1、 1 【 教学设计与反思 】 探究测量电表内阻的方法 游海女 浙江省回浦中学 一、 教学目标： 1、 认识小量程电流表的特殊性，学会合理的选择仪器来测量它的内阻。 2、熟悉用伏安法测电表内阻，能够利用串并联电路的特点用多种方法测电流表的内阻。培养学生的发散思维能力和创新能力。 3、 通过探究，知道实验设计的基本过程，掌握评价设计好的实验方案，能够对其进行分析和改进，成为可行的方案。以提高设计性实验题的能力。 4、通过学生的分组讨论，培养学生的自主和合作学习 二、 教学设想： 电学设计性实验，是高中物理的难点，最能体现学生 的创造能力，也是高考的一个重点。本节课以探究测量小量程电流表内阻的实验方
2、法 ,以培养学生的电学实验的设计能力。而测量电流表内阻的实验方法有多种 ,通过分组讨论 ,进行合作学习 ,使学生体验探究过程中的一般思路 ,即按要求设计可能性的电路 ,通过分析误差 ,改进方案 ,成为可行的方案这样一个过程 .再通过各组之间的交流总结 ,达到共同学习 .当然在设计过程中 ,对复杂的电路设计有些难度 ,教师可以适当的进行引导 .这节课能够体现以学生为主 ,以教师为辅的新理念 . 三、 重点 :测量电表内阻的实验方案的设计和评价 四、 难点 :评价过程的误差分析 五、 教学方法 :探究、讨论、讲授 (演示 ) 六、 教学步骤与内容： 一、设置情境，导入问题 教师：大家看我手上拿的是
3、什么呀 ?(电流表 )它有什么用呢 ?(测电流或电压 ),要测电压我们就要知道它内阻 ,那你有什么办法 ?这节我们就来探究测量电表内阻的方法。 二、探究问题 -测电流表内阻的方法（板书） （ 1）设计可能的方案 教师：测电表内阻需要用到仪器，现在让我们一起走进仿真物理电学实验室，看看那里给我们提供了哪些实验仪器呢？（介绍仪器，可以自由选择所需要的仪器） 实验仪器：电源 ， 待测 微安表（量程 200 A） ，电阻箱， 电压表（ 量程 3V 和 15V），滑动变阻器，电流表 ， 电键（单刀单掷或单刀双掷）若干等。 问题 1：请同学们 尽可能多的提出测量电流表内阻的方案 ,指出实验所需的器材，实验
4、方法和步骤，并在白纸上画出电路图，写出表达式。（图要画大且要规范） 教师：为了更好的讨论和交流，我们进行分组，四人组合，要求组内指定一个代表上台发言。（代表是代表全组的意见，因此要对全组负责） 学生活动： 学生分组（四人一组），确定一个组长。然后由代表上台展示组的设计作品。（将电路图画在白纸上，并指出明实验方法）要求： 每一组上台交流时 说明实验所选择的器 材，电路图的设计和实验方法 。教师根据学生的说明把电路图画在黑板上，同时写出表达式。为评价阶段做准备。 投影：学生设计的电路。 以下是课前的备课准备方案 (利用实验验证 )： 2 学生活动：提出可能的方案 方案 1： 伏安法 测电阻，直接用
5、伏安法测电表的内阻，即 Rg=U/I。 (下面是在评价环节中可以提出 )教师：你认为可行吗？如果可以，请说明理由，如果不行，你有什么改进的措施？ 伏安法（可能会有第一种是直接测表头两端电压，第二种是测电阻箱的电压，第三种测路端电压）可能先有一、二两种，通过分析误差引导第三种方案 合理的方 案：测路端电压 方案 2 ： 比较法 引入：如果没有电压表，能不能测电表的内阻呢？ 原理和步骤： 1、调节变阻箱值为 R1，使电流表满偏 Ig 2、调节变阻箱值 R2，使电流表半偏 Ig/2 由闭合电路欧姆定律： Ig（ R1+Rg） = Ig/2(R2+Rg) Rg=R2-2R1 误差分析： 主要是电池的内
6、阻。 方案 3 ： 半偏 法 （先由学生代表发表自己组的设计方案） (下面是在评价环节中可以提出 ) 教师： 这个电路很微妙，你们说它妙在哪里呢？ 问题： 1、这个电路是不是就无懈可击了呢？（ 条件： R R） 2、是否有减小误差的办法，你怎么做？（减小电流表的读数，使R 的取值增大） 3、如果要更精确的测量它的内阻。你怎么办呢？ 原理和步骤： 1、变阻箱 R 调到最大， R最小 2、 S1 闭合， S2 断开调节 R 使电流表满偏 1、 不改变 R， S2 闭合，调节 R使电流表半偏勤 4、电阻箱的读数就是内阻。 误差分析： 调 R 使电流表半偏时 将使总电流 I 增大，即大于满偏电流。通过
7、 R的电流大于满偏值的一半 ,即读数偏小。 改进 1：增大滑动变阻器 R，使 RRg，（可以通过减小电流，增大总电阻；增大电源的电压，提高 R的取值。） 改进 2：在总干路上串联另一个安培表，用来监视总电流 I 的变化。 方案 4 ： 替代法 条件：被测量的部份电路电流或电压不变 特点：准确 缺点：电阻箱也是有误差 V 图 6图V G V G V G G G 1 K2 2 R 原理和步骤： K1 打开， K2 接 1，调 R 为最大 ,电阻箱 R 为最大 闭合 K1,调节 R 使电流表指针为满偏 ,记下电压表的计数 . K2 接 2,保持 F 不动 ,调节 R 使电压表计数不变 . 则 Rg=
8、R R K1 电流表内接Rg=U/I-R 电流表外接 Rg=(E-U)/I U 读数的误差较大。 U 的读数太小，误差大 3 以下是学生在课堂上所设计的方案 (实录 )： 学生提出的设计方案 通过分析和评价 可行的方案 1、 2、替代法 3、半偏法 4、伏安法 （ 2）评价方案的可行性 教师：同学们充分利用电路的串并联特点从理论上提出了很多可能用来测电表内阻的方案，但上面这些方案在实际操作过程中是否可行呢？如果可行请指出他的优点，如果 不行请说明原因，请同学们继续讨论。 G A G G G 1 K2 2 R K1 A A G V G V G G 1 K2 2 R K1 G 4 学生活动：学生从
9、简便性，误差的角度充分分析了方案的的可行性，在教师的引导下，对有缺陷的方案进行了改进，上图中的左边为学生提出的可能方案，右边为在评价过程中改进后的可行方案。 教师：在学生做充分讨论后，教师就针对其中一个学生普遍难理解的电路即半偏法，在仿真物理实验室里，通过演示，设置障碍，使学生知道半偏法的限制条件即滑动变阻器阻值远远大于电流表内阻才可以减小误差。 二、小结 教师： 1、测量电表内阻的方法：伏安法 半偏法 替代法等 （学生通过对方案的可行性评价，评价过程所依 据的原则就是设计性实验所要遵守的原则） 2、前面我们了设计很多测电流表内阻的方案，在设计实验过程中，我们应该遵守哪些原则呢？ 科学性、安全
10、性、简便性、准确性 3、设计性实验的一般思路 设计 选择 实验要求 可能方案 可行方案 三、扩展和应用（历年高考精选） 教师：这是电学的一种设计性实验，这种类型的实验设计在历年高考中多次出现。 教师：由电流表的内阻测量，同学们是否可以将这些方法迁移到 测电压表的内阻上呢？在很多情况下是给定实验仪器，让你设计实验方法的。 1（ 1997/全国高考卷 17 题）某电压表内阻在 20-50K之间，现要测量其内阻，实验室中提供了下列可供选用器材 : 待测电压表 V，量程 3V； 电流表 A1，量程 20 0 A； 电流表 A2，量程 5mA； 电流表 A3，量程 0.6A； 滑线变阻器，最大电阻 1K
11、； 电源 E，电动势 4V； 开关 S，导线若干。 (1)所提供的电流表中，应选用 。 (2)为了尽可能减小测量误差，要求测多组数据，试在方框中画出符号要求的实验电路图。 (其 中电源和开关及其连线已画出 ) 分析：要求测量电压表的内阻，可以把电压表看作一只能读出两端电压的电阻。在本题中由于电压表内阻远远大于滑动变阻器的最大电阻，若此时采用限流式接法，通过待测电压表中的电流变化范围比较小，不可能达到多测几组数据的要求，无法精确测量电压表的内阻，故只能采用分压式接法，如图所示。 电路中通过电压表的电流的最大值ARI 200200004m i nm a x ，因此为了使电流表指针能达到半偏以上只能
12、选 A1。 2：（ 2000 全国高考题第 16 题）从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量 电流表 A1 的内阻 r1 ，要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多V A1 E S A1 A2 R2 R1 图 5 组数据。 （ 1） 在方框中画出电路图，标明所示用器材的代号。 （ 2）若选测量数据中的一组来计算 r1，则所用的表达式为 r1= ，式中各符号的意义是：。 3、（ 2002 全国高考题 ） 某同学准备测定一只量程已知的电压表的内阻 .器材如下 : A.待测电压表 V (量程 3V，内阻 约为 3K 错误！链接无效。 B.电流表 A (量程 3A，内阻约为 0.01) C
13、.定值电阻 R0(阻值 2K，额定电流 50mA) D.直流电源 E(电动势小于 3V，内阻不计 ) E.单刀双掷开关 S F.导线若干 (1)为了更准确地测量这只电压表的阻值，请你在方框中帮该同学设计一个实验电路 . (2)假设你已经连接好实 验电路，请你简要写出你的测量步骤 (3)利用已知和所测的物理量表示电压表的内阻，其表达式为 。 资料集萃： 设计性实验 资料卡片 例 1（ 2001/全国高考理科综合卷 29 题）实验室中现有器材如实物图所示 (图略 )，有 电池 E，电动势约 10V，内阻 1； 电流表 A1，量程 10A，内阻 r1 约为 0.2； 电流表 A2，量程 300mA，
14、内阻 r2 约为 5； 电流表 A3，量程 250mA，内阻 r3 约为 5； 电阻箱 R1，最大电阻 999.9，阻值最小改变量为 0.1； 滑线变阻器 R2，最大电阻 100； 开关 S，导线若干。 要求用图 4 所示的电路测定图中电流表 A 的内阻。 (1)在所给的三个电流表中 ,那几个可用此电路来精确测出其内阻 ?答 。 (2)在可测的电流表中 ,任选一个作为测量对象 ,在实物图上连成测量电路。 (3)你要读出的物理量是 。用这些物理量表示待测内阻的计算公式是 。 分析：电阻箱 R1和 电流表 A 并联，通过的电流与阻值成反比，因此干路中的电流将大部分通过电流表 A，通过电流表 A/与
15、电流表 A 的电流强度数值相差不大，两电流表的量程应相差不大，根据题设条件 所提供的三只电流表只能选用 A2、 A3。另一方面 整个电路的最大电阻的大约在 110，最小电流约为 91mA， 为了提高测量精确度，也应采用 A2、 A3 表。 器材（代号） 规 格 电流表 A1 10mA，内阻 r1 待测（约 40） 电流表 A2 量程量程 500 A，内阻 r2=750 电压表 V 量程 10V，内阻 r3=10K 电阻 R1 阻值约 100，作保护电阻用 滑动变阻器 R2 总阻值约 50 电池 E 电动势 1.5V，内阻很小 电键 K 导线若干 A A/ R1 R2 E S 图 6 此题型的解
16、题思路如下： 1 由确定的器材估算电路中电流或电压的极值（最大值或最小值）； 2 由电流或电压的极值确定电路（分压式或限流式）； 3 由电流或电压的极值确定电表量程； 4 由电表内阻与待测电阻的关系确定安培表接法（内接与外接）； 5 画好电路图。 板书设计： 一、 测量电表内阻的方法 二、 设计性实验 基本思路： 设计 选择 实验要求 可能方案 可行方案 教学反思： 1、 近年来，高考对学生能力要求是越为越高，其中一个就是具有简单的实验设计能力。为了能更好挖掘学生的设计潜能，这节课的设计不是传统的精讲精练。而是充分调动学生已有的知识，在已有知识的基础上，通过学生对所提出的方案进行评价和学生之间
17、的互评。使学生对设计性实验的所遵守的规律和一般思路有了新的认识。 2、 这是一节理论探究课，课堂教学中有些情况是很难预知的，所以对我来说是一个挑战。做为一名年轻教师，对于这种探究课，就要做好备课，备学生的充 分准备。所以在课前，我收集了大量的关于电表内阻测量的不同方法，同时也分析了这些方法的普遍性，而且在实验室对不同的方法进行了实验，对不同方法进行了误差研究。同时还利用仿真物理实验室也对不同方法进行了分析。至于在课堂上，学生所提出的一些方案与我所准备的有所不同，根据方案的实际情况。我选择了最难的一种方案（半偏法）而且在仿真物理实验室进行了演示，应该说效果还是比较好的。 3、 在这节探究课里，学
18、生的参与面还是比较大的。通过四人一组进行合作学习，使学生的认识在讨论和交流中有所提高。但是全班有 10 多个组，如果每一组的代表都 上台来，时间不够。所以上台发言的也就是几个组。在问及还有没有其它方案时，其它组没有反应。可能是他们的方案别人已经提过，所以当我问及有没有其它方案时，当然会说没有了。但是如果我在这时过渡一下说你们的方案是不是跟他们的一样呢？那或许会更好。接下来说到“大家可能还有很多的方案可能现在暂时还没想到课后还可以继续研究”的话也是很自然了。 4、 在学生讨论发言的过程中，教师的语言不够丰富，激励和鼓动性的语言有些不足。在这些方面还是有待加强的。 伏安法 半偏法 替代法等 原则：科学 安全 简便 准确 7 学生提出 的设计方案 通过分析和评价（仿真物 理实验室） 可行的方案 1、 比较法 2、替代法 G A G G G 1 K2 2 R K1 A G 1 K2 2 R K1 G 学生作品 8 3、半偏法 4、伏安法 A G V G V G
