电阻测定一例

2012-04-27浙江省诸暨市枫桥镇中魏建国

电子世界 2012年1期

浙江省诸暨市枫桥镇中魏建国

在多年的教学活动中，每当使用到电阻定律演示器时，心里总是说不出的憋气。看起来生满锈的几根扭曲着的合金丝，令人生厌。这么长长的家伙，一米多啊！存放、挪用都不方便，演示起来不但笨拙，而且效果也不理想。所以总是想，有什么可以替代的呢？用什么样的材料作为电阻的能够短一点呢？这样演示仪就可以做得小巧些。其他的金属、合金吗？设计这个演示仪时肯定认为这些是最合适的了，何况除此也想不出什么，因为许多金属导电能力都较好的，导体要短、电阻值又要大一点，大多数材料很难得到。铅笔芯吗？据说是以石墨为主要原料做的，而石墨导电性很好啊！保险丝吗？电阻不会大的吧。就这么想着，好几年过去了，就这么想着，只是想着而矣，世界也不会因我的将要离去而有所特别的改变。

然而就在市里的一次技能比赛上，要完成的就是探究影响导体电阻大小的因素。提供的材料正是铅笔芯！通过测试，5厘米多一点的某种型号铅笔芯的阻值居然达到接近10欧！当时心中十分的震惊，10欧姆！5厘米！这很合适。当下就暗自感叹：组材出题的老师真的太有才了！

实践才是硬道理！

是的，光想有什么用，如果想当然也行的话，那天上真的就会掉下什么饼。有了这个经验和启示，决定立马设计新的电阻定律演示器，并准备着手制作。通过将近一天的忙碌，完成了一个样品，看起来蛮符合教材及课堂演示要求的。结构简单：把一长约15Cm带孔和凹口的铜片插入木板的槽中，再在它的对侧搜入另一弯折铜片，使得折处的两半与它平行，且相距为1倍关系（2Cm和4Cm），上边的凹口和孔与第一片上的对称，这样就能搁置长短为倍数关系的铅笔芯了。然而自已并不满意，因为这个设计只是改变了试验导体的材料，仪器外观缩小而异，用起来虽方便得多，但与长度的关系探究只是一个倍数可变，与原来的一样，其他并没改变，而且制作一条弯折的槽不太容易。这些不足在制作的过程中就已逐渐认识到，所以完成了一个样品后，第二天便着手改进，使之更简单。用两铜片成八字形固定在木板上，在上面标出两铜片典型几个对称点间的距离即可。这样，一定长度范围内可以自选。

表1 把铅笔芯直接放在作为两电极的铜片凹口上测定

表2 把铅笔芯放在铜片凹口上用手指压住测定

表3 用鳄鱼夹改进接入结构后测定

表4 进一步改进接触结构后测定

如果没有做第一个，第二个的改进就无从谈起，由此更深切的体会到动手做的好处，只要做起来，就会有更深的认知。

在这样觉得比较满意的情况下，开始进行了实验探究。器材有电池合、开关、滑动变阻器、导线、电流表、电压表，自制仪，HB0.7、HB2.0、2B0.7和一种标有“真彩”字样的铅笔芯。

首次试验数据见附表1。

从中不难看出有很大问题。怎么回事呢？同一笔芯的电阻短的比长的还大！？这在理论上或者说预期的电阻大小与长度一致性相悖。测得的值又是如此的“巨大”，近百欧姆，电流太小，读数误差就大。其实把铅笔芯放上去，闭合开关，便已经发现，电压表和电流表的指针摇摆不稳，用手指稍微碰触一下笔芯，指针就会晃动得更厉害。可见，出现的问题与笔芯接入点的接触情况有关。在技能赛上用的是鳄鱼夹，固定得较稳，不过长度的确定较困难。而现在是把笔芯直接搁在铜片的凹口上，虽然方便多了，但接触只是一二个点，加上质轻压力小，情况更不好了。那么把它轻轻按住呢？固然能够稳定下来，可以读准电流电压的示数。这样尽管麻烦，当时想啊，先出来数据要紧，证实一下铅笔芯是否真的可以作为替代品，有希望的话再改进结构。

按住笔芯再测，数据见附表2。

问题还是很大。同样长度，粗的电阻反而比细的大，违反了电阻与导体粗细的背向关系。难道市售铅笔芯有问题？材料不均匀？通过多次改进接触方法，反复测试，改变电流测试，发现不去动笔芯的情况下，改变电流，所测结果是比较稳定的，甚至个别数组与理论关系很接近了。见附表3。

这也可以证明问题确是出在接触上。这个结论带来了鼓舞，提升了信心。

通过多次反复的改进试验，最后的结构是这样的：不用长铜片。在大小约20Cm×10Cm的木板上，中间10Cm×7mm开挖深约5mm的槽。板面上近边处，固定第一枚2Cm×4Cm对折成直角7字形铜片，底面与木板紧贴，并装有一个接线柱，竖起的一面用来作为笔芯的接入端。木板中间固定一把刻度尺，尺中10Cm×4mm去掉，作为另一铜片的接线柱螺丝的滑行道，实验时，可以滑动接线柱以调节被测笔芯的长度。尖嘴内侧焊有折叠薄铜片的两只鳄鱼夹，可以很好的分别将笔芯夹在铜片上。所有的这一切，只是为了达到两个目的：使笔芯接入良好，保证数据的可靠性；便于操作，提高实验效率。

用改进的电阻定律实验演示器（已送去参加省第六届自制教具评比）做实验，结果有多组数据与理论关系较接近，说明测定是可靠的，改进是成功的。但还是发现几个值得注意和探讨的问题。一个是上述所用铅笔芯的电阻（率）不算大，并且，这次采用的“HB”型号笔芯，同样长度，粗的电阻大，细的电阻小，这个仍然没有解决。今后可以找些甚至别的材料来多试试。（6Cm长φ2mm的保险丝，当电流达到0.5A时，电压几乎还没读数，不能用。）第二个是零点几的电流对于这些笔芯来说够大的了，产生的热量会使笔芯温度升很高，从而影响实验值。第三个，操作时要仔细小心，小的笔芯易断；鳄鱼夹固定笔芯时，接入部分的长度要看清，因为长度不大，所以主观误差可能为被放大。从这次探究的最后一组数据（见附表4）可以看出，这些问题是可能存在的。至于与理论上电阻定律的吻合度，可能还受其他因素影响，虽不足以对教学活动和效果构成不良影响，但还是有待继续研究改进，并恳请广大智者指导。

实验记录：

真理是令人满意的东西，真理意味着成功。人们只有去实践，才能发现真理，不断接近真理。人的一生，是个学习的过程，教育的重点，不但要教孩子如何学习知识，学习做人，更要教他们如何去动手做，去参加社会实践和实验。在做的过程中学，在实践的过程中更能发现新的问题，获得新的知识和经验，也更能开发学生的智力和创造性思维的培养，因为这更符合人——作为生物体的发展规律！一切生物的生存规律“适者生存”是一样的，狮子老虎豹，从小不但善于“看”（学）父母的捕获技巧，更善于捉对练习，才使得其成为食物链的塔尖部分。已故的美国著名教育哲学家杜威的许多观点，值得深思，在这个简单的教具改进探索中，充分体现了实践才是硬道理。教学生也一样，重要的并不是一些所谓的知识，而是要让其能发展。现在的基础教育，几乎以考试为教学目的，学校孤立于社会，令人忧虑。

*附图