电流通过纯电阻与非纯电阻时,能量转化关系的演示实验

作者:梁原

物理教师 2005年07期

  电流通过纯电阻与非纯电阻时的能量转化关系,是高中物理直流电路部分的重点知识,但由于课本中没有非纯电阻电流、电压关系的演示实验和学生实验,因此学生缺乏必要的感性知识,对相关问题感到很生疏,再加上能量问题本身较抽象,学生很难从生活实际中总结出准确的数量关系。为了帮助更多的学生克服学习困难,提高课堂学习效率,笔者利用玩具直流电动机,设计了两个简便的演示实验,在实践中收到了明显的教学效果。

  实验原理:

  当电流通过玩具直流电动机时,电动机转动起来,它相当于一个非纯电阻;当电流通过玩具直流电动机时,用手握住电动机转轴,使电动机不转动,这时它相当于一个纯电阻。分别测量这两种情况下流过玩具电动机的电流值、它两端的电压值,用多用电表测出电动机的电阻,利用公式计算出热功率;利用公式P=UI计算出总功率,再求出两种情况下,热功率占总功率的百分比,虽然受误差、热损耗的影响不可能在实际实验中得到准确的能量关系数值,但通过这两个比值,可以反应出电流通过非纯电阻与纯电阻时,不同的能量转化关系。

  [实验1]

  实验器材:

  多用电表,两节新的1号干电池,玩具直流电动机,J0402型电流表100mA量程,J0402型电压表3V量程,滑动变阻器(0~50Ω)。

  实验步骤:

  (1)用多用电表测出电动机电阻为3Ω。

  

  图1

  (2)按图1所示电路图连接好电路。

  (3)闭合开关,使电动机转动,调节滑动变阻器的阻值,记录电压、电流值。

  (4)分别计算热功率、总功率及热功率占总功率的百分比,对比功率关系。

  数据见表1:

  表1

  

  实验结论:

  电流通过非纯电阻时,热功率在总功率中所占比值较小。

  [实验2]

  实验器材:

  两节新的1号干电池,玩具直流电动机,J0402型电流表1A量程,J0402型电压表3V量程,滑动变阻器(0~20Ω)。

  实验电路图如图1所示,闭合开关S后,注意用手握住电动机转轴,使电动机不转动。其他实验步骤与实验1的步骤相同。

  数据见表2:

  表2

  

  实验结论:

  电流通过纯电阻时,热功率在总功率中所占比值很高。

  教师可以引导学生对比两个实验结论、考虑电动机转动时具有什么能量,纯电阻发热后与电动机外壳、周围空气的热传导问题等,在此基础上,教师稍加分析,学生就很容易理解在理想情况下,能量关系是:电流通过非纯电阻时,;电流通过纯电阻时,。

作者介绍:梁原 北京矿业学院附属中学,100083

作者:梁原

物理教师 2005年07期

  电流通过纯电阻与非纯电阻时的能量转化关系,是高中物理直流电路部分的重点知识,但由于课本中没有非纯电阻电流、电压关系的演示实验和学生实验,因此学生缺乏必要的感性知识,对相关问题感到很生疏,再加上能量问题本身较抽象,学生很难从生活实际中总结出准确的数量关系。为了帮助更多的学生克服学习困难,提高课堂学习效率,笔者利用玩具直流电动机,设计了两个简便的演示实验,在实践中收到了明显的教学效果。

  实验原理:

  当电流通过玩具直流电动机时,电动机转动起来,它相当于一个非纯电阻;当电流通过玩具直流电动机时,用手握住电动机转轴,使电动机不转动,这时它相当于一个纯电阻。分别测量这两种情况下流过玩具电动机的电流值、它两端的电压值,用多用电表测出电动机的电阻,利用公式计算出热功率;利用公式P=UI计算出总功率,再求出两种情况下,热功率占总功率的百分比,虽然受误差、热损耗的影响不可能在实际实验中得到准确的能量关系数值,但通过这两个比值,可以反应出电流通过非纯电阻与纯电阻时,不同的能量转化关系。

  [实验1]

  实验器材:

  多用电表,两节新的1号干电池,玩具直流电动机,J0402型电流表100mA量程,J0402型电压表3V量程,滑动变阻器(0~50Ω)。

  实验步骤:

  (1)用多用电表测出电动机电阻为3Ω。

  

  图1

  (2)按图1所示电路图连接好电路。

  (3)闭合开关,使电动机转动,调节滑动变阻器的阻值,记录电压、电流值。

  (4)分别计算热功率、总功率及热功率占总功率的百分比,对比功率关系。

  数据见表1:

  表1

  

  实验结论:

  电流通过非纯电阻时,热功率在总功率中所占比值较小。

  [实验2]

  实验器材:

  两节新的1号干电池,玩具直流电动机,J0402型电流表1A量程,J0402型电压表3V量程,滑动变阻器(0~20Ω)。

  实验电路图如图1所示,闭合开关S后,注意用手握住电动机转轴,使电动机不转动。其他实验步骤与实验1的步骤相同。

  数据见表2:

  表2

  

  实验结论:

  电流通过纯电阻时,热功率在总功率中所占比值很高。

  教师可以引导学生对比两个实验结论、考虑电动机转动时具有什么能量,纯电阻发热后与电动机外壳、周围空气的热传导问题等,在此基础上,教师稍加分析,学生就很容易理解在理想情况下,能量关系是:电流通过非纯电阻时,;电流通过纯电阻时,。

作者介绍:梁原 北京矿业学院附属中学,100083


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