例谈如何突破电学实验教学难点

2014-01-08祁红菊

物理教师 2014年8期

关键词：量程变阻器电压表

祁红菊

（江苏省常州市奔牛高级中学，江苏常州 213131）

在电学实验中，如何选择电学实验器材、如何选择测量电路、控制电路的问题，一直以来都是高考的热点也是高三物理复习教学的难点.本文拟设计一系列的问题进行变式教学，探讨如何破解此类难点，并对学生进行创新与发散思维的训练.

1 以“问题组群”唤醒知识

用“问题组群”构筑物理基础知识复习的方法是高三物理复习教学中非常有效的策略.通过以下的“问题组群”可以唤醒学生已有的知识和学生一起总结出常用的结论，让学生理解和掌握知识的本质.

问题1.用伏安法测定某一电阻R的值，其基本测量电路有哪几种？

解析：考虑到电流表连入的方式有两种，即内接法和外接法.滑动变阻器连入的方式也有两种，即分压和限流.综合起来共有4种电路，如图1所示.但通常情况下，由于限流电路能量消耗小，结构较简单，因此优先考虑滑动变阻器限流接法.

图1

问题2.怎样判断电流表应采用外接还是内接？

问题3.怎样判断滑动变阻器应采用分压电路还是限流电路？

例1.电源E＝4V，内阻不计，滑动变阻器R0＝20Ω，电流表和电压表各1只，均看作理想电表，现用伏安法测一电阻R，阻值约为10Ω.

（1）若要求R上电压从0开始调节，则滑动变阻器R0应如何接入？

（2）若R的额定功率P＝0.1W，则滑动变阻器R0如何接入？

（3）若所要测的电阻R阻值约为100Ω，滑动变阻器R0应如何接入？

总结：① 若需要从0开始连读可调电压，应选分压电路；②限流无法保证电路的安全时必须采用分压电路；③ 当变阻器阻值比被测电阻R小很多时.为使被测电阻中电流有明显变化，也应选分压电路.

2 以“典型例题”感悟方法

正确地选择仪器和电路的问题，有一定的灵活性.解决时应掌握和遵循一些基本的原则即“安全性原则”、“精确性原则”、“方便性原则”和“经济性原则”.“安全性原则”即不超过仪表仪器的量程，元件不被损坏；“精确性原则”一方面指要优化电路结构，尽量减小系统误差，另一方面指电表的指针偏转能超过1/3满偏且能取得多组数据；“方便性原则”指选用的实验仪器要便于操作，根据电路中可能出现的电流或电压范围需选择滑动变阻器，对高阻值的变阻器，如果滑动头稍有移动，使电流电压有很大变化的，不宜采用；“经济性原则”指“仪器少”、“耗电少”.以上各方面要综合考虑，灵活运用.

例2.有一个电阻Rx，其阻值大约是10Ω，额定功率为0.9W，请在以下器材中选择适当的器材测出其阻值.

电源E1：电动势为4.5V，内阻不计；电源E2：电动势为9V，内阻不计；电压表V1：量程为5V，内阻为10kΩ；电压表V2：量程为3V，内阻为6kΩ；电流表A1：量程为300mA，内阻为4Ω；电流表A2：量程为0至50mA，内阻约20Ω；滑动变阻器R：最大阻值范围40Ω，额定电流1.5A；开关和若干导线.

为了尽量减小误差，要求多测多组数据，试画出符合要求的实验电路图.

总结：选择电学实验仪器和实验电路的基本方法是应先依据题意确定实验方案，并由实验方案正确选择电流表、电压表和滑动变阻器等仪器，然后再确定电流表的内外接法，最后选择控制电路并画出实验电路图.

图2

3 以“变式拓展”提升思维

“变式拓展”可以激发学生的求知欲，使学生的学习不只是停留于事物的表象，而是能自觉地从本质看问题.

变式拓展1.上例中若额定功率为0.9W未告之，且给定器材中去除电源E2，其他不变，则画出符合要求的实验电路图.

变式拓展2.上例中若要测的是电压表V2的内阻，且可供选择的器材如下.

电源E：电动势为4.5V，内阻不计；电压表V1：量程为5V，内阻约为10kΩ；待测电压表V2：量程为3V，内阻约为6kΩ；电流表A1：量程为300mA，内阻约为4Ω；电流表A2：量程为0至50mA，内阻约20Ω；电流表A3：量程为0至500μA，内阻约200Ω；滑动变阻器R：最大阻值范围40Ω，额定电流1.5A；开关和若干导线.

为了尽量减小误差，要求多测多组数据，试画出符合要求的实验电路图.

变式拓展3.若拓展2中提供的电压表V1的内阻是10 kΩ，其他不变，为了尽量减小误差，要求多测多组数据，试选择合适的器材并画出符合要求的实验电路图.

图3

图4

变式拓展4.若上例中要测量的是电流表A1的内阻，且可供选择的器材如下.

电源E：电动势为1.5V，内阻不计；待测电流表A1：量程为300mA，内阻约为4Ω；电流表A2：量程为50mA，内阻20Ω；电压表V1：量程为5V，内阻约为10kΩ；电压表V2：量程为3V，内阻约为6kΩ；滑动变阻器R1：最大阻值范围10Ω，额定电流1.5A；滑动变阻器R2：最大阻值范围500Ω，额定电流0.5A；开关和若干导线.

为了尽量减小误差，要求多测多组数据，试画出符合要求的实验电路图.

解析：首先根据实验目的确定实验方案即伏安法.

其次根据实验方案选出器材：先选出唯一的器材如电源、开关和导线.此题电流表不必再选，因为待测电流表本身可以显示电流值.若选择电压表测电压，据电流表两端的最大电压约为Ir1＝0.3×4V＝1.2V，应选 V2.但是由精确性可知，电压表示数应不小于量程的1/3，选V2的有效读数范围太小.因为电流表A2的内阻已知，故可将其当作电压表使用，直接与待测电表并联即可.滑动变阻器应选R1.对于R2而言，有效的调节长度大小，将导致电流强度值随滑动片位置的变化太敏感.调节不方便.