伏安法测电阻的教学心得

2017-01-18陈端友杨永栩杜倩倩张欣蕊

广西物理 2016年2期

关键词：伏安电压表电流表

陈端友，杨永栩，杜倩倩，张欣蕊

(广西师范大学物理科学与技术学院，广西桂林 541004)

伏安法测电阻的教学心得

陈端友，杨永栩†，杜倩倩，张欣蕊

(广西师范大学物理科学与技术学院，广西桂林 541004)

《大学物理实验》是当今大多数高校公共课的必修部分，而伏安法测电阻是一块重要的内容，是教学的难点和重点。学生对这一部分内容的学习即使花费了大量的时间，还是存在比较多的知识漏洞，无法达到实验的目的，如何进行高质量的教学成为很多教师困扰的问题。笔者从亲身经历与教学经验出发，总结学生在课上容易出现的问题，以便教师更好的有针对性地进行授课。

伏安法；器材；内接法；外接法；实验数据

1 引言

《大学物理实验》是当今大学教育中比较重要的一门学科，它重视学生的动手能力、思考能力、比较能力等多种能力的综合训练和培养。伏安法测电阻就是物理实验中必选的一节，这一部分内容由于电学仪器多，电路接线复杂，对学生的综合思考能力要求较高，因此成为了学生学习的难点、老师教学的重点。该实验虽在高中物理中也有涉及，但是由于高中教育更注重于如何取得高分，因此学生在高中所掌握的也大多数是理论知识，学生几乎没有亲自做过这个实验，其动手能力并没有达到大学物理实验课的基准。如果教师不在讲课过程中对其进行正确的引导，学生往往会出现积极性降低、耗费时间多等问题。

那么，学生在实验过程中会遇到怎样的问题，教师又如何有条理性的开展该部分内容的教学，找到更好的方法利于学生的理解消化成为了一个重要的课题。笔者结合自己的亲身经历和教学经验，从教学过程中遇到的问题出发，总结了教学经验和心得，以望与大家共同交流切磋。

2 实验方法的理解

实验电路图1如下图所示。整体实验思路如下：该实验的目的是测量出未知电阻箱中的阻值，对于阻值的测量方法我们采用的是应用欧姆定律，分别测量出待测电阻两端的电压、通过待测电阻的电流，然后求得其阻值的大小。这种间接的实验测量方法其实在很早之前就开展过了，例如固体密度的测定、用单摆测重力加速度等。

但是大部分学生在实验桌面前不知道要做什么，从哪里开始下手，教师往往将其归结为动手能力差，这种认识是错误的。学生在实验过程中的慌乱往往是由于预习不够全面，对于理论知识和实验过程、步骤掌握不到位，实验中不知道要测什么，所以导致一下子不知如何下手。因此在实验之前，教师应当对学生进行充分的理论指导和相关内容的讲解，让学生在做实验之前有整体的把握和认识。

3 实验器材的选择

由于实验室内的实验仪器众多，仅本实验中涉及到的滑动变阻器、指针式电压表和电流表就有多种不同的种类和规格，如果学生在实验之前对此没有了解，就会在操作中出现一些问题：第一，不知道选用哪些仪器哪些规格（量程）；第二，选用仪器规格不合适或操作不当容易烧坏仪器，甚至发生人身危险。例如本实验中的所涉及到的电源的选择，如果学生选用的电源电压过大，则容易导致电路中电阻和电表烧毁等问题，如果选用的电源电压过小，则实验数据测量值过小，会导致数据精度的下降，影响实验效果。因此，教师在带领学生做实验之前，应该事先把实验中涉及到的实验仪器向学生介绍一遍，把实验中可能涉及到的问题、注意事项讲述清楚。

4 内外接法的理解

由于本实验是用伏安法测量未知电阻的阻值，因此就涉及到用电压表和电流表测量电压、电流的问题。在电路连接时，电压表和电流表的连接主要有两种方式：外接法和内接法。在实际操作中，这两种方法都是近似的方法，都无法精准的测得待测电阻的阻值，并且用这两种方法测出的电阻阻值是不同的。但是如果不跟学生讲清楚，学生并不知道为什么会出现不同的阻值。接下来详细讲解一下外接法和内接法。

外接法：电压表接在待测电阻两端，用外接法测得的电阻阻值与真实阻值相比，结果偏小[1]。此时，电压表测得的电压值是待测电阻的真实电压，但是电流表测得的电流并非待测电阻的真实电流。由于电压表电阻不是无限大，因此无法看成断路，在电压表中实际上是有电流通过的，则电流表测得的电流就是电压表和待测电阻的总电流。也就是说，测得的电流值偏大了。根据欧姆定律R=U/I，U不变，I比实际情况大，因此R比实际情况小。在实际操作中，如果电压表的电阻要比待测电阻的阻值大的多得多，则电压表的分流作用就可以忽略不计，用外接法的误差就比较小。

内接法：电压表跨接在电流表和待测电阻两端，用外接法测得的电阻阻值与真实阻值相比，结果偏大[1]。此时，电流表测得的电流值是通过待测电阻的真实电流，但是电压表测得的电流非待测电阻的真实电压。由于电流表电阻并非为零，因此电流表实际上是有分压作用的，电压表测得的电压实际上是待测电阻与电流表两端的电压总和。也就是说，测得的电压值偏大了。根据欧姆定律R=U/I，I不变，U比实际情况大，因此R比实际情况大。在实际操作中，如果电流表的阻值远远小于所测量的电阻值，这时电流表的分压很小时，用这种方法误差就比较小。

像这种由于测量所依据的理论公式本身的近似性，或实验条件不能达到理论公式所规定的要求，所带来的误差称为理论误差[1]。

5 实验数据的记录

实验中最重要的一步就是实验数据的记录和处理，由于学生把大部分的时间花在如何去连接线路和调节实验仪器上，所以实验数据的记录和处理并不能引起学生太多的重视。这里是学生最容易出错的地方。

实验数据一般是由真实值、估算值和单位组成。在真实值的记录时，学生应该在看到正确实验现象后，才能开始记录。但由于伏安法测电阻实验中使用的是指针式多量程的电流表和电压表，因而在记录数据时一定要待电表的指针不再晃动，且指针的位置超过表盘的三分之二时才能达到最高精度（若指针的位置没有超过表盘的三分之二则应断开电路重新选择量程直至满足这一条件为止）。此时的示数并不是测量结果，测量结果应为目光与表盘垂直时所看到的指针偏转格数除以总的刻度数再乘上此时电表的量程。即：

测量结果=指针偏转格数/总的刻度数×电表量程

由于电表的测量是不可能百分百（理想）精密的，为此需要估读到精确度的下一位来减少测量误差，使得测量结果更加接近于真实值。最后，设置表格记录数据，并在每一个数据的后面带上单位。