自来水电阻率的测定

自来水电阻率的测定

【教学过程】

一、提出研究课题

布置实验预习时，提出以下研究课题：

1.回忆测定金属电阻率的原理是什么?需要测定哪些物理量，需要哪些器材，需要注意哪些问题。

2.现在要测定自来水的电阻率，能否借鉴测定金属电阻率的方法？如果能，考虑可采用哪些方法，需要哪些器材；如果不能，则困难在哪里，能否想办法解决。

3.考虑本实验过程中可能会发生哪些故障，应注意哪些问题，各实验器材、仪表的使用方法是否熟练掌握。

二、讨论实验方案

提出研究课题后，学生相互探讨，提出测自来水电阻率的主要困难在于它不像金属丝一样有固定形状，继而讨论解决的办法。学生一致认为用直玻璃管盛入自来水，使之成为水柱，即可解决问题。经进一步的讨论，学生提出多种实验方案，经教师适当地加以引导和归纳，得到较典型的两种实验方案。

方案一：伏安法

把自来水盛在长直玻璃管中，两端用橡皮塞堵住，并插入硬电极，将其接入电路，用伏安法测出水柱两端的电压u和通过的电流i，则据欧姆定律r=u/i可求出水柱电阻。用米尺测出水柱的实际长度l，用游标卡尺测出玻璃管的内径r，通过s=πr2算出s的大小，由公式r=ρl/s即可求出ρ值的大小。电路如图1所示，由于自来水电阻值很大，故电路采用内接法。

方案二：万用电表直接测量法

玻璃管中水柱的电阻也可用万用电表欧姆挡直接测出，其他步骤和方案一相同，电路如图2所示。

三、探索实验方法

由学生自由地选择方案，确定实验器材，分组实验。学生大致按以下实验步骤进行操作：

①用游标卡尺测出玻璃管的内径r；

②将玻璃管盛水，两端用橡皮塞堵住，用米尺测出水柱的实际长度l；

③在橡皮塞上插入硬电极，按事先设计的方案连接好电路，测出水柱的电阻r或一组u、i的值；

④改变水柱的实际长度，重做上述实验三次。

以上各步中所测得的数据均应填入事先设计的表格中，算出每组所测出的电阻率，取平均值。

学生在实验过程中出现了以下一些问题：

①选择方案一的实验组中绝大部分选择安培表作为电路中电流表使用，结果指针几乎不动，经研究讨论后，才陆续将安培表换作毫安表，实验结果较好。

②算出结果后，各实验小组相互比较所测得的电阻率的数值，发现差别较大，其中最大的为84.36ω·m，最小的为68.23ω·m。教师提问：为什么会有如此大的差别?能否找出原因?学生仔细观察分析后，整理下列四种可能原因：一是偶然误差；二是各组所用仪表不准或不一致；三是各组所用自来水本身有差别；四是各组所采用的电极形状大小与水柱接触面不同，电极插入水中的深度不同。进一步分析得出，最后一种原因可能是主要原因。教师建议：换用不同形状、大小的电极再做实验，并讨论采用怎样的电极最为合理。

③几乎没有人注意到温度对电阻率的影响而主动提出对自来水温度的测定，教师建议：请同学们换用热水重做几组实验，看测量结果和冷水是否相同。这说明大家的实验步骤中忽略了什么?

四、撰写实验报告

实验结束后，教师指导学生撰写实验报告，实验报告包括以下几点：

①所设计实验的原理、实验条件；

②实验所用的器材及简单电路图；

③所设计实验的详细操作步骤；

④列出实验数据记录表格，算出实验结果，得出实验结论。