高中物理 第二章 恒定电流伏安法测电阻导学案 新人教A选修31.docx
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高中物理第二章恒定电流伏安法测电阻导学案新人教A选修31
2019-2020年高中物理第二章恒定电流伏安法测电阻导学案新人教A选修3-1
【教学目标】
1.知识与技能：
应用欧姆定律，学习一种测量电阻的方法；会同时使用电压表与电流表，了解钨丝的电阻特性。
2.过程与方法：
通过测量小灯泡的电阻，了解欧姆定律的应用。
3.情感、态度与价值观：
实验电路的设计、连接以及测量过程中的兴趣培养，爱护实验器材。
【教学准备】
器材：
小灯泡（2.5V）、电流表、电压表、开关、电池阻（3V）、定值电阻（10Ω）、滑动变阻器、导线、实验报告单。
【教学过程】
一、复习引入
师：
欧姆定律的内容是什么？
生：
一段导体中的电流，跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比。
师：
它的公式是什么？
生：
。
引导学生由欧姆定律推出。
（板书：
→）
二、新课教学
（一）提出问题
师：
（展示小灯泡）如果要测量这个小灯泡灯丝的电阻，需要测量哪些物理量？
分别用什么测？
（板书：
“测量小灯泡的电阻”）
生：
灯泡两端的电压和通过灯泡的电流，分别用电压表和电流表测。
师：
根据什么公式算出灯泡灯丝的电阻？
生：
欧姆定律的变形公式。
（二）制定计划与设计实验
1.实验原理
师：
测量小灯泡的电阻依据的原理就是欧姆定律的变形公式。
请同学们画出测量小灯泡电阻的实验电路图。
（板书：
“一、实验原理：
欧姆定律的变形公式二、实验器材：
”）
2.实验电路图
（板书：
“三、实验电路图”）
学生设计电路图，教师巡视辅导。
展示学生设计的电路图，引导学生讨论所设计的电路图。
（能不能测出灯泡的电阻，是否合理。
）
预计意见：
生：
1.能，合理。
2.可以测，但不合理，因为它只能测小灯泡一种工作状态的电阻。
1.合理，能测出灯丝的电阻。
2.可以测，但只能测小灯泡一种工作状态（亮度）时的电阻。
师：
如果要测出小灯泡在不同工作状态（亮度）下的电阻，要对电路图进行怎样的改进呢？
生：
（学生讨论后得出）在电路中串联一个滑动变阻器。
师：
对了，在电路中串联一个滑动变阻器就可以改变小灯泡两端的电压和通过的电流，从而测出小灯泡在不同情况（亮度）下的电阻。
引导学生画出实验电路图（如右图）。
师：
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叫“伏安法”。
（三）进行实验与收集证据
师：
电路设计好了，接下来就要弄清楚实验怎么做。
（板书：
“四、实验步骤：
”）
1.实验步骤
（1）根据电路图把实验器材摆好。
（2）按电路图连接电路。
引导学生回答在连接电路中应注意的事项：
①在连接电路时，开关应断开。
②注意电压表和电流表量程的选择，“+”、“-”接线柱。
③滑动变阻器采用“一上一下”接法，闭合开关前，滑片应位于阻值最大处。
）
（3）检查无误后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片（注意事项：
移动要慢），分别使灯泡暗红（灯泡两端电压1V）、微弱发光（灯泡两端电压1.5V）、正常发光（灯泡两端电压2.5V），测出对应的电压值和电流值，填入下面的表格中。
实验次数
灯泡亮度
电压U/V
电流I/A
电阻R/Ω
1
灯丝暗红
1
2
微弱发光
1.5
3
正常发光
2.5
同时，在实验过程中，用手感受灯泡在不同亮度下的温度。
随着灯泡亮度的增加，灯泡的温度。
（4）算出灯丝在不同亮度时的电阻。
（板书：
“五、实验数据记录表格：
”）
2.学生分组实验，记录数据。
教师巡视辅导。
教师关注细节：
1.学生电路的连接正确与否。
2.三次实验尽量在允许的范围内拉开三组数据的差距，便于分析结论。
3.注意实验器材不因电流过大而损坏。
（四）分析与论证
（板书：
“六、分析与论证”）
展示学生的几组实验表格，对实验数据进行分析。
相互交流分析实验表格。
师：
同学们发现什么问题？
生：
灯泡的电阻不是定值，是变化的。
师：
是什么原因使灯丝的电阻发生变化的呢？
生：
（1）是电压变化了。
（2）是电流变化了。
（3）是灯泡亮度变化了。
师：
同学们众说纷纭，到底是什么原因造成灯丝电阻变化的呢？
是电压与电流吗？
我们做一个补充实验。
难点突破：
（实物投影展示电路图）
目的：
用电压表、电流表测定电阻的阻值。
器材：
电源（V）电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、定值电阻（10Ω）。
步骤：
1.如图连接电路。
2.改变滑动变阻器阻值，读电压表、电流表。
3.根据R＝U／I算出R。
表明：
R是定值，不随电压、电流的变化而变化。
师：
通过论证，表明灯丝的电阻发生改变的原因不在于电压与电流，那是什么原因造成的呢？
引导：
我们在前面学过，影响电阻大小的因素有哪些？
生：
材料、长度、横截面积和温度。
师：
那是什么因素影响了灯丝的电阻呢？
生：
是温度。
师：
对了，请同学们进一步思考灯丝的电阻和温度有怎样的关系？
请同学们分析数据表格，相互交流。
学生分析讨论。
生：
温度越高，灯丝电阻越大。
师：
对了，一般来说，金属导体的电阻随温度升高而增大。
这个实验再一次验证了这一点。
（五）评估与交流
1.同学们了解到得到结论的方法有多种，不能拘泥于某一种解决问题的办法与途径。
2.实验的分析与论证要注意技巧，学会排查现象发生的原因。
3.实验数据的填写要尊重实验的事实，不能妄加改动，随意设置。
三、板书设计
伏安法测电阻
一、原理：
欧姆定律的变形公式
二、器材：
三、实验电路图：
四、实验步骤：
五、数据记录；
六、分析与论证
四、布置作业：
1.完成实验报告2.课本P75作业1、2
五、教学反思：
高中物理实验方案
年级班级姓名座号日期
一、实验名称：
伏安法测电阻。
二、实验目的：
用电压表、电流表测电灯工作时的电阻。
三、实验原理：
。
四、实验器材：
学生电源、2.5V小灯泡、开关、导线、测量灯泡两端电压的、测量通过灯泡电流的、改变灯泡两端电压和通过其电流的。
五、实验电路图：
六、实验步骤：
（1）按电路图连接电路。
（注意：
①开关应断开。
②注意电压表和电流表量程的选择，“+”、“-”接线柱。
③滑动变阻器采用“一上一下”接法，闭合开关前，滑片应位于阻值最大处。
④爱护实验器材。
）
（2）检查无误后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片（注意：
移动要慢），分别使灯泡暗红、微弱发光、正常发光（灯泡两端电压2.5V），测出对应的电压值和电流值，填入下面的表格中。
（3）算出灯丝在不同亮度时的电阻。
七、实验数据记录表格：
实验过程中，用手感受灯泡在不同亮度下的温度。
随着灯泡亮度的增加，灯泡的温度。
实验次数
灯泡亮度
电压U/V
电流I/A
电阻R/Ω
1
灯丝暗红
1
2
微弱发光
1.5
3
正常发光
2.5
八、问题讨论：
分析上表数据，你会发现：
随着灯丝发光亮度的增加，你测出的灯丝电阻，是什么原因使灯丝的电阻发生变化的呢？
答：
。
2019-2020年高中物理第二章恒定电流测评A新人教版选修3-1
一、选择题（本题共8小题,每小题6分,共48分。
其中第1~5题为单选题;第6~8题为多选题,全部选对得6分,选不全得3分,有选错或不答的得0分）
1.今有甲、乙两个电阻,在相同时间内流过甲的电荷量是乙的2倍,甲、乙两端的电压之比为1∶2,则甲、乙两个电阻阻值的比值为（ ）
A.1∶2B.1∶3C.1∶4D.1∶5
解析:
由题意可得,=2,,由欧姆定律R=得,,故选项C正确。
答案:
C
2.
如图,低电位报警器由两个基本的门电路与蜂鸣器组成,该报警器只有当输入电压过低时蜂鸣器才会发出警报,其中（ ）
A.甲是“与”门,乙是“非”门
B.甲是“或”门,乙是“非”门
C.甲是“与”门,乙是“或”门
D.甲是“或”门,乙是“与”门
解析:
高、低电压都可以通过甲,则甲是“或”门。
低电压通过乙后,输出为高电压使蜂鸣器导通发出警报;高电压通过乙后输出为低电压,蜂鸣器不导通,不发出警报,则乙是“非”门,选项B正确。
答案:
B
3.某金属导线的电阻率为ρ,电阻为R,现将它均匀拉长到直径为原来的一半,那么该导线的电阻率和电阻分别变为（ ）
A.4ρ 4RB.ρ 4R
C.16ρ 16RD.ρ 16R
解析:
电阻率与导体材料和温度有关,将金属导线拉长的前后,电阻率不变。
将金属导线均匀拉长到直径为原来的一半,横截面积变为原来的,长度变为原来的4倍。
由电阻定律知,R’=ρ=ρ·=16ρ=16R,所以选项D正确。
答案:
D
4.电流表的内阻是Rg=200Ω,满刻度电流值是Ig=500μA,现欲把这电流表改装成量程为2.0V的电压表,正确的方法是（ ）
A.应串联一个0.05Ω的电阻
B.应并联一个0.05Ω的电阻
C.应串联一个3800Ω的电阻
D.应并联一个3800Ω的电阻
解析:
电流表改装成电压表时,应串联一个电阻。
由串联电路的特点有U=Ig（Rg+R）,解得,R=3800Ω。
答案:
C
5.有一个电动势为3V、内阻为1Ω的电源。
下列电阻与其连接后,使电阻的功率大于2W,且使该电源的效率大于50%的是（ ）
A.0.5ΩB.1ΩC.1.5ΩD.2Ω
解析:
由闭合电路欧姆定律得,I=,η=×100%>50%,P=I2R>2W,即（）2R>2W,解得,Ωr=1Ω,故选项C正确。
答案:
C
6.铅蓄电池的电动势为2V,这表示（ ）
A.电路中每通过1C电荷量,电源把2J的化学能转变为电能
B.蓄电池两极间的电压为2V
C.蓄电池能在1s内将2J的化学能转变成电能
D.蓄电池将化学能转变成电能的本领比一节干电池（电动势为1.5V）的大
答案:
AD
7.
锂电池因能量高、环保无污染而广泛使用在手机等电子产品中。
现用充电器为一手机锂电池充电,等效电路如图所示,充电器电源的输出电压为U,输出电流为I,手机电池的内阻为r,下列说法正确的是（ ）
A.电能转化为化学能的功率为UI-I2r
B.充电器输出的电功率为UI+I2r
C.电池产生的热功率为I2r
D.充电器的充电效率为×100%
解析:
电能转化为化学能的功率为UI-I2r,充电器输出的电功率为UI,选项A正确,选项B错误;电池产生的热功率为I2r,选项C正确;充电器的充电效率为×100%,选项D错误。
答案:
AC
8.
闭合电路的电源电动势为E,内阻为r,如图所示,闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P从右端滑到左端时,下列说法中正确的是（ ）
A.小灯泡L1、L3变亮,L2变暗
B.小灯泡L3变暗,L1、L2变亮
C.电压表V1示数变化量较小
D.电压表V2示数变化量较小
解析:
当滑动变阻器的滑片P从右端滑到左端时,并联电路总电阻减小,总电流I增大,路端电压U减小。
干路电流增大,则L2变亮;与滑动变阻器串联的灯泡L1电流增大,变亮;与滑动变阻器并联的灯泡L3电压U3=U-U2,U减小,U2增大,则U3减小,L3变暗;U1减小,U2增大,而路端电压U=U1+U2减小,所以U1的变化量大于U2的变化量,故选项B、D正确。
答案:
BD
二、实验题（本题共2小题,共18分。
把答案填在题中的横线上）
9.（6分）如图为一正在测量中的多用电表表盘。
（1）如果是用直流10V挡测量电压,则读数为 V。
（2）如果是用直流5mA挡测量电流,则读数为 mA。
（3）如果是用“×100”挡测量电阻,则读数为 Ω。
解析:
（1）用多用电表测直流电压、电流时,需根据第二行刻度读数。
所选挡位最小刻度值为V=0.2V,由于指针指在32.5个最小刻度处,故所测电压U=0.2×32.5V=6.5V。
（2）用直流5mA挡时最小刻度值为mA=0.1mA,故所测电流I=0.1×32.5mA=3.25mA。
（3）用多用电表测电阻时,需根据第一行刻度读数。
由于选用“×100”挡,故所测电阻R=8.0×100Ω=800Ω。
答案:
（1）6.5
（2）3.25 （3）800
10.（12分）有一个小灯泡上标有“4V 2W”的字样,现在要用伏安法描绘这个灯泡的I-U图线。
现有下列器材供选用:
A.电压表（0~5V,内阻10kΩ）
B.电压表（0~15V,内阻20kΩ）
C.电流表（0~3A,内阻1Ω）
D.电流表（0~0.6A,内阻0.4Ω）
E.滑动变阻器（10Ω,2A）
F.滑动变阻器（500Ω,1A）
G.学生电源（直流6V）、开关、导线若干
（1）实验时,选用图甲而不选用图乙的电路图来完成实验,请说明理由:
。
（2）实验中电压表应选用 ,电流表应选用 ,滑动变阻器应选用 。
（用序号字母表示）
（3）把图中所示的实验器材用实线连接成实物电路图。
解析:
（1）因实验目的是要描绘小灯泡的伏安特性曲线,需要多次改变小灯泡两端的电压,采用甲图所示的分压式电路,电压可以从零开始调节,且能方便地测多组数据。
（2）因小灯泡额定电压为4V,则应选0~5V的电压表A,而舍弃0~15V的电压表B,因为15V的量程太大,读数误差大。
小灯泡的额定电流I=0.5A,则电流表选D。
滑动变阻器F的最大阻值远大于小灯泡的电阻8Ω,调节不方便,故舍去。
（3）小灯泡电阻为电流表内阻的=20倍,电压表内阻是小灯泡的=1250倍,故电流表采用外接法。
答案:
（1）描绘灯泡的I-U图线所测数据需从零开始,并要多取几组数据
（2）A D E
（3）如图所示
三、解答题（本题共3小题,共34分。
解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位）
11.
（10分）在如图所示的电路中,R1是由某金属氧化物制成的导体棒,实验证明通过它的电流I和它两端电压U遵循I=kU3的规律（式中k=0.2A/V3）,R2、R3是普通电阻,遵循欧姆定律,R3=20Ω,按图示电路连接后,接在一个两端电压为6.0V的电源上,闭合开关S后,电流表的示数为0.25A。
求R2的阻值是多少?
解析:
R3两端的电压U3=IR3=0.25×20V=5.0V
则R1、R2并联部分的电压U1=6.0V-5.0V=1.0V
由I=kU3得,R1中的电流I1=k=0.2×1.0A=0.2A
所以R2中的电流I2=I-I1=0.25A-0.2A=0.05A
则R2=Ω=20Ω。
答案:
20Ω
12.
（10分）如图所示,电源电动势E=10V,内阻r=1Ω,电容器的电容C=40μF,电阻R1=R2=4Ω,R3=5Ω。
接通开关S,待电路稳定后,求:
（1）理想电压表V的示数;
（2）电容器带的电荷量。
解析:
（1）接通开关S,待电路稳定后,电路等效为R1和R3串联,由闭合电路欧姆定律可得,电流I==1A
R3两端电压U3=IR3=5V,即理想电压表的读数为5V。
（2）由于R2中没有电流,电容器两端电压等于R1两端电压,R1两端电压U1=IR1=4V
电容器带的电荷量Q=CU1=1.6×10-4C。
答案:
（1）5V
（2）1.6×10-4C
13.
（14分）如图所示为一汽车的远程车灯电路中的蓄电池总功率随电流变化的图象,已知蓄电池瞬间短路时的电流为14A。
求:
（1）该蓄电池的电动势E和内阻r;
（2）车头两个远程车灯的铭牌上标有“12V,12W”字样,若两灯并联接在蓄电池两端,则两灯消耗的总电功率为多少?
解析:
（1）由题图可知瞬间短路时总功率P=196W,由P=I短E可得,E=14V
由P=r可得,r=1Ω。
（2）一个车灯的电阻R灯==12Ω
两个并联的电阻R并==6Ω
电路中的总电流I==2A
两灯总电功率P总=I2R并=24W。
答案:
（1）14V 1Ω
（2）24W
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