测自来水的电阻值_教学探究-查字典物理网

l 前言

研究性学习是新课程教学改革的核心，它既是一种教学活动形式，也是一种学习活动方式.研究性主题不同于一般教学中的课外活动，而是强调学生动手动脑的实践过程.在这一过程中，在教师的指导下，学生从自然现象、社会、生活中遇到的问题出发，提出问题，并应用已有的知识设法解决问题，从中主动获取新知识，达到培养学生提出和解决问题能力的目的.本着这一教学思想我们组织开展了一次研究性学习课，将学习课全程总结浓缩成文，仅以此供同仁商榷.

课题目标：学生探究利用电学电路实验测量自来水的电阻率.

(1)通过实验证明水的电阻率和金属导体比较是个很大的数.

(2)通过实验体会“自主研究”与“共同协作”是科学研究的基本形式.

(3)培养学生收集和处理信息的能力.

(4)培养学生提出问题、解决问题的能力.

课题背景：高中二年级物理教材是以电学为主的，电路的连接与计算是重点内容，通过“恒定电流”的学习，培养学生的动手操作能力并学会应用所学电学知识分析研究生活中的一些简单电路问题.物质的电阻率是不相同的，金属的电阻率较小叫导体，在日常生活及工农业生产中离不开水，水的物理性质及化学性质很大程度上决定于电阻率的大小，因此测量水的电阻率具有十分重要的意义.

基本问题：流体的电阻测量与金属电阻的测量有无差异?

单元问题：自来水的电阻率大吗?怎样测量自来水的电阻率?

2 问题的提出与初步研究

研究的理论依据为电阻定律：

，由此同学们的研究可以归纳为怎样收集自来水及其电阻的测量这两个核心问题上.

关于自来水的收集，有很多方案，最为典型的方法是同学们选取了1O毫升注射器作为收集自来水的容器.它的优点是水的体积可以直接读数，只要测量出水柱的长度(可用游标卡尺)，由体积公式可以计算出水柱的截面积，提高了测量精度.而关于电阻的测量，则主要集中在可测量电路的选取与如何提高精确度上.从研究过程来看，首先选取了伏安法测电阻.

利用伏安法测电阻的电流表内接法，实验电路如图1所示.实验结果表明，要使仅为2厘米长度的水柱导电，无论怎样调节变阻器R的阻值，电压表和电流表的示数几乎不变，因此利用伏安法测量自来水的电阻就很难得到可靠的多组数据，也就不能利用作 U-I图像的办法得出水的电阻值.利用伏安法研究水的电阻遇到了无法克服的困难.这个实验也只能证明水的电阻是相当大的.

3 总结引导,反思求索

在研究报告总结会上，针对同学们研究过程中遇到的困难，我们作了及时的指导.虽然利用伏安法测水的电阻没有得到预期的结果，但达到了使用游标卡尺精确测量长度以及利用所学知识去独立研究探索实际问题的目的.探索失败的原因，主要是水的电阻太大，电路中对电流起决定性作用的是水而不是预想的滑动变阻器.同学们应该另辟蹊径，寻找新方法，来突破大电阻的测量.通过这样的点拨、引导、鼓舞，同学们的研究热情再次高涨.大家热烈讨论，有人说再加大电压，有人说用更加灵敏的电流表，但这些在实验室都不能完成.寻找新的方法，制定新的研究方案成了同学们再次讨论的热点.

4 引导深入，体验艰辛，共享成功

通过大家不懈的努力，连续三周奔走于图书馆、实验室及微机室(上网查找)，生生交流、师生互动，终于探索出测量水电阻的合理方法—— 高阻值电阻测量法.实验及讨论简述如下.

实验器材：

电压表(3 V，15 V)，电流表(0～0.6 A)，电位器(0～2k

)，变阻箱(0～9999.9

)2个，开关3个，导线若干.

实验过程：

(1)先测电压表的内阻，借鉴了“半值法”测电流表内阻的方法，电路如图2(a)所示.实验结果却出人意料，实验测量的电压表内阻跟表头上的标定值有很大的差距，这是为什么?

指导：“半值法”适宜于测量阻值较小的电流表内阻.我们设待测电压表的内阻为RF，由欧姆定律

，当时R2>>RF ，

.合上s1 前后及调节R1 的过程中，才可以认为电路中的电流几乎不变，也就是说R2 至少10倍于RF .

这样的变阻器不好找，即便是有了，由于电路中的电流太小而使测量结果误差相当大.同学们是否可将电路改变一下，只要保证在闭合s1 及调节R1的过程中电流表的读数不变，就可以完成对电压表内阻的测量.同学们对电路进行了改装，其中最好的如图2(b)所示.实验中使电流表的读数保持不变，调节R1的阻值使得电压表的读数变为原来的一半，R1的值就是电压表的内阻.同学们团结协作，仔细研究，经过反复调节，多次测量，终于测出了电压表的内阻(几乎和标定值相同).

理论分析组的同学在报告中说，利用这一装置测量电压表的内阻比大电阻限流法好得多，实验没有系统误差.在结题报告会上，同学们还进行了关于这一电路设计的大讨论，大辩论.

(2)利用高阻值法测量水的电阻，实验电路如图3所示.

由串联电路的电压分配与电阻的关系可求水的电阻

(3)学生实验数据，经多次测量求平均值如表1所示.

(4)水的电阻率可由电阻定律求得

指导说明：金属的电阻率约在

之间，由本次学生的测量值可以看出水的导电性并不好.一般水的电阻率的大小，与水中含盐量的大小、水中离子浓度、离子的电荷数以及离子的运动速度有关.因此，纯净的水电阻率很大，超纯水电阻率就更大.水越纯，电阻率越大

5 研究结果评价

本次研究性学习以学生为主体，以测定自来水的电阻率为线索，同学们团结协作，试验了多种方法，克服重重困难，在教师的引导下终于取得了成功.活动的内容覆盖高中物理第二册第二章“恒定电流”的绝大多数知识.利用“伏安法”测电阻时，发现了它的局限性.利用“半值法”测电流表的内阻，同样具有局限性.面对这种情况，同学们创造性地设计分压电路，并利用电流表控制电路中的电流，弥补了原电路的缺陷.在“伏安法”测自来水的电阻失败后，同学们并不气馁，而是开拓思路、积极思考、寻求突破，高阻值电阻测量法的成功实验，可以说是本次研究中进发出的智慧火花.

这次活动历时一个多月，是一次学生研究课的尝试，也是对传统课的挑战.在此其间，我们没有给学生过多的课外作业，就以研究为中心，结果出人意料的成功.通过学生主动探索、积极创新、分析解决问题的活动过程，不但使学生获得了知识，掌握了学习知识的方法，而且激发了浓厚的学习兴趣.从这一点看同学们的研究是非常成功的，在传统教学中，要通过大量的枯燥的习题练习才能掌握的知识，变为同学们自主研究主动获取.两者相比，后者教学效果更显著，没有哪一次课甚至于一阶段的课能达到这次活动的效果。

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