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        用替代法探究電阻Rx隨電壓U或I變化的關(guān)系

        2016-05-30 06:40:43邱明昌
        讀寫算·基礎(chǔ)教育研究 2016年3期
        關(guān)鍵詞:實驗

        邱明昌

        【關(guān)鍵詞】替代法 探究 U-I圖線 U-Rx圖線 I-Rx圖線

        一、設(shè)計思路

        在高中物理課本選修3-1第二章《恒定電流》第3節(jié)《歐姆定律》“導體的伏安特性曲線”內(nèi)容中,其實驗教學設(shè)計是:通過測繪小燈泡的伏安特性曲線,讓學生發(fā)現(xiàn)小燈泡在電流、電壓較小,即小燈泡溫度不太高時,純金屬導體的電阻基本不變,即描繪U-I圖線是直線;但當燈泡的電流、電壓增大,即小燈泡的溫度升高,小燈泡的電阻變大,即U-I圖線不再是直線。雖然滑動變阻器采取分壓式接法,但是學生在實驗的過程中,由于實驗室所用小燈泡的額定電壓較小,發(fā)現(xiàn)學生所測量的數(shù)據(jù)還是不夠多,總感覺所描繪的U-I圖線太粗糙了,更主要的是:雖然由U-I圖線可以看出電壓、電流較大時小燈泡的電阻是變化的,但具體的阻值,要用小燈泡此時電壓除以此時電流值才能知道小燈泡此刻的電阻。因此,本人將一些在課本中出現(xiàn)過的中學物理器材,根據(jù)替代法測電阻的原理,經(jīng)過改良設(shè)計,得出一個即能測繪小燈泡的伏安特性曲線、又能描繪U-Rx圖線或I-Rx圖線的電路:如下圖所示。該電路圖中Rx不僅可以是小燈泡,還可以是一般的定值電阻,形式更多樣。這樣,即可以讓學生可測繪小燈泡的伏安特性曲線(即U-I圖線),更可以由描繪U-Rx圖線或I-Rx圖線,直接看出電壓或電流增大,電阻也增大;而且,可以根據(jù)描繪的U-Rx圖線或I-Rx圖線可求出任意電壓或電流下的電阻,使學生對歐姆定律有新的認識,更開闊了學生的眼界和思路。

        二、儀器結(jié)構(gòu)

        本實驗儀器器材簡單,故不必介紹。學生實驗時主要是單刀雙擲開關(guān)的實物連接是難點。Rx不僅可以是小燈泡,還可以是一般的定值電阻。

        三、實驗?zāi)康?/p>

        1.使學生了解替代法。

        2.通過測量電阻Rx在不同電壓、電流下的阻值,描繪出U-R圖線(即為U-Rx圖線),根據(jù)U-Rx圖線可求出任意電壓下的電阻?;蛎枥L出I-R圖線(即為I-Rx圖線),根據(jù)I-Rx圖線可求出任意電流下的電阻。

        四、實驗原理

        根據(jù)部分電路的歐姆定律和閉合電路歐姆定律,當總電流一定時,串聯(lián)電路中,當一個電阻Rx的電壓和另一個電阻R的電壓相等時,則有Rx=R,即為替代法。用替代法測量電阻Rx在不同電壓、電流下的阻值,并描繪出U-Rx圖線,根據(jù)U-Rx圖線可求出任意電壓下的電阻?;蛎枥L出I-R圖線(即為I-Rx圖線),根據(jù)I-Rx圖線可求出任意電流下的電阻。

        五、實驗器材

        兩節(jié)以上的干電池(或用學生電源代替)、開關(guān)一個、滑動變阻器一個、小燈泡或定值電阻一個、電阻箱一個、電壓表一個、電流表一個、單刀雙擲開關(guān)一個,導線若干。

        六、實驗步驟(以畫出U-Rx圖線為例)

        1、閉合開關(guān)S1 、S3,單刀雙擲開關(guān)S2撥到a點,適當調(diào)節(jié)滑動變阻器R′,讀出電壓表示數(shù)U1,保持R′阻值不變,把S2撥到b點,調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值,直到電壓表示數(shù)仍為U1,電阻箱讀數(shù)為R1。

        2、把S2再撥到a點,調(diào)節(jié)R′的阻值,讀出電壓表示數(shù)U2;把S2再撥到b點,調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值,直到電壓表示數(shù)為U2,此時電阻箱讀數(shù)為R2。

        3、改變滑動變阻器R′的阻值,重復上述操作,得到幾組電壓表示數(shù)與R的數(shù)據(jù)如下表

        4、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在下圖中作出U-R關(guān)系圖象.

        【實驗現(xiàn)象、結(jié)論】

        先以實驗得到的每一組(R,U)數(shù)據(jù)描點,然后用平滑的曲線連接以上描點,得到U-R圖線,大致如下圖所示。然后根據(jù)所描繪的圖線可以求出任一電壓值對應(yīng)的電阻或任一阻值對應(yīng)的電壓值。

        七、分析與思考

        1.應(yīng)該盡可能的測多組數(shù)據(jù),使得U-R圖線是明顯彎曲的曲線,且更準確的反映U-R的非線性關(guān)系。

        2.該實驗同時記錄下對應(yīng)電壓時的電流(實驗記錄數(shù)據(jù)表格如下所示),這樣,就可以測繪小燈泡的伏安特性曲線(即U-I圖線),也可以描繪I-Rx圖線了。

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