胺砰_來讓學生學活”，允許學生提

出不同見解，鼓勵“標新立異”。

本課采用體驗探究的學法，盡可能地創(chuàng)造條件，讓學生自主探索、分析、歸納，突出“做中學”，在體驗中去發(fā)現(xiàn)、去認識、去領悟。去分析，從而得到結(jié)論。最后，由于本人年輕，工作經(jīng)驗不足，在本節(jié)課的設計和教授過程中存在著很多問題，希望大家的多多指教，多多批評。

第四篇：伏安法測電阻教學心得

伏安法測電阻教學心得

金華十八中學

陳麗萍

摘要高中物理教材閉合電路歐姆定律的應用中安排了用伏安法測量未知電阻的阻值的實驗。這個實驗涉及的知識面廣,實驗技能要求高,學生在實驗中常常會在遇到這樣或那樣的問題,本文就教學中筆者遇到的問題談一下自己的教學心得。

關鍵詞伏安法測電阻 實驗

高中物理教材閉合電路歐姆定律的應用中安排了這樣一個學生實驗:伏安法測量未知電阻的阻值。這個實驗涉及的知識面廣,實驗技能要求高,學生在實驗中常常會在遇到這樣或那樣的問題,如果我們不能在事先有所準備,就會在課堂上無所適從。在這個實驗教學中筆者就遇到這樣一些問題。

首先是實驗方法。我們測量電阻沒有用萬用電表直接測量,而是用電流表與電壓表分別測出電阻兩端的電壓與電流,然后用歐姆定律算出該導體的電阻值的方法。其實這種方法我們以前也用過,如測量物質(zhì)的密度,我們只要測出該物質(zhì)的質(zhì)量和體積,用密度習班公式就能算出物質(zhì)的密度;測量固體對水平地面的壓強,只要測出固體的重力和固體與地面之間的受力面積就可以了。不少學生到實驗室不知道測量什么,為什么要這么做,這些都是由于不少學生沒有把握好實驗方法的結(jié)果。

其次是實驗器材的選擇。在實驗桌上放著一些器材,有的用得到,有的用不到,在不加說明的情況下,學生們拿起來就用,什么器材都要接上去,也不考慮實驗操作的規(guī)程,這樣會損壞實驗器材。鑒于此,我們在實驗前必須告知學生要有選擇地使用實驗器材,電源電壓應選多大的,太大了易損壞器材,而太小了實驗的效果不明顯,實驗中要不要滑動變阻器,滑動變阻器要選什么規(guī)格的,同樣存在選擇不當不能起到應有的作用。

第三是在接線中的問題。讓學生接線時大多數(shù)情況下學生能夠正確接線。在未加說明時,學生有兩種接線的方法:一是電壓表接在電阻R的左右兩端,就是我們書上所畫的電路圖那樣接線的;另一種是電壓表接在R與電流表的兩端。這兩種接線方法去測量同一電阻它的電阻值卻不同。學生是不可能知道問題究竟出在哪的。而我們知道,這兩種方法都不能準確地測量出未知電阻的阻值。我們這里能用這樣的方法來測量電阻值,完全是由于我們是把電流表的電阻看成是零歐,即電流表沒有電阻,電壓表的電阻看成是無限大。而事實上電壓表的電阻也不是無窮大,有的只有幾千歐到幾十千歐,電流表的電阻也不為零,小的也有零點幾歐。學生測量出的同一定值電阻的阻值,用以上的兩種不同方法測量出的結(jié)果不一樣也是正常的。這是由實驗方法所決定的,物理上把它叫做系統(tǒng)誤差。

前一種方法叫外接法。就是電流表接在外邊,測出的電阻值比電阻的真實值要小。此時電壓表與R兩端的電壓相等,但電壓表的電阻不為無窮大,它就具有分流作用,使得電流表的示數(shù)大于流過電阻R的電流,用兩者的和代替其中的一個故電流偏大,由歐姆定律R=U/I算出的電阻值就會偏小。如果電壓表的電阻值比所測量的電阻阻值大得多,這時電壓表的分流很小時,用這種方法誤差就比較小。

后一種方法叫做內(nèi)接法。就是電流表接在電壓表的里邊,用這種方法測得值要大于該電阻的真實值。此時電流表的示數(shù)與通過R中的電流相等,但由于電流表的內(nèi)阻并不為零,因而電流表就具有分壓作用,使電壓表的示數(shù)大于R兩端的電壓,用兩者的和代替其中的一個故電壓偏大,由歐姆定律R=U/I算出的電阻也就大于該電阻的真實值。但如果電流表的阻值遠遠小于所測量的電阻值,這時電流表的分壓很小時,用這種方法誤差就比較小。

學生在實驗中遇到這樣的情況是很正常的,我們要正確地引導。當然在這個實驗中我們事先不知道待測電阻的大小,也不知道電流表與電壓表的電阻的大小。為了快速、準確地確定用哪一種方法比較好,我們可以按以下的步驟進行操作:將待測電阻與電流表串聯(lián),電壓表的左端固定在電阻R的左端,將電壓表的另一端先后接觸電阻的右端和電流表的右端,比較兩次接觸中電表的示數(shù)的變化情況:如果電壓表的示數(shù)變化顯著,說明電流表的電阻比較大,此時電流表的分壓作用明顯,應當使用外接法,使測出的電壓值為電阻兩端的電壓值,這時誤差較小;如果電流表的示數(shù)變化明顯,說明電壓表的電阻不夠大,此時電壓表的分流作用明顯,應當使用內(nèi)接法,使測得的電流值為通過電阻的電流值,這時誤差較小。

第四是對教材中安排的兩個實驗理解不夠。同樣是測量電阻值,為什么一個測量三次的目的可以取平均減小實驗的誤差,而另一個導體的電阻值卻是可變的?

教材中安排了這樣的兩個實驗的目的是在加深學生對歐姆定律的理解的同時,使學生對所測出的數(shù)據(jù)進行不同的思考,從而從不同方面加深對電阻概念的理解,對于學生的學習方法和能力的培養(yǎng)有不同的作用。

這兩個實驗有許多相同之處,但也有許多不同之處。實驗的原理都是R=U/I;實驗所用到的器材是基本相同(定值電阻與小燈泡不同);實驗電路基本相同,在連接電路時的需要注意的事項相同,必須注意的是:連接電路時開關要斷開;在閉合開關前將滑動變阻器的阻值調(diào)到最大。而且滑動變阻器的作用也是相同的,都是改變燈泡或定值電阻兩端的電壓和保護電路,同時在它們兩端的電壓改變時,導體中的電流也跟著改變。實驗中的故障原因相同。如電路中電壓表有示數(shù)而電流表的示數(shù)幾乎為零,都是由于電阻或燈泡出現(xiàn)了開路。

在這兩個實驗中也存在著許多不同之處,主要表現(xiàn)在以下幾個方面:實驗中操作不同。在測量小燈泡電阻的實驗中,測量時要求接通電源后通過調(diào)節(jié)滑動變阻器把電壓調(diào)到燈泡的額定電壓,測量從該電壓開始逐次降低,獲得幾組數(shù)據(jù)。這樣做的目的是為了避免小燈泡兩端的電壓過高,燒壞小燈泡,而在測量定值電阻的阻值的實驗中則沒有這個要求;記錄實驗數(shù)據(jù)的表格不同。小燈泡燈絲的電阻隨著它兩端的電壓的變化而變化,不是一個固定的值,所以在設計表格時,沒有必要設計求平均值這一欄,而是加上燈泡的亮度一欄。由于定值電阻是采用對電流阻礙作用受溫度影響小的材料制作的,因此,當定值電阻兩端的電壓發(fā)生變化時,定值電阻的阻值變化很小,可以忽略不計。為了減小實驗誤差,在實驗中采用了多次測量取平均值作為待測電阻的阻值,來減小實驗誤差;I—U圖像不同。對數(shù)據(jù)的分析和處理,可以采用物理中常用的圖像法進行分析,定值電阻的I—U圖像是一個正比例函數(shù),是一條經(jīng)過原點的直線,學生據(jù)此可以得出定值電阻的阻值是不變的。而小燈泡的電阻則隨電壓的變化而變化,因此它的I—U圖像就不是一條直線。

在實驗教學中不管遇到什么問題,我們不能牽強附會,搪塞了事,而應實事求是,正確面對,理性分析,科學的東西來不得半點虛假,這樣做有助于培養(yǎng)學生對待科學的實事求是的態(tài)度。

第五篇：伏安法測電阻電功率教學設計

伏安法測電阻電功率

一、教學目標： 知識與技能：

1、說明伏安法測量電阻的實驗原理

2、繪制伏安法測量電阻的電路圖

3、應用電壓表和電流表測量導體的電阻

4、說明伏安法測量小燈泡電功率的實驗原理

5、繪制伏安法測量小燈泡電功率的電路圖

6、測定小燈泡的額定功率和實際功率

7、收集和整理實驗數(shù)據(jù)得出實驗結(jié)論 過程與方法：

1、培養(yǎng)學生的分析處理數(shù)據(jù)，得出結(jié)論的能力

2、培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題的能力 情感態(tài)度與價值觀：

培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度及熱愛、探索科學的精神。

二、重點和難點：

1、應用電壓表和電流表測量導體的電阻

2、測定小燈泡的額定功率和實際功率

3、收集和整理實驗數(shù)據(jù)得出實驗結(jié)論

三、教學方法：對比法，討論法

四、教學資源：

課件、電流表、電壓表、滑動變阻器

五、教學過程：

1、一分鐘訓練：

出示電流表、電壓表、滑動變阻器，提問在電路中的使用方法。

2、引入：

從中考中電學的重要地位引入伏安法測電阻和電功率的電學復習。

3、復習課展開：

（1）、考點展示，并要學生根據(jù)考點自我復習相應的知識點

（2）、學生匯報關于“伏安法測電阻和電功率”的實驗原理及展示電路圖，進行對比，教師提出疑難的問題（在這一環(huán)節(jié)中，穿插關于伏安法測電阻的實驗原理是推導式和伏安法測電功率的實驗原理是定義式，為下面測導體的電阻取平均值和測小燈泡的電功率不能用平均值表示埋下伏筆。）

（3）、學生個別回答關于“伏安法測電阻和電功率”的實物圖的錯誤連接的典型題訓練（在這一環(huán)節(jié)中，穿插實物連接的注意事項及各裝置的正確使用，并配以滑動變阻器的演示實驗獲得其作用的對應的感性認識。）

（4）、學生個別解答關于“實驗多次測量的目的及為何不能求小燈泡的平均電功率”的思考題，進行對比

（5）、學生觀看課件關于 “測量小燈泡電阻和電功率”的實驗數(shù)據(jù)，得出結(jié)論并回答疑難的問題，（在這一環(huán)節(jié)中，強調(diào)現(xiàn)象與結(jié)論的區(qū)別，以此突破誤區(qū)。）

（6）、學生回答并總結(jié)“測量小燈泡電阻和電功率”的異同點，進行對比（在這一環(huán)節(jié)中，滲透對比、比較的的學法指導。）

（7）、關于“測量小燈泡電阻”的中考典型題訓練。

（8）、關于“測量小燈泡電功率”的中考典型題訓練。

4、總結(jié)本節(jié)課

5、布置作業(yè)。