电阻伏安特性的测量教案.doc

目的、要求、方法、手段、时间分配、板书预案等讲 稿教 学 内 容4.3电阻元件伏安特性测量课堂说课大学物理实验课程是海军生长军官本科各专业的一门必修实践课，共60学时，可以开设68个实验项目。其中基础实验8项，基本实验和综合实验各20项，设计和自主性实验各10项。不同的实验项目，学时不同、设备套数不同、教学要求不同。每名学生要求完成5个基础，10个基本，4个综合，1个设计和1个自主实验，还包括4个学时的实验绪论和2个学时的课程考核。所有实验项目都根据学生各自的专业特点，通过大学物理实验预约预习系统在军网上自主选择。最终的成绩评定方式采用平时实验成绩70%、期末课程考核20%、创新成绩10%三部分综合评定。教材：大学物理实验，2009年6月由国防工业出版社出版。电阻元件伏安特性测量是一个基础性实验，共2个学时，在大学一年级下学期开设，其中讲解30分钟，操作60分钟。学生在高中已经学过电阻的概念，学过欧姆定律，也做过伏安法测电阻实验。实验开设目的：一是弥补由于生源地域不同而导致的个体实验能力差异；二是作为入门实验引导学生熟悉大学物理实验设计的基本思路；三是与中学的定性方法进行比较定量的测出电阻元件伏安特性曲线。教学中首先从一些基本常识和基本技能入手，包括电阻阻值的色环标识方法和数字万用表的使用方法，为实验设计做好铺垫。其次重点引导学生分析实验设备和实验条件，从减小实验系统误差的角度出发，科学的选择实验方法，设计实验电路。并与中学的实验方法进行比较，提升学生的分析和解决问题的思维深度。最后强调实验数据作图的基本规范，培养学生严谨的实验作风。重点要强调的就是四个一：一个常识、一个技能、一个思路和一个规范。正课一、电阻阻值色环标识方法（一）电阻的分类简介引入为什么要学习电阻，再介绍8种电阻器。5种线性电阻，3种非线性电阻。碳膜电阻是利用真空喷涂方法在瓷棒上喷涂一层碳膜，外边再涂上环氧树脂进行密封。它的特点是阻值误差较大，但价钱便宜。金属膜电阻同样是利用真空喷涂方法，只是将碳膜换成了金属膜，同时在瓷棒两端也镀上贵金属。显然它比碳膜电阻要贵，但是它的精度更高。这两种电阻都是喷膜，有时候也统称为薄膜电阻。绕线电阻是用高阻合金线在绝缘骨架上缠绕而成，外面再涂上耐热的绝缘层或绝缘漆。水泥电阻实际上是一种方形的绕线电阻，外面涂上耐热、耐湿、耐腐蚀的材料进行保护，然后整体放在一个瓷框内，用特殊的水泥填充。这两种电阻不论怎么封装，都是用电阻丝绕成的，所以都有电感效应，也就都不适合在高频电路中使用。贴片电阻是一种金属玻璃铀电阻，它的本体是由钌系列玻璃铀材料经过高温烧结而成，特点是体积小、精度高，高频性能好。以上这5种电阻都是线性电阻，它们的制作方法不同，使用领域也不同。还有几种非线性电阻。比如热敏电阻是一种对温度极为敏感的非线性电阻，可以用来制作热敏电阻温度计。光敏电阻是对光线强弱极为敏感的一种非线性电阻，可用来制作可见光、红外光、紫外光的光强传感器。压敏电阻是对电压变化极为敏感的一种非线性电阻。当电阻上的电压在某一范围时，它的阻值是无穷大，电路相当于断路；当电压略高于上限时，它的阻值就会迅速下降，使电阻处于导通状态；所以可以用来做电阻开关。这几种非线性电阻的阻值都会随着外界条件的变化而变化，可以把一些非电量转化成电学量进行测量，所以可以用作各种传感器。（二）电阻阻值色环表示方法电阻的最主要参数就是阻值大小，阻值的标识方法通常有直标法、文字符号法、数码法和色环法四种。色环法是指在电阻封装的外表面上涂上一定颜色的环，来代表这个电阻的阻值。常用的色环有四色环和五色环，五环法比四环法表示更精确，六环法只在特殊场合使用。色环法简单地说就是一种颜色与阻值的对应关系。所以首先要了解有几种颜色，每种颜色代表什么意思。颜色含义：黑、棕，红橙黄绿蓝紫，灰白、金银。前面十种颜色代表10个阿拉伯数码，也就是09，后面的金色和银色代表误差。怎么记呢？讲解口诀。颜色分布含义：以四环法为例。四个环间距是不等的，一般误差环距离其它环要远一些。找到误差环以后，把误差环放在自己的右手，从左边开始，第一环代表阻值的第一位有效数字，第二环代表阻值的第二位有效数字，第三环代表乘以10的多少次方，也就是10的幂次，刚才说了最右边一个环代表阻值的误差。举例：电阻，红色，黄色，棕色，金色，所以阻值是24101欧姆，误差是5%。如果是五色环，不同点就是前3环代表有效数字，第四环代表乘以10的幂次，同理最后一环代表误差，只是它的误差不仅仅是金银这样两种颜色，还包括其它6种。（三）电阻阻值计算器现在网上有很多色环电阻阻值计算器，可以通过阻值查色环：输入数值，软件会自动列出颜色分布；点选颜色分布，软件会解析阻值。二、数字万用表使用方法万用表包括数字万用表和模拟万用表，实验室用的是3位半的数字万用表，其它的万用表与这个大同小异。外观：显示屏、电源开关、功能转盘、测量插孔等。重点要了解三个方面内容：是什么，能干什么，怎么用。测量插孔：用来连接两支表笔，一般是一红一黑。共有四个插孔，有的表是3个插孔，但其中总有一个是标着COM，通用接口。不论测电压、电流，还是电阻，总有一个表笔要插在这个插孔，一般接黑表笔。右上角插孔标的是VHz表示什么呀？测电压、电阻和频率时红表笔都要接在这个插孔。左上角标有10A的插孔，表示这是一个大电流档，只有测几个安培的电流时红表笔才接在这儿。中间靠左侧标有mA的插孔，表示测小电流时红表笔要接在这儿。功能转盘：手柄上黄色的点指向不同的区域，也就代表执行不同的功能。右侧是电压，包括交流、直流，交流最大到700V，指的是有效值；直流最大到1000V。七点方向是电流档，同样包含交流、直流。注意这里有两个位置标有10A，扳到这个档就表示要测大电流，红表笔必须接在10A插孔的位置。十点方向有一个二极管符号还有一个小喇叭符号，可以用来检测电路的通断、判断元件的好坏。当电路导通时喇叭会响，这也是常用的一个功能。左侧是电容档。正上方表示的就是电阻档。要说明的是每个档位所显示的数值，都是该档能够测量的最大值，也就是量程。如果超过量程，万用表会自动保护。演示如何测量电压、电流和电阻。电压测量：测量实验室插座电压是多少。先打开电源，将红黑表笔接到对应插孔，转动手柄指向需要的档位。再将两个表笔尖端插入到插座插孔中，读出电表显示的数值。注意：220V电压是很危险的，所以注意身体的其他部位不要触及金属部分，尤其是笔尖。电流测量：做法的不同点只是手柄转到的档位不同，并且要把两个表笔串接到电路中去，也要防止大电流对自己的伤害。电阻测量：测量电阻和测量电压的方法相同，只是档位不同。三、实验设计（一）实验仪器设备包括一个直流可调稳压电源（最高输出15伏），还有两块MS8265万用表和一些导线。待测元件是碳膜电阻和一个1.5瓦的小灯泡。稳压电源：实验中不再使用中学的干电池、闸刀开关、滑线变阻器，而是把这三样东西集中在一起用直流稳压电源代替，调节电压输出旋钮实际上就是调节一个小的滑线变阻器（电位器）。万用表：用一块万用表的电流档代替中学电路中的安培表，用另一块万用表的电压档代替伏特表。（二）实验分析1、了解待测元件的参数。比如它的电阻，额定电压、额定功率、最大电流。举例：碳膜电阻，100欧姆，功率是2w。小灯泡的额定电压和额定功率，12V，1.5w，可以算出正常工作时阻值大概是多少。2、电压确定：检查电源，直流还是交流，最大输出电压是多少。目的是为了确定万用表电压档的量程。还要注意，电源输出电压不能超过灯泡的额定电压，否则灯泡会烧掉。3、电流确定：有了电阻阻值的估计和电源电压的最大值的判断，大致确定电路中通过元件的最大电流，确定万用表电流档的量程举例：小灯泡12V，1.5w，正常工作时电流多大。4、确定万用表功能量程：按照不能超量程的基本原则，确定哪块表测电流，哪块表测电压，把万用表转到相应的档位。5测量万用表档位内阻：用一块表去测量另一块表的电压档内阻，另一块表的电流档内阻。（三）电路设计连接方法：伏安法测电阻有两种基本连接电路，一种是安培表内接法，一种是安培表外接法设计依据：一个基本原则，要求测量结果的系统误差最小。误差公式：第一种，内接法：第二种，外接法：误差曲线：以待测电阻作为横轴，以系统误差作为纵轴，假设安培表内阻和伏特表内阻确定，得到这两种接法的系统误差曲线。从曲线中可以看出，内接法系统误差随着待测电阻增大而减小，外接法系统误差随着待测电阻增大而逐渐增大。两条曲线交点，代表内接法和外接法的系统误差相同，而这个交点的横坐标就是。理论说明：根据系统误差最小的基本原则，可以得出只要大于，采用内接法要好，而小于，采用外接法要好。（四）实验要求1、先估计待测电阻阻值大小；2、判断电源输出电压范围；3、估算电路中实际通过的最大电流；4、确定万用表作用，并选择合适的电压档或电流档；5、用万用表测量所选择电压档的内阻和电流档的内阻；6、根据前述系统误差最小原理选择合适的连接方法；7、测量碳膜电阻和小灯泡的伏安特性数据；8、根据测量数据在坐标纸上绘制伏安特性曲线。四、实验数据作图规范（一）作图规范1、作图和列表都应真实反映测量结果，不应扩大或缩小测量精度；2、根据需要选择合适的坐标纸；这里我们选择直角坐标纸就可以。3、坐标轴的标注要反映待测物理量的名称及单位；4、坐标轴的分度要反映测量仪器的精度；原则就是凡是准确的数在坐标轴上都要能找到，凡是估读的数必须在两个坐标线之间。5、数据点要用等标注。点的大小应该是3倍精度大小。6、同一数据系列采用同一符号，不同数据系列采用不同符号标注；7、标注图名、图例、环境条件、作图人等信息；8、校准曲线连成折线，其余一般连接成平滑曲线。（二）作图示例小灯泡伏安特性曲线图，重点了解坐标轴怎么分度？一个小格代表多少？数据点怎么描？曲线怎么连结？五、总结知识：常见电阻的分类和碳膜电阻的色环标识方法。基本技能：数字万用表的使用方法。能力素质：实验分析能力、实验设计能力、数据作图能力。情感态度与价值观：什么是大学、什么是大学生、什么是大学的思维方式。六、课后作业1、完成实验报告，注意数据记录表中的有效数字记录方法，电阻的有效数字计算方法和作图规范。2、研究晶体二 极管和三极管的伏安特性曲线。对于三极管来讲，一般我们是分别测量它的输入和输出特性曲线。幻灯片1板书：电阻元件伏安特性测量共3min幻灯片2，120”讲述幻灯片3，40”幻灯片4，50”（板书）一、电阻阻值色环标识方法7min幻灯片5，3教鞭指点板书：钌是一种类似于白金的多价稀有金属，灰色幻灯片6，240”设问？与阿拉伯数字比较8和0，5和2结合幻灯片讲解棕1红2橙上3，4黄5绿6是蓝，7紫8灰9雪白，黑色是0要牢记。板书：24101幻灯片7，1指示图板板书：二、数字万用表的使用430”幻灯片8，3操作演示大家拿起桌面上的表一起来看提问：Component Object Model幻灯片9，40”幻灯片