模块化教学在电位差计实验中的应用

罗晓琴

(西南科技大学，四川绵阳 621010)

我国对模块化教学的研究和实践大概从上世纪90年代已经开始进行探索，并总结出了相对适合我国国情的“宽基础，活模块”教育模式，从以人为本、全面育人的教育理念出发，根据当代高校人才培养目标要求，通过模块课程间灵活合理的搭配，培养学生宽泛的基础人文素质，基础从业能力和较高的专业能力［1-2］。模块化教学的特点是:既增强了内容的灵活性又便于实现不同层次教学阶段的内容衔接;既采用综合模块，促进知识之间、知识与技能之间的沟通又通过模块的合理组合，便于形成一定专业人才的合理的知识和能力结构。

我校物理实验借助模块化教育模式的理念，根据学校自身专业设置的特点和物理实验的基本现状，将分散的物理实验知识点按其内在的逻辑组合成相对独立的模块单元，比如以某个物理量为核心的同一物理量多种测量方法的单元模块，以某个实验仪器为中心的同一仪器的多种功能应用模块，以电学(或光学)为中心的专业基础单元模块等等，再按不同专业层次的不同需求进行积木似的组装，达到让学生能够将物理实验知识的融会贯通和实践技能与创新能力提升的目的。以电位差计这个实验仪器为核心，充分展示了实验模块化教学方法之一:同一物理实验仪器测量多个物理量的实验模块教学思路与优势［3］。

1 电位差计的工作原理

1.1 补偿法测电压的原理

补偿法测电压的基本原理如图1所示［4］。图中Ex是待测电压，E0是可调的已知电压。调节E0使回路中检流计G的示数为零，这时表明回路中两电源的电动势方向相反，大小相等。故数值上有:Ex=E0。

这时，我们称电路得到补偿。在补偿条件下，因回路中无电流，即使Ex有较大的内阻，也不会像使用电压表测量电源电动势那样，由于电源自身的电压降无法测出而造成测量结果偏小。

图1 测量电动势的补偿电路

如图2所示。UJ31型电位差计由工作回路、校准回路和测量回路组成。

第一次补偿:工作电流标准化。将开关K掷到N，调节电阻Rn，使检流计G的指针指零，则有:Es=IRsab。

第二次补偿:得到被测电压。再将开关K掷到X，调节Rx，再次使检流计G的指针指零，则有:UX=IRxbc。

在电阻Rx的位置上可以直接标出与IRxbc对应的电动势(或电压)，故在仪器的面板上就直接读出电动势(或电压)的数值。

图2 UJ31型电位差计的工作原理图

2 电位差计的模块化应用

2.1 电位差计测电阻

2.1.1 替代法侧电阻

图3 UJ31型电位差计替代法测电阻

图4 UJ31型电位差计比较法测电阻

如图3所示。开关K1掷到A端，将变滑线变阻器滑片的滑到较低的位置，则测出被测电阻Rx两端的电压UX。保持UX和滑动变阻器的状态不变，将开关K1掷向B端，调节可变电阻R1的阻值，使与电位差相连的检流计G的指针再次指零，则此时R1上所示的电阻值就是被测电阻 Rx的阻值［5］。

2.1.2 比较法测电阻

如图4所示。分别测出端电压U1和Ux，由R1和Rx的串联关系可以得到如下等式:U1/R1=U/R，所以 R=，从而得到被测电阻R的xxxx阻值。

2.2 电位差计校正电流表

如图5所示。电路中R1是定值标准电阻，测出其两端电压，则电路中流过电流表的电流I=U1/R1。改变滑线变阻器的滑片位置就可以实现零到最大电流的校正［6］。

图5 UJ31型电位差计较正电流表

2.3 电位差计校正电压表

图6 UJ31型电位差计较正电压表

如图6所示。分别测出电路中两定值标准电阻R1和R2的端电压，则有U1/R1=U2/R2。所以U2=R2/R1*U1。控制R1和R2的阻值大小就可以校正各种量程的电压，控制滑线变阻器的滑片的位置就可以实现电压表的电压从零大最大值的变化。［7］

2.4 电位差计测甲电池电动势和内阻

图7 UJ31型电位差计测甲电池的电动势和内阻

如图7所示。其中Ra是可变电阻(数量级在百欧)，Rb是已知定值标准电阻，此时测得Rb两端电压为U1，改变Ra的电阻为Ra'，测得 Rb两端的电压为U2，则可以建立方程组如下［8-9］:

联立求解可得Ex和r，多次改变Ra的大小就可以得到多个方程组，从而求得和。

电位差计还可以测电容、电感以及微小长度等多个能够转换成电压的物理量。比如电位差计能测电阻，而电阻的长度变了阻值就不同，因此电位差计也就能间接地测量长度。

3 结 论

通过电位差计的以上应用，分别实现了电压、电流、电阻、电动势与内阻等物理量的测量，不仅拓展了电位差计仪器的功能，更好地将这些分散的实验知识和技能以电位差计为中心组成一个有效的模块单元，既便于记忆与掌握，又达到举一反三，融会贯通的教与学的目的。根据我校物理实验开课的实际情况，在实验教学过程中灵活选取不同的模块单元在不同的专业和不同层次的学生中实施模块化实验教学，提高了学生的实验技能和创新能力，取得了很好的实验教学效果。

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