例談如何突破電學(xué)實驗教學(xué)難點

祁紅菊

（江蘇省常州市奔牛高級中學(xué)，江蘇 常州 213131）

在電學(xué)實驗中，如何選擇電學(xué)實驗器材、如何選擇測量電路、控制電路的問題，一直以來都是高考的熱點也是高三物理復(fù)習(xí)教學(xué)的難點.本文擬設(shè)計一系列的問題進(jìn)行變式教學(xué)，探討如何破解此類難點，并對學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新與發(fā)散思維的訓(xùn)練.

1 以“問題組群”喚醒知識

用“問題組群”構(gòu)筑物理基礎(chǔ)知識復(fù)習(xí)的方法是高三物理復(fù)習(xí)教學(xué)中非常有效的策略.通過以下的“問題組群”可以喚醒學(xué)生已有的知識和學(xué)生一起總結(jié)出常用的結(jié)論，讓學(xué)生理解和掌握知識的本質(zhì).

問題1.用伏安法測定某一電阻R的值，其基本測量電路有哪幾種？

解析：考慮到電流表連入的方式有兩種，即內(nèi)接法和外接法.滑動變阻器連入的方式也有兩種，即分壓和限流.綜合起來共有4種電路，如圖1所示.但通常情況下，由于限流電路能量消耗小，結(jié)構(gòu)較簡單，因此優(yōu)先考慮滑動變阻器限流接法.

圖1

問題2.怎樣判斷電流表應(yīng)采用外接還是內(nèi)接？

問題3.怎樣判斷滑動變阻器應(yīng)采用分壓電路還是限流電路？

例1.電源E＝4V，內(nèi)阻不計，滑動變阻器R0＝20Ω，電流表和電壓表各1只，均看作理想電表，現(xiàn)用伏安法測一電阻R，阻值約為10Ω.

（1）若要求R上電壓從0開始調(diào)節(jié)，則滑動變阻器R0應(yīng)如何接入？

（2）若R的額定功率P＝0.1W，則滑動變阻器R0如何接入？

（3）若所要測的電阻R阻值約為100Ω，滑動變阻器R0應(yīng)如何接入？

總結(jié)：① 若需要從0開始連讀可調(diào)電壓，應(yīng)選分壓電路；②限流無法保證電路的安全時必須采用分壓電路；③ 當(dāng)變阻器阻值比被測電阻R小很多時.為使被測電阻中電流有明顯變化，也應(yīng)選分壓電路.

2 以“典型例題”感悟方法

正確地選擇儀器和電路的問題，有一定的靈活性.解決時應(yīng)掌握和遵循一些基本的原則即“安全性原則”、“精確性原則”、“方便性原則”和“經(jīng)濟性原則”.“安全性原則”即不超過儀表儀器的量程，元件不被損壞；“精確性原則”一方面指要優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)，盡量減小系統(tǒng)誤差，另一方面指電表的指針偏轉(zhuǎn)能超過1/3滿偏且能取得多組數(shù)據(jù)；“方便性原則”指選用的實驗儀器要便于操作，根據(jù)電路中可能出現(xiàn)的電流或電壓范圍需選擇滑動變阻器，對高阻值的變阻器，如果滑動頭稍有移動，使電流電壓有很大變化的，不宜采用；“經(jīng)濟性原則”指“儀器少”、“耗電少”.以上各方面要綜合考慮，靈活運用.

例2.有一個電阻Rx，其阻值大約是10Ω，額定功率為0.9W，請在以下器材中選擇適當(dāng)?shù)钠鞑臏y出其阻值.

電源E1：電動勢為4.5V，內(nèi)阻不計；電源E2：電動勢為9V，內(nèi)阻不計；電壓表V1：量程為5V，內(nèi)阻為10kΩ；電壓表V2：量程為3V，內(nèi)阻為6kΩ；電流表A1：量程為300mA，內(nèi)阻為4Ω；電流表A2：量程為0至50mA，內(nèi)阻約20Ω；滑動變阻器R：最大阻值范圍40Ω，額定電流1.5A；開關(guān)和若干導(dǎo)線.

為了盡量減小誤差，要求多測多組數(shù)據(jù)，試畫出符合要求的實驗電路圖.

總結(jié)：選擇電學(xué)實驗儀器和實驗電路的基本方法是應(yīng)先依據(jù)題意確定實驗方案，并由實驗方案正確選擇電流表、電壓表和滑動變阻器等儀器，然后再確定電流表的內(nèi)外接法，最后選擇控制電路并畫出實驗電路圖.

圖2

3 以“變式拓展”提升思維

“變式拓展”可以激發(fā)學(xué)生的求知欲，使學(xué)生的學(xué)習(xí)不只是停留于事物的表象，而是能自覺地從本質(zhì)看問題.

變式拓展1.上例中若額定功率為0.9W未告之，且給定器材中去除電源E2，其他不變，則畫出符合要求的實驗電路圖.

變式拓展2.上例中若要測的是電壓表V2的內(nèi)阻，且可供選擇的器材如下.

電源E：電動勢為4.5V，內(nèi)阻不計；電壓表V1：量程為5V，內(nèi)阻約為10kΩ；待測電壓表V2：量程為3V，內(nèi)阻約為6kΩ；電流表A1：量程為300mA，內(nèi)阻約為4Ω；電流表A2：量程為0至50mA，內(nèi)阻約20Ω；電流表A3：量程為0至500μA，內(nèi)阻約200Ω；滑動變阻器R：最大阻值范圍40Ω，額定電流1.5A；開關(guān)和若干導(dǎo)線.

為了盡量減小誤差，要求多測多組數(shù)據(jù)，試畫出符合要求的實驗電路圖.

變式拓展3.若拓展2中提供的電壓表V1的內(nèi)阻是10 kΩ，其他不變，為了盡量減小誤差，要求多測多組數(shù)據(jù)，試選擇合適的器材并畫出符合要求的實驗電路圖.

圖3

圖4

變式拓展4.若上例中要測量的是電流表A1的內(nèi)阻，且可供選擇的器材如下.

電源E：電動勢為1.5V，內(nèi)阻不計；待測電流表A1：量程為300mA，內(nèi)阻約為4Ω；電流表A2：量程為50mA，內(nèi)阻20Ω；電壓表V1：量程為5V，內(nèi)阻約為10kΩ；電壓表V2：量程為3V，內(nèi)阻約為6kΩ；滑動變阻器R1：最大阻值范圍10Ω，額定電流1.5A；滑動變阻器R2：最大阻值范圍500Ω，額定電流0.5A；開關(guān)和若干導(dǎo)線.

為了盡量減小誤差，要求多測多組數(shù)據(jù)，試畫出符合要求的實驗電路圖.

解析：首先根據(jù)實驗?zāi)康拇_定實驗方案即伏安法.

其次根據(jù)實驗方案選出器材：先選出唯一的器材如電源、開關(guān)和導(dǎo)線.此題電流表不必再選，因為待測電流表本身可以顯示電流值.若選擇電壓表測電壓，據(jù)電流表兩端的最大電壓約為Ir1＝0.3×4V＝1.2V，應(yīng)選 V2.但是由精確性可知，電壓表示數(shù)應(yīng)不小于量程的1/3，選V2的有效讀數(shù)范圍太小.因為電流表A2的內(nèi)阻已知，故可將其當(dāng)作電壓表使用，直接與待測電表并聯(lián)即可.滑動變阻器應(yīng)選R1.對于R2而言，有效的調(diào)節(jié)長度大小，將導(dǎo)致電流強度值隨滑動片位置的變化太敏感.調(diào)節(jié)不方便.

圖5

最后考慮滑動變阻器的接法，實驗電路如圖5所示.

在以上的問題變式教學(xué)中，教師要多創(chuàng)造條件鼓勵學(xué)生用自己的思維說出對題的認(rèn)識.在對話交流中反思，由表及里，從“變”中發(fā)現(xiàn)“不變”的本質(zhì)，提升解決問題的能力.

1 王光毅.高中物理電學(xué)實驗器材的電路的選擇［J］.物理教學(xué)探討，2010，（8）：8－10.