挖掘课本实验资源 培养学生实验设计能力(2)
师:这个电路能确保测量的一定是小灯泡的额定功率吗?为什么?
生:不一定.因为小灯泡两端电压不一定等于额定电压.
师:那怎么办?电路怎么改进?
生:在电路中再串联一个滑动变阻器来调节小灯泡两端电压.
师:很好,请完善你们设计的电路图.
生:如图2.
师:请同学们根据图2的设计,说明实验步骤.
生:实验步骤:
(1)按照电路图2连接实物;
(2)将滑动变阻器的滑片移动至最右端,闭合开关S,再调节滑动变阻器的滑片使电压表的示数为U额;
(3)断开开关,将电压表再并联到定值电阻R0两端,保持滑片位置不变,闭合开关,记下电压表的示数为U0;
(4)数据处理.I0=U0R0,由于串联的小灯泡正常发光,所以小灯泡的额定电流
I额=I0=U0R0,
则小灯泡的额定功率P额=U额I额=U额U0R0.
(5)实验完毕,整理器材.
2.实验反思改进设计
师:你们觉得刚才这个电路设计在实际测量中有没有比较麻烦的地方?
生:该实验中存在着不足,就是电压表在实验中要拆下重新连接比较麻烦.
师:再给你两个单刀单掷开关,改进电路设计,使电压表在实验中不需要拆下重新连接.你们先自己设计,然后再交流展示.
生:展示如图3.
师:上面给你的两个单刀单掷开关的作用就相当于一只单刀双掷开关,运用一只单刀双掷开关那又如何设计?还是请你们先自己设计,然后再交流展示.
生:展示如图4.
图3、图4的实验步骤由学生口述,教师引导学生评价补充,并要求写出实验表达式P额=U额(U-U额)R0,其中U为小灯泡正常发光时灯L与R0两端的总电压.
3.总结方法提升能力
(1)与“伏安法”测量小灯泡的额定功率相比较,由于只有一只电压表,没有电流表,因此不能直接用电流表测出小灯泡正常发光时的电流,直接运用“伏安法”行不通.有一点要明白,没有电流表只是不能直接测量电流,能否间接知道电流的大小呢?根据学过的欧姆定律知识,运用电压表测量出已知定值电阻两端电压,运用欧姆定律一样能知道电流大小.如何根据定值电阻的电流大小来知道小灯泡中电流的大小呢?可以运用串联电路的知识,将它们串联起来.如何使串联电路中小灯泡正常发光呢?看来应当发挥滑动变阻器在串联电路中的调节电压的作用,因此我们还应当在小灯泡和定值电阻的串联电路中再串联一只适当的滑动变阻器.因此只有一只电压表一样可以测量小灯泡的额定功率.
(2)当电压表与已知定值电阻并联作为一个整体使用时,其就相当于一只电流表.
案例二已知电流表(0~0.6A、0~3A)一只,开关S一只,定值电阻R0=20Ω,滑动变阻器R(10Ω1A),电源电压为6V,小灯泡的额定电压为3.8V(小灯泡正常发光时的电阻约为10Ω),导线若干,请写出你设计的测量这个小灯泡额定功率的实验方案.
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