在探究实验中应该充分发挥实验的作用——谈初中“测量小灯泡电功率”的教学

杨雄生

（北京教育学院朝阳分院 北京 100026）

杜玉萍

（北京中医药大学附属中学 北京 100013）

实验是物理学的基础，也是物理教学的基础.物理教学应该充分发挥演示实验与学生实验的作用，使其为教与学服务.

“新课程标准”要求物理教学应该渗透“探究思想”，培养学生的“创新能力”，要完成此任务，需充分发挥实验的作用.

现以初中“测定小灯泡电功率”的课堂教学为例，谈谈笔者的做法.

上课伊始，教师宣布：“我们进行连接电路比赛，要求用最少的元件，既能控制小灯泡的亮与灭，还能控制灯的亮暗程度.”

大约经1.5～2min，已有不少学生完成实验要求.教师点名表扬最先完成要求的三四名学生，并要求已完成实验的学生帮助尚未完成的学生，在4min左右全班都完成了实验.

图1

先让全班一起体验实验要求，既能控制小灯泡的亮与灭，还能控制灯的亮暗程度；再让一位学生将电路图画在黑板上，如图1所示.师生一起总结，要用最少元件完成实验，需要的元件有电池、开关、灯泡、滑动变阻器与导线.

师：我们学过许多物理量，有电荷量、电流、电压、电阻、电功率等等，哪个物理量是用来表示灯的亮暗程度？通过讨论得出电功率用来表示灯的明暗程度的结论.

师：我们要测量实验中小灯泡的电功率，怎么办？

生：需要测出通过小灯泡的电流与小灯泡两端的电压.

师：为什么？

生：因为电功率等于电流乘以电压，测出电流与电压，相乘就得出电功率.

师：测量电流需用电流表，测量电压需用电压表.使用电流表与电压表要注意什么？

生：（1）电流表测电流应该与小灯泡串联，电压表测电压应该与小灯泡并联；

（2）正确选择量程；

（3）电流应该从电表的正接线柱流入，从负接线柱流出；

（4）认真、正确读数.

师：我们的实验电源是两节干电池（3V），小灯泡的电阻大约10Ω，电流表与电压表应该选择什么量程？

生：电流表选0～0.6A；电压表选0～3V.

教师请一位学生将电路图画在黑板上，要求标出电表的量程与正、负接线柱，如图2所示.

图2

师：请同学们按要求开始实验，先测两次小灯泡的电功率.注意应测量、记录哪些物理量，才能算出小灯泡的电功率，最好能自己设计一个表格.

师（等学生随意测量两次小灯泡的电功率之后）：小灯泡的电功率有额定功率与实际功率之分，刚才同学们测定的电功率大部分都是实际功率.同学们实验用的小灯泡额定电压都是2.5V，如何测定它的额定功率？

生：先用滑动变阻器将小灯泡的电压调到2.5 V，然后读出通过它的电流，就能算出它的额定电功率了.

师：我们的实验，除了要求测定小灯泡的额定电功率外，还要求测定两次非额定状态下的实际电功率，一次电压是额定电压的80% ；一次为额定电压的120%.

师：请按要求开始实验.

图3 学生正在进行实验

表1是两组学生实验的数据，数据是由学生表述，教师填写的，最后一列“灯泡的电阻”暂不出现.

师：能否将这三次电功率取平均值，作为小灯泡发光的平均电功率？为什么？

生：不能，因为这是在不同情况下发光的电功率，不能取平均值.

师：就我们测量的数据，还能得出什么物理量？

生：小灯泡的电阻.

师：请大家将自己小灯泡的电阻计算出来；我们也可以将表1中两个小灯泡的电阻算出来.

填上表1中右边最后一行的数值.

师：我们能不能将表中三次电阻取平均作为小灯泡的电阻？为什么？

生：不行！因为这是在不同情况下小灯泡的电阻，也就是不同温度下的电阻，不能取平均值.

师：虽然不能将不同温度下的电阻取平均值作为小灯泡电阻的准确值.但从表1中，可以知道这种小灯泡的电阻大约是10Ω，而且我们的实验还以此为根据来估计通过小灯泡的电流的大小，作为选择电流表量程的依据.

师：在初中物理中，我们利用滑动变阻器改变电路中的电流时，都是采用“一上一下”的接法.我们的实验电路如图4（a）和（b）所示，滑动变阻器接入电路的方法都是接“上方接线柱C，D中的一个”与“下方接线柱A，B中的一个”.

图4 滑动变阻器接法实验电路示意图

师：我们又知道，变阻器接入电路的接线柱不同，用以改变电路电流的那一部分电阻是不一样的，因此，当滑片朝同一方向滑动时，电路的电流是变大还是变小也不一样.

我们能利用现在的电路，稍改变一下接法，来“体验”滑动变阻器的作用吗？这个实验应该如何做呢？

生甲：这个实验应该分两次做，第一次，变阻器“上方的接线柱”不动，改变接入电路“下方的接线柱”，朝同一个方向移动滑片P，电流变大与变小应该正好相反.

第二次，变阻器“下方的接线柱”不动，改变接入电路“上方的接线柱”，朝同一个方向移动滑片P，电流变大与变小应该不变.

师：这位同学说得很好，而且把实验现象会发生怎样变化都说出来了.要求同学们利用现有的电路，亲自体验一下现象是否像这位同学所说的.

实验有如下要求：实验之前，先分析实验可能出现的现象，我们称为“预判”；再用实验验证自己的“预判”是否正确；最后，给大家一个比较详细的解释.

第一次实验后，生甲：“我实验的线路图是图4（b），闭合开关S，再推滑动变阻器的滑片P向右移动时，电压表与电流表的读数是增大的；将接入电路的接线柱由B改接A时，再推滑动变阻器的滑片P仍向右移动时，电压表与电流表的读数都是减小的.

这个现象是因为改接接线柱前，滑动变阻器接入电路的电阻是PB部分，当滑片P向右移动时，PB部分电阻减小，所以，电路的电流增大，小灯泡两端的电压也增大；改接接线柱后，滑动变阻器接入电路的电阻是PA部分，当滑片P仍向右移动时，PA部分电阻增大，所以，电路的电流减小，小灯泡两端的电压也减小，这就是我们看到的实验现象.”

师：实验与解释都很好！

师：我们再体验第二个实验.

第二次实验后，学生乙：我实验的线路图是图4（a），闭合开关S，推滑动变阻器的滑片P向右移动时，电压表与电流表的读数是减小的；当将接入电路的接线柱由D改接C时，再推滑动变阻器的滑片P仍向右移动时，电压表与电流表的读数仍是减小的.

这是因为对于图4（a）的线路，变阻器接入电路是AP部分，不论滑动变阻器上方接入电路的的接线柱是C还是D，当滑片P向右移动时，AP部分电阻都增大，电路的电流都是减小的，小灯泡两端的电压也是减小的，这就是我们看到的实验现象.

师：实验与解释都很好！

师：我们利用现成的实验线路再做第三个实验.仍以图4为例，将接在小灯泡两端的电压表，改接在变阻器两端，实验现象有何变化？请注意，挪电压表时，要注意电压表接线柱的接法.

要求也是先进行分析预判，再用实验验证自己的分析预判是否正确，请同学们将电路图、预判与实验现象都记录下来，将这个实验作为课后的作业，在作业中给予比较详细的解释.

作业题目就是本实验要求，解题要求有三部分，第一，实验前的分析预判；第二，实验现象；第三，解释实验现象，在解释中，假设电源电压3V不变.

本实验过程；本堂课的总结；课后有两道与电功率有关作业.（均略）

对本课的几点说明.

采用“连接电路比赛”引入新课，预期尽快调动学生参与活动的积极性，尽快让学生进入“角色”.实践证明，只用两分多钟，就将学生学习的积极性调动起来，说明预设是成功的.

笔者还将“连接电路比赛”这种引入新课的方法，推广到“串、并联电路”；“探究串、并联电路的电流规律”；“探究串、并联电路的电压规律”；“测量小灯泡的电阻”等课中，虽经多次重复，学生并没有表现出“审美疲劳”的情绪，还是很热情地参与比赛.说明这种引课的方法符合初中学生的学习心理，而且效果很好，可以推广.经过多次练习，学生连接电路的技能已经非常熟练.

对“最后利用现成的实验线路再做三个实验”的做法，有教师认为没有必要，应该腾出这部分时间，让学生多做几道题.在这种思想的指导下，有的教师为了“赶任务”，只用半堂课就做完“测量小灯泡的电功率”实验，利用剩下的时间，让学生做几道习题，认为这样才能提高学生的中考成绩.

有这种想法的教师并非个别.例如，在“探究动滑轮的省力与机械效率”实验中，有些教师总是先规定“弹簧测力计（拉细绳）只能沿竖直方向匀速提升物体”，然后匆匆忙忙“赶任务”做完实验，腾出时间做习题.

面对现成的仪器，为什么不能花几分钟，让学生随意提升物体，这样就能发现竖直提升物体与斜向提升物体.弹簧测力计的读数不一样.然后启发学生通过实验亲自体验两个过程，第一，弹簧测力计（拉细绳）竖直提升物体，与斜向提升物体.弹簧测力计的读数一样吗？谁大？第二，同样沿竖直方向提升物体，匀速与加速.弹簧测力计的读数一样吗？谁大？

在这两个实验的基础上，教师才能说：“在初中阶段，为了简化问题，有关动滑轮的实验，规定“弹簧测力计（拉细绳）只能沿竖直方向匀速提升物体.”这样处理探究实验才能体现物理教学的“实验性”与“讲理性”，也为以后深入讨论有关动滑轮问题留下一定的“窗口”.

“新课程标准”要求物理教学应该渗透“探究思想”，培养学生的“创新能力”，为此，特别提倡让学生亲身经历某些实验过程，从中体验物理思想与物理方法.基于这种想法，本堂课中，不急于让学生赶快按照教师的要求做实验，而是让学生两次随意测定小灯泡的电功率，再提出实验要求……主要让学生慢慢“品味”实验，最后还增加了“利用现成的实验线路再做三个实验”，这三个实验内容，也常见于物理习题中.教师只是利用现成的电路实现习题与实验相结合，让学生体验“学中玩”、“玩中学”；在这个过程中，特别强调“预判—实验—说理”，如果经过数次的重复，且学生能养成这种习惯，那么，跳出“题海”提高中考成绩，也就是“水到渠成”的事了.

以上的想法与做法，仅仅是一家之言，大胆提出来，与同行商榷，敬请批评指正.