自來水電阻率的測定
湖北省英山縣第一中學 汪玉龍 陳守富【教學過程】
一、提出研究課題
布置實驗預習時，提出以下研究課題：
1.回憶測定金屬電阻率的原理是什么?需要測定哪些物理量，需要哪些器材，需要注意哪些問題。
2.現在要測定自來水的電阻率，能否借鑒測定金屬電阻率的方法？如果能，考慮可采用哪些方法，需要哪些器材；如果不能，則困難在哪里，能否想辦法解決。
3.考慮本實驗過程中可能會發生哪些故障，應注意哪些問題，各實驗器材、儀表的使用方法是否熟練掌握。
二、討論實驗方案
提出研究課題后，學生相互探討，提出測自來水電阻率的主要困難在于它不像金屬絲一樣有固定形狀，繼而討論解決的辦法。學生一致認為用直玻璃管盛入自來水，使之成為水柱，即可解決問題。經進一步的討論，學生提出多種實驗方案，經教師適當地加以引導和歸納，得到較典型的兩種實驗方案。
方案一：伏安法
把自來水盛在長直玻璃管中，兩端用橡皮塞堵住，并插入硬電極，將其接入電路，用伏安法測出水柱兩端的電壓u和通過的電流i，則據歐姆定律r=u/i可求出水柱電阻。用米尺測出水柱的實際長度l，用游標卡尺測出玻璃管的內徑r，通過s=πr2算出s的大小，由公式r=ρl/s即可求出ρ值的大小。電路如圖1所示，由于自來水電阻值很大，故電路采用內接法。
方案二：萬用電表直接測量法
玻璃管中水柱的電阻也可用萬用電表歐姆擋直接測出，其他步驟和方案一相同，電路如圖2所示。
三、探索實驗方法
由學生自由地選擇方案，確定實驗器材，分組實驗。學生大致按以下實驗步驟進行操作：
①用游標卡尺測出玻璃管的內徑r；
②將玻璃管盛水，兩端用橡皮塞堵住，用米尺測出水柱的實際長度l；
③在橡皮塞上插入硬電極，按事先設計的方案連接好電路，測出水柱的電阻r或一組u、i的值；
④改變水柱的實際長度，重做上述實驗三次。
以上各步中所測得的數據均應填入事先設計的表格中，算出每組所測出的電阻率，取平均值。
學生在實驗過程中出現了以下一些問題：
①選擇方案一的實驗組中絕大部分選擇安培表作為電路中電流表使用，結果指針幾乎不動，經研究討論后，才陸續將安培表換作毫安表，實驗結果較好。
②算出結果后，各實驗小組相互比較所測得的電阻率的數值，發現差別較大，其中最大的為84.36ω·m，最小的為68.23ω·m。教師提問：為什么會有如此大的差別?能否找出原因?學生仔細觀察分析后，整理下列四種可能原因：一是偶然誤差；二是各組所用儀表不準或不一致；三是各組所用自來水本身有差別；四是各組所采用的電極形狀大小與水柱接觸面不同，電極插入水中的深度不同。進一步分析得出，最后一種原因可能是主要原因。教師建議：換用不同形狀、大小的電極再做實驗，并討論采用怎樣的電極最為合理。
③幾乎沒有人注意到溫度對電阻率的影響而主動提出對自來水溫度的測定，教師建議：請同學們換用熱水重做幾組實驗，看測量結果和冷水是否相同。這說明大家的實驗步驟中忽略了什么?
四、撰寫實驗報告
實驗結束后，教師指導學生撰寫實驗報告，實驗報告包括以下幾點：
①所設計實驗的原理、實驗條件；
②實驗所用的器材及簡單電路圖；
③所設計實驗的詳細操作步驟；
④列出實驗數據記錄表格，算出實驗結果，得出實驗結論。