“閉合電路電勢降落”的動態(tài)展示儀

1 教學啟示

閉合電路知識對高學生學習是一大飛躍，其中電動勢的理解對學生是一大難點，內、外電路的電勢降落對教學是一個關鍵點，盡管教材上用了內外電路電勢降落的示意式圖線（圖1）和兒童滑梯的比喻式情景（圖2），但教學中學生仍覺得十分抽象，教師也苦無良策，只能按常規(guī)講解再講解，要學生想象再想象，結果教師紙上談兵，一臉無奈，學生霧里看花，一頭霧水，只好在日后教學中慢慢的補救。試想：如果能把閉合電路充分解剖，用實物實景直觀展示出內、外電路的電勢降落和其動態(tài)的工作狀態(tài)，那么既消除了學生的神秘感又激發(fā)了學生的探究欲，使教學具體而生動，使知識實際而清晰。為此我設計制作了閉合電路電勢降落的動態(tài)演示儀。

2 實驗裝置

2.1 原理圖如圖3

用廢舊的電瓶車電池與電阻絲組成閉合電路，用示波器對閉合電路的電勢進行動態(tài)展示。

2.2 器材選用

①鉛酸蓄電池，稀硫酸濃度40%，體積約

1 300ml，正極鉛板5塊，負極鉛板（海綿狀鉛）6塊，充電24小時，電壓約為2.18V。

②電阻絲選用鐵鉻合金絲φ=0.3mm，長度l=18cm，電阻約為4.5Ω。

③J2459型學生示波器，掃描范圍10kHz~100kHz之間，衰減1 000檔。

④銅片1cm，滑管選用PVC管φ16mm，長13.5cm，槽寬1cm。

3 展示現象

3.1 零電勢顯示

y輸入接圖3中的Q點，調節(jié)示波器出現圖4，即選取Q點電勢為零，代表電勢的圖線位置見圖4的亮線（以下簡稱電勢線）。

3.2 電動勢的效果展示

y輸入接A，電勢線迅速升高至圖5位置，這充分顯示出電動勢的效果。

3.3 外電路電勢降落的展示。y輸入接C并向右逐漸滑動可動導線夾，可看到電勢線逐漸向下平移，很直觀地展示出外電路的電勢降落情景，滑動至B時電勢線的位置見圖6。

3.4 內電路中的高電勢點顯示。y輸入接P即為內電路中的最高電勢點，可看見電勢線的位置升高至如圖7。

3.5 內電路中電勢降落展示。y輸入接P并逐漸向左移動P可看見電勢線逐漸向下平移，直觀地展示出內電路的電勢降落情景，當移至Q附近，電勢線位置見圖8，返回至圖4的位置。

3.6 若輔以定量的電勢降落數據記錄，即還可驗證E=U+U′的結論。

4 主要特點

4.1 把閉合電路電勢降落的全景全貌直觀地、動態(tài)地顯示出來。

4.2 將內電路的電勢變化，電勢高低，內電壓的極性解剖式地暴露出來。

4.3 學生對電源的工作狀態(tài)和對電動勢的物理意義的認識由神秘而抽象變?yōu)楦行远唧w。

4.4 可以定量驗證電動勢等于內、外電路上電壓之和的結論。

(欄目編輯王柏廬)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。