测量

　　第五节   测量小灯泡的电阻●教学目标一、知识目标1.能够应用欧姆定律学习一种测量电阻的方法.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.二、能力目标1.通过教师与学生的双边活动，进一步培养学生的观察能力，以及对信息的综合分析能力.2.通过学生根据实验课题选择仪器、设计实验、制订实验操作方案等，培养学生的实验能力.三、德育目标1.通过学生自己的设计、操作、结论的分析，培养学生实事求是的科学态度和周密、严谨的科学思维方法，养成良好的学习习惯.2.在共同完成的操作及实验过程中，培养同学之间相互协作的团队精神.●教学重点利用电流表、电压表测小灯泡的电阻.●教学难点自行设计科学的、完整的实验操作方案.●教学方法实验法、探究法、讨论法.●教具准备(学生可2人或4人一组)干电池组（带盒）或学生电源、电压表、电流表、小灯泡（带座）、开关、滑动变阻器、导线若干、投影仪.●课时安排1 课时●教学过程一、复习引入新课［师］同学们上节课学习了欧姆定律，并已能用欧姆定律的公式做一些简单的计算，现在请同学们看这样的题目.投影题目：用电压表测出一段导体两端的电压是7.2 v，用电流表测出通过这段导体的电流为0.4 a，这段导体的电阻是多少？同学们练习，两个同学板演.解：根据欧姆定律i= 得r= = =18 ω（此题目是上节课欧姆定律公式的巩固应用，并且有同类型的例题.教师对学生的演算可以不做过多的讲评，直接关注其变形公式）［师］欧姆定律i= 可变形为r= ，可不可以说导体的电阻r与导体两端电压成正比，而与通过导体的电流成反比？也就是说，加在导体两端的电压越高，导体的电阻r就会越大；通过导体的电流越大，导体的电阻就会越小？（学生通过对“电阻”一节的学习及课后探究已有所理解）［生］电阻是物质本身的性质，是由导体本身的因素决定的，和导体两端是否有电压，电压多高，以及导体中是否有电流，电流的大小都没有关系.［师］肯定同学的回答.强调：对于变形公式r= ，不能单纯从数学的角度理解，不存在r与u成正比，r与i成反比的关系，但是r= 可以作为电阻的计算式，由一段导体两端的电压和通过导体的电流来计算这段导体的电阻.二、进行新课［师］同学们面前的小灯泡是我们在实验室中做实验时常用到的，你们还知道在哪儿还用它呢？［生］手电筒用的就是这种，还有有的玩具上也用这种灯泡.［师］如果我们想知道这种灯泡的电阻是多大，怎么办？［生］可以利用欧姆定律的变形公式r= 算出来.［想想议议］［师］要利用变形公式r= 求电阻，需要知道u、i值，怎么能知道灯泡两端的电压和电流呢？［生］用电压表测电压值，用电流表测出电流的值.［师］很好，请大家画出测量小灯泡的电压和电流的电路图，然后互相交流.看自己的想法有没有和别的同学不一样.请一位同学将自己设计的电路图画在黑板上.教师巡视，这时可能会发现，不论同学们灯泡、电表摆放的位置如何，大致会出现两种情况，一种只画出电流表、电压表、灯泡，另一种较完整，接进了滑动变阻器.

　　［投影这两种电路，学生观察比较］［生］只要能测出电灯两端的电压和通过电灯中的电流就可以由r= 算出电阻的值.用电流表、电压表就行，不用变阻器也可以.［师］另一部分同学，你们为什么要将电路接入变阻器呢？［生］变阻器能改变电路中的电流.［师］像前一部分同学讲的，用电流表和电压表测出小灯泡中的电流和灯两端的电压就可以计算灯泡电阻.为什么还要改变电路中的电流，改变电路中的电流有什么用呢？引导学生分析：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.［生］小灯泡的电阻值是不变的，测出一次计算就可以了.为什么非要测几组不同的值，这样做有什么意义呢？（引导学生分析）［师］几个要好的同学共同去做一件事情或者做一个决定的时候，是不是要征求大家的意见？如果一个同学偏左，另一个同学偏右，最后大家折中一下取一个大家都满意的结论.在实验中测量几组数值的意义也在于此.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.“多次测量求平均值”，这是我们在物理实验中经常要用到的方法.因此电路中连入变阻器是十分必要的.［师］大家说，变阻器的作用是什么？［生］改变电路中的电流，从而改变灯泡两端的电压（以进行多次测量）.［师］现在同学们可以根据自己的设想，选择实验器材，看老师给你准备的器材够不够，然后自己连接电路，设计好实验步骤及实验数据表格.（学生边做边讨论.教师巡回指导.）［师］将仪器接入电路前（或选择器材时，应了解器材的什么情况内容）？［生］要了解器材的规格，如电源的电压、电压表电流表的量程、最小刻度值、滑动变阻器的最大阻值和允许通过的最大电流等.［师］很好，希望大家将这些内容也体现在你的实验报告中.其他同学还有什么补充内容吗？［生］还要注意观察电流表、电压表的指针是否指在“0”刻线处，如果不在，还要注意先调零.［生］还要看一下小灯泡的额定电压值是多少.［生］还要注意看清电流表、电压表的正负接线柱，连接时不能接反了.…［师］老师还要提醒同学们注意一个问题：就是导线和开关，在连接电路的过程中开关要始终处于断开状态.使用的导线如果导线芯是多股细铜线，连接时要先将线头扭在一起，捋光了再接（教师要做示范，并提醒同学注意安全，不要扎了手）.组内的同学可以分工协作，有人连接电路，有人设计实验步骤，有人起草实验记录表格.（学生活动，教师巡视）指导同学们完成各自独立的任务后，组内同学可以互相交流、检查，集中大家的智慧，改进实验电路连接，完善实验步骤.［师］合上开关前，滑动变阻器滑片应该在什么位置上？［生］滑片应该在滑动变阻器阻值最大的位置上.［师］为什么呢？这样做有什么意义或者是有什么必要吗？［生］（学生经过思考后回答）变阻器滑片先在阻值最大的位置上，当闭合开关时电路中的电流最小.（教师引导，学生分析.）［生］变阻器的电阻是可以改变的，如果滑片先处在最大的位置，那么它改变电阻时只能从大往小变.［生］电路中的电流就会先从最小慢慢随着滑动变阻器的阻值变小而逐渐变大.［生］这样就能避免因电路中电流过大而损坏电路.［师］从这个意义上讲，滑动变阻器在电路中有什么作用呢？［生］可以限制电路中的电流，起到保护电路的作用.［师］同学们能根据学过的知识分析问题非常好，那么现在请大家来关注小灯泡.小灯泡上标明的额定电压值是多少？从灯泡的额定电压值你能想到什么问题？［生］（学生读出小灯泡的额定电压值）额定电压是指小灯泡正常工作的电压，如在灯泡两端的电压应该不超过灯泡的额定电压，这样才不会损坏小灯泡.［师］电压表测量的是小灯泡两端电压.小灯泡两端电压的最大值已能根据灯泡的额定电压确定，电压表在量程选择上同学们有没有什么考虑？［生］（学生讨论后回答）电压表能测量的最大值稍微大于小灯泡的额定电压就可以了.［师］（肯定同学们的回答）根据灯泡的额定电压值，同学们对电源电压的选择有没有什么考虑呢？［生］（学生讨论后回答）电源的电压值应该大于小灯泡的额定电压值.不然的话，灯泡上的电压就可能达不到额定电压.［师］同学们还有什么问题吗？如果没有什么问题，就请同学们按照我们刚才的讨论，调整你的电源电压及电压表的量程，将滑动变阻器的滑片放在变阻器阻值最大的位置上.注意变阻器阻值最大的位置不是唯一确定的，要根据你连接的接线柱的情况来定.大家再仔细检查，调整，确保位置正确.请大家合上开关，并迅速打开，在合上开关的瞬间，一人观察电流表，一人观察电压表，看有什么情况？［生］我们组电压表指针偏反了，指到了“0”的外侧（左端）.［生］我们组电流表指针偏得过了，出了刻度线以外.…［师］大家一起来帮助他们分析原因.为什么会出现这些现象?［生］指针反偏是因为电表的正、负接线柱接反了.［生］电流表偏转过激是因为电流表的量程太小了，要改接大量程.［师］如果改接大量程还偏转过激怎么办？［生］学生议论然后作答.先检查一下他们电路中的滑动变阻器滑片在不在最大位置，如果滑片在最大位置上，那就换一块量程更大的电流表.［师］如果没有量程更大的电流表，只能想其他的办法，怎么做？（同学们热烈讨论.教师提醒同学们用学过的欧姆定律来想办法）［生］是不是可以适当减小电源的电压.因为电阻一定的情况下，电压变小，电流也会变小.这样就可以不用换更大量程的电流表了.［生］也可以用增大电阻的方法.因为电压一定的情况下，电阻增大，电流也会减小.教师热情鼓励同学们的精彩表现.［师］选择有代表性的两个小组介绍他们设计的操作步骤.第一组：合上开关，移动滑动变阻器的触头，使滑动变阻器阻值逐渐减小，电路中电流逐渐增大，小灯泡两端电压逐渐增大.测量两组数，最后将滑片移到小灯泡两端电压等于其额定电压时的位置，读出电流表示数.第二组：合上开关，移动滑动变阻器滑片到小灯泡两端电压等于其额定电压值的位置，读出电流表的示数.然后再调节滑动变阻器滑片，使小灯泡两端电压逐渐降低，测出灯泡两端的电压和对应的电流值，并记录数据.［师］同学们分析一下，两种步骤哪种更合适一些？教师引导学生分析，灯泡两端的额定电压是保证小灯泡正常发光的电压值.当高于额定电压值时，根据欧姆定律，流过小灯泡的电流就会比正常发光时的电流值大，这时对小灯泡的使用寿命有很大的影响，严重时会烧坏小灯泡.因此从设备安全的角度考虑，测量时要使电压逐次降低，而不是升高.［师］要调节滑动变阻器滑片到小灯泡额定电压值的位置，滑动变阻的电阻是增大还是减小？［生］电灯两端电压是额定值时，是电灯电压的最大值.这时滑动变阻器的阻值应从大变小，这样才能使电路中电流增大，从而使电灯两端电压增大到其额定值.［师］使小灯泡两端电压从额定值减小时，滑动变阻器的阻值应变大还是变小呢？［生］小灯泡两端电压变小，根据欧姆定律应使电路中电流变小，所以滑动变阻器的阻值应该变大.［师］所以，同学们在改变滑动变阻器的阻值大小时，一定要首先弄清楚滑动变阻器阻值变大时，滑片向哪个方向移动，变阻器阻值变小时，滑片应向哪个方向移动，才不至于在操作过程中出现错误.另外电流表、电压表读数时，要看清接的是哪两个接线柱、多大的量程、该量程下的最小刻度值是多大.同学们按步骤操作，如实填写实验数据，并对记录的数据进行分析计算.求出小灯泡的电阻，并相互交流.［师］通过大家的测量、计算，你有什么发现吗？［生］小灯泡两端的电压值不同时，电路中的电流也不同，但由 计算出的电阻值基本不变，最后一次测出的数据，计算结果稍微大一点.［师］这样的结果说明了什么问题?［生］电阻是导体本身的性质，和导体中电流及导体两端的电压无关.［师］补充一点，测量时间过长，灯亮得太久，灯泡的电阻会略有增大.同学们整理仪器，养成良好的习惯.三、小结师生共同小结本节内容并板书.题目：测量小灯泡的电阻.实验原理：根据欧姆定律i= ，推出r= ，计算灯泡电阻r.实验电路：

　　实验器材：小灯泡：额定电压______ v.滑动变阻器：最大阻值______，允许通过的最大电流______；电源：______ v；开关、导线若干.实验步骤：1.按电路图连接实物电路.连接电路时，开关应断开.大致估计电流表、电压表测量的最大电流值和最大电压值，选择合适的量程接入，如不能估计，则要选择量程较大的接线柱接入.2.检查电路无误后，将滑动变阻器滑片调至滑动变阻器阻值最大的位置.3.合上开关，并迅速打开开关（——试触），在开关合上的瞬间观察电流表、电压表指针的变化，判断电表连接是否正确（有无接反），电流表、电压表量程连接是否合适（量程大，还是小）.4.根据试触的情况，调整电流表、电压表接入电路的量程，确保电压表、电流表连接正确.5.合上开关，移动滑动变阻器的滑片.改变被测小灯泡两端的电压，测出通过小灯泡的电流和小灯泡两端的电压，分别记下三组对应的电流和电压的数值，将测量的电流和对应的电压值，填入数据表格对应的空格内.注意：在移动滑动变阻器的滑片测量时，应先将滑片移在小灯泡额定电压值的位置上，先测出额定电压对应的电流值，再使小灯泡两端的电压逐次降低，测出对应的电压和电流值（弄清楚如何移动滑动变阻器滑片可以使其电阻值增大或减小）.在读取电流表、电压表数值时，要先弄清楚电流表、电压表接入电路的量程以及该量程下每一大格、每一小格代表的数值.读数时，眼睛正对刻线，确保读数正确.6.根据欧姆定律i= 的变形公式r= 算出小灯泡的电阻并求出其平均值.作为所测小灯泡的阻值.数据表格及记录：

　　实验次数

　　电压u（v）

　　电流i（a）

　　电阻r（ω）

　　1

　　2

　　3小灯泡电阻的平均值： =分析与论证：评估与交流：四、动手动脑学物理1.错误1：变阻器的接线柱接错，短路接入电路，变阻器失去改变电阻的作用.应该用变阻器“一上、一下”两个接线柱.错误2：电压表“+”“-”接线柱接反，合上开关时，电压表指针可能“反打”.（纠正图略）2.第一次测量：42.86 ω第二次测量：42.31 ω第三次测量：45.45 ω电阻的平均值：43.54 ω3.略4.甲、乙两个电路测出的灯泡电阻略有不同.甲、乙电路如图：