電阻測(cè)定一例

浙江省諸暨市楓橋鎮(zhèn)中 魏建國(guó)

在多年的教學(xué)活動(dòng)中，每當(dāng)使用到電阻定律演示器時(shí)，心里總是說(shuō)不出的憋氣?？雌饋?lái)生滿銹的幾根扭曲著的合金絲，令人生厭。這么長(zhǎng)長(zhǎng)的家伙，一米多?。〈娣?、挪用都不方便，演示起來(lái)不但笨拙，而且效果也不理想。所以總是想，有什么可以替代的呢？用什么樣的材料作為電阻的能夠短一點(diǎn)呢？這樣演示儀就可以做得小巧些。其他的金屬、合金嗎？設(shè)計(jì)這個(gè)演示儀時(shí)肯定認(rèn)為這些是最合適的了，何況除此也想不出什么，因?yàn)樵S多金屬導(dǎo)電能力都較好的，導(dǎo)體要短、電阻值又要大一點(diǎn)，大多數(shù)材料很難得到。鉛筆芯嗎？據(jù)說(shuō)是以石墨為主要原料做的，而石墨導(dǎo)電性很好?。”ｋU(xiǎn)絲嗎？電阻不會(huì)大的吧。就這么想著，好幾年過(guò)去了，就這么想著，只是想著而矣，世界也不會(huì)因我的將要離去而有所特別的改變。

然而就在市里的一次技能比賽上，要完成的就是探究影響導(dǎo)體電阻大小的因素。提供的材料正是鉛筆芯！通過(guò)測(cè)試，5厘米多一點(diǎn)的某種型號(hào)鉛筆芯的阻值居然達(dá)到接近10歐！當(dāng)時(shí)心中十分的震驚，10歐姆！5厘米！這很合適。當(dāng)下就暗自感嘆：組材出題的老師真的太有才了！

實(shí)踐才是硬道理！

是的，光想有什么用，如果想當(dāng)然也行的話，那天上真的就會(huì)掉下什么餅。有了這個(gè)經(jīng)驗(yàn)和啟示，決定立馬設(shè)計(jì)新的電阻定律演示器，并準(zhǔn)備著手制作。通過(guò)將近一天的忙碌，完成了一個(gè)樣品，看起來(lái)蠻符合教材及課堂演示要求的。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：把一長(zhǎng)約15Cm帶孔和凹口的銅片插入木板的槽中，再在它的對(duì)側(cè)搜入另一彎折銅片，使得折處的兩半與它平行，且相距為1倍關(guān)系（2Cm和4Cm），上邊的凹口和孔與第一片上的對(duì)稱，這樣就能擱置長(zhǎng)短為倍數(shù)關(guān)系的鉛筆芯了。然而自已并不滿意，因?yàn)檫@個(gè)設(shè)計(jì)只是改變了試驗(yàn)導(dǎo)體的材料，儀器外觀縮小而異，用起來(lái)雖方便得多，但與長(zhǎng)度的關(guān)系探究只是一個(gè)倍數(shù)可變，與原來(lái)的一樣，其他并沒(méi)改變，而且制作一條彎折的槽不太容易。這些不足在制作的過(guò)程中就已逐漸認(rèn)識(shí)到，所以完成了一個(gè)樣品后，第二天便著手改進(jìn)，使之更簡(jiǎn)單。用兩銅片成八字形固定在木板上，在上面標(biāo)出兩銅片典型幾個(gè)對(duì)稱點(diǎn)間的距離即可。這樣，一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)可以自選。

表1 把鉛筆芯直接放在作為兩電極的銅片凹口上測(cè)定

表2 把鉛筆芯放在銅片凹口上用手指壓住測(cè)定

表3 用鱷魚(yú)夾改進(jìn)接入結(jié)構(gòu)后測(cè)定

表4 進(jìn)一步改進(jìn)接觸結(jié)構(gòu)后測(cè)定

如果沒(méi)有做第一個(gè)，第二個(gè)的改進(jìn)就無(wú)從談起，由此更深切的體會(huì)到動(dòng)手做的好處，只要做起來(lái)，就會(huì)有更深的認(rèn)知。

在這樣覺(jué)得比較滿意的情況下，開(kāi)始進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究。器材有電池合、開(kāi)關(guān)、滑動(dòng)變阻器、導(dǎo)線、電流表、電壓表，自制儀，HB0.7、HB2.0、2B0.7和一種標(biāo)有“真彩”字樣的鉛筆芯。

首次試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)附表1。

從中不難看出有很大問(wèn)題。怎么回事呢？同一筆芯的電阻短的比長(zhǎng)的還大??？這在理論上或者說(shuō)預(yù)期的電阻大小與長(zhǎng)度一致性相悖。測(cè)得的值又是如此的“巨大”，近百歐姆，電流太小，讀數(shù)誤差就大。其實(shí)把鉛筆芯放上去，閉合開(kāi)關(guān)，便已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，電壓表和電流表的指針搖擺不穩(wěn)，用手指稍微碰觸一下筆芯，指針就會(huì)晃動(dòng)得更厲害?？梢?jiàn)，出現(xiàn)的問(wèn)題與筆芯接入點(diǎn)的接觸情況有關(guān)。在技能賽上用的是鱷魚(yú)夾，固定得較穩(wěn)，不過(guò)長(zhǎng)度的確定較困難。而現(xiàn)在是把筆芯直接擱在銅片的凹口上，雖然方便多了，但接觸只是一二個(gè)點(diǎn)，加上質(zhì)輕壓力小，情況更不好了。那么把它輕輕按住呢？固然能夠穩(wěn)定下來(lái)，可以讀準(zhǔn)電流電壓的示數(shù)。這樣盡管麻煩，當(dāng)時(shí)想啊，先出來(lái)數(shù)據(jù)要緊，證實(shí)一下鉛筆芯是否真的可以作為替代品，有希望的話再改進(jìn)結(jié)構(gòu)。

按住筆芯再測(cè)，數(shù)據(jù)見(jiàn)附表2。

問(wèn)題還是很大。同樣長(zhǎng)度，粗的電阻反而比細(xì)的大，違反了電阻與導(dǎo)體粗細(xì)的背向關(guān)系。難道市售鉛筆芯有問(wèn)題？材料不均勻？通過(guò)多次改進(jìn)接觸方法，反復(fù)測(cè)試，改變電流測(cè)試，發(fā)現(xiàn)不去動(dòng)筆芯的情況下，改變電流，所測(cè)結(jié)果是比較穩(wěn)定的，甚至個(gè)別數(shù)組與理論關(guān)系很接近了。見(jiàn)附表3。

這也可以證明問(wèn)題確是出在接觸上。這個(gè)結(jié)論帶來(lái)了鼓舞，提升了信心。

通過(guò)多次反復(fù)的改進(jìn)試驗(yàn)，最后的結(jié)構(gòu)是這樣的：不用長(zhǎng)銅片。在大小約20Cm×10Cm的木板上，中間10Cm×7mm開(kāi)挖深約5mm的槽。板面上近邊處，固定第一枚2Cm×4Cm對(duì)折成直角7字形銅片，底面與木板緊貼，并裝有一個(gè)接線柱，豎起的一面用來(lái)作為筆芯的接入端。木板中間固定一把刻度尺，尺中10Cm×4mm去掉，作為另一銅片的接線柱螺絲的滑行道，實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以滑動(dòng)接線柱以調(diào)節(jié)被測(cè)筆芯的長(zhǎng)度。尖嘴內(nèi)側(cè)焊有折疊薄銅片的兩只鱷魚(yú)夾，可以很好的分別將筆芯夾在銅片上。所有的這一切，只是為了達(dá)到兩個(gè)目的：使筆芯接入良好，保證數(shù)據(jù)的可靠性；便于操作，提高實(shí)驗(yàn)效率。

用改進(jìn)的電阻定律實(shí)驗(yàn)演示器（已送去參加省第六屆自制教具評(píng)比）做實(shí)驗(yàn)，結(jié)果有多組數(shù)據(jù)與理論關(guān)系較接近，說(shuō)明測(cè)定是可靠的，改進(jìn)是成功的。但還是發(fā)現(xiàn)幾個(gè)值得注意和探討的問(wèn)題。一個(gè)是上述所用鉛筆芯的電阻（率）不算大，并且，這次采用的“HB”型號(hào)筆芯，同樣長(zhǎng)度，粗的電阻大，細(xì)的電阻小，這個(gè)仍然沒(méi)有解決。今后可以找些甚至別的材料來(lái)多試試。（6Cm長(zhǎng)φ2mm的保險(xiǎn)絲，當(dāng)電流達(dá)到0.5A時(shí)，電壓幾乎還沒(méi)讀數(shù)，不能用。）第二個(gè)是零點(diǎn)幾的電流對(duì)于這些筆芯來(lái)說(shuō)夠大的了，產(chǎn)生的熱量會(huì)使筆芯溫度升很高，從而影響實(shí)驗(yàn)值。第三個(gè)，操作時(shí)要仔細(xì)小心，小的筆芯易斷；鱷魚(yú)夾固定筆芯時(shí)，接入部分的長(zhǎng)度要看清，因?yàn)殚L(zhǎng)度不大，所以主觀誤差可能為被放大。從這次探究的最后一組數(shù)據(jù)（見(jiàn)附表4）可以看出，這些問(wèn)題是可能存在的。至于與理論上電阻定律的吻合度，可能還受其他因素影響，雖不足以對(duì)教學(xué)活動(dòng)和效果構(gòu)成不良影響，但還是有待繼續(xù)研究改進(jìn)，并懇請(qǐng)廣大智者指導(dǎo)。

實(shí)驗(yàn)記錄：

真理是令人滿意的東西，真理意味著成功。人們只有去實(shí)踐，才能發(fā)現(xiàn)真理，不斷接近真理。人的一生，是個(gè)學(xué)習(xí)的過(guò)程，教育的重點(diǎn)，不但要教孩子如何學(xué)習(xí)知識(shí)，學(xué)習(xí)做人，更要教他們?nèi)绾稳?dòng)手做，去參加社會(huì)實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)。在做的過(guò)程中學(xué)，在實(shí)踐的過(guò)程中更能發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題，獲得新的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，也更能開(kāi)發(fā)學(xué)生的智力和創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)，因?yàn)檫@更符合人——作為生物體的發(fā)展規(guī)律！一切生物的生存規(guī)律“適者生存”是一樣的，獅子老虎豹，從小不但善于“看”（學(xué)）父母的捕獲技巧，更善于捉對(duì)練習(xí)，才使得其成為食物鏈的塔尖部分。已故的美國(guó)著名教育哲學(xué)家杜威的許多觀點(diǎn)，值得深思，在這個(gè)簡(jiǎn)單的教具改進(jìn)探索中，充分體現(xiàn)了實(shí)踐才是硬道理。教學(xué)生也一樣，重要的并不是一些所謂的知識(shí)，而是要讓其能發(fā)展?，F(xiàn)在的基礎(chǔ)教育，幾乎以考試為教學(xué)目的，學(xué)校孤立于社會(huì)，令人憂慮。

*附圖

比較：

第一種，木底板上割兩條槽不易，兩銅片不同距離對(duì)稱打孔麻煩，銅片是嵌入式的，固定不易，接線柱不易搞定，又只有兩種固定長(zhǎng)度可試。

第二種，制作較簡(jiǎn)單?？梢赃x擇更多不同長(zhǎng)度的材料做試驗(yàn)。

注：銅板上的圓孔是放置鉛筆芯用的，便于掛起來(lái)給學(xué)生演示。

上緣剪去的凹口，平放著做的時(shí)候用來(lái)擱置鉛筆芯，方便。

第三種，看起來(lái)更簡(jiǎn)單，便用更方便，用兩只焊有軟銅片的鯉魚(yú)夾把筆芯接夾在接線柱上，效果很好。

[1]賴峰.杜威是美國(guó)實(shí)用主義哲學(xué)家和教育家[OL].智客網(wǎng),http://laifeng.cnp-km.com/ArticleDetail.aspx？DetailID=197493.

[2]人民網(wǎng)http://bbs1.people.com.cn/post Detail.do？id=1747385.

[3]近代美國(guó)教育家杜威[OL].中學(xué)語(yǔ)文網(wǎng)中網(wǎng),http://laomu.cn/xueke/2008/200803/xueke_50624_2.html.