高中物理電學(xué)中電路與器材的選擇策略探析

汪緒樂(lè)

摘要：隨著新課改的實(shí)施，培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)，成為教學(xué)工作者理應(yīng)達(dá)成的目標(biāo)。物理作為一門系統(tǒng)性的邏輯學(xué)科，在教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)工作者需要結(jié)合學(xué)生特點(diǎn)，轉(zhuǎn)變教學(xué)思路，有效進(jìn)行物理課程的規(guī)劃設(shè)計(jì)。電學(xué)是物理學(xué)科中重要的構(gòu)成部分，需要教學(xué)工作者在實(shí)踐中加以利用。本文以高中物理人教版電學(xué)課程內(nèi)容為例，分析高中物理電學(xué)中電路與器材的選擇原則，進(jìn)而闡述基本的策略。

關(guān)鍵詞：高中物理;電學(xué);電路;器材;選擇策略

引言

電學(xué)是物理課程知識(shí)點(diǎn)的主要構(gòu)成部分，是系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)單元。由于內(nèi)容相對(duì)枯燥，而且知識(shí)點(diǎn)繁多，如果按照傳統(tǒng)的教學(xué)方法，學(xué)生無(wú)法真正理解和消化。教學(xué)工作者應(yīng)該激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，盡可能地將抽象的知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^的教學(xué)內(nèi)容，以案例研究的方法，讓學(xué)生深化記憶。電路與器材的選擇是摸索電學(xué)知識(shí)必不可少的環(huán)節(jié)，教學(xué)工作者應(yīng)該在安全原則下，有效地引導(dǎo)學(xué)生熟悉電路與操作各種電器，進(jìn)而更快地掌握電學(xué)知識(shí)。

一、電路與器材選擇的基本原則

1.安全原則

電學(xué)實(shí)驗(yàn)可以多種多樣，以不同的形式呈現(xiàn)，例如教師示范學(xué)生參觀，或者是分組實(shí)驗(yàn)，抑或是單人實(shí)驗(yàn)等。但是無(wú)論何種電學(xué)實(shí)驗(yàn)，都離不開帶有危險(xiǎn)性的電路器材，這些器材五花八門，適應(yīng)了課程知識(shí)的需求。但因?yàn)檎n程知識(shí)點(diǎn)分散，需要在教學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐過(guò)程中融入。需要注意的是，這時(shí)候?qū)W生依然不具備獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的能力，由于未曾將知識(shí)點(diǎn)統(tǒng)一摸索清楚，因此在使用電器方面，也容易手足無(wú)措。以高二人教版物理選修31為例，在第三單元磁場(chǎng)的學(xué)習(xí)中，包括電流和磁場(chǎng)。這一章節(jié)蘊(yùn)含大量的知識(shí)點(diǎn)，需要學(xué)生能夠掌握電流磁場(chǎng)的形成以及發(fā)散原理。因此，首先要做的是通過(guò)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生將電線與直流板串聯(lián)，緊接著通過(guò)吸鐵石感應(yīng)磁場(chǎng)。但是有的學(xué)生容易在串接的過(guò)程中將正負(fù)兩極接反，造成電路燒毀。除此之外，其他一些實(shí)驗(yàn)失誤，如電流表燒毀、電表讀數(shù)與量程嚴(yán)重不符等，不僅會(huì)造成實(shí)驗(yàn)效率不高，最重要的是還會(huì)引發(fā)大量的安全事故，造成人員傷亡。因此在進(jìn)行相關(guān)電路實(shí)驗(yàn)和器材選擇的過(guò)程中，教學(xué)工作者需要有機(jī)地進(jìn)行引導(dǎo)，對(duì)學(xué)生各自的實(shí)驗(yàn)過(guò)程格外關(guān)注，尤其是在初期階段，需要具備一定的安全意識(shí)。

2.準(zhǔn)確原則

有些教師往往在帶領(lǐng)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，為了注重實(shí)驗(yàn)的節(jié)奏，就沒(méi)有對(duì)具體的實(shí)驗(yàn)步驟做出進(jìn)一步優(yōu)化，也沒(méi)有對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行精準(zhǔn)分析。而這就等于是將原有傳統(tǒng)的課堂照搬到實(shí)驗(yàn)中，做了無(wú)用功。確保所選擇的電路器材能夠完成實(shí)驗(yàn)，并且準(zhǔn)確無(wú)誤，這是極為重要的。以高二人教版物理選修32為例，在第四單元電磁感應(yīng)中，有交變電流一章節(jié)的知識(shí)，區(qū)分交流電與直流電的區(qū)別，需要將兩種不同的器材進(jìn)行對(duì)接，測(cè)算電流度數(shù)的不同。但是相關(guān)教師選擇的電流表嚴(yán)重超出范圍，導(dǎo)致兩種電路都不能達(dá)成想要的效果，因此產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)誤差。教學(xué)工作者需要根據(jù)電學(xué)實(shí)驗(yàn)提供的已知條件，估算具體的電壓和電流等相關(guān)有效數(shù)據(jù)，然后匹配合適的電路與實(shí)驗(yàn)器材;相反，若在實(shí)驗(yàn)以后再進(jìn)行選擇，就會(huì)耽誤實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

3.適用原則與方便原則

除此以外，盡管電路和器材能夠匹配完成實(shí)驗(yàn)，但依然要遵循最優(yōu)原則。有些電路與器材組合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以后需要花大量時(shí)間拆裝以及布置，不僅線路復(fù)雜、安全性不高，還會(huì)影響學(xué)生的實(shí)驗(yàn)心情。因此盡可能地以方便原則為前提，在實(shí)驗(yàn)前期，就對(duì)不同的幾種電路器材反復(fù)對(duì)比，將其按復(fù)雜程度劃分等級(jí)，盡可能地簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)線路。通過(guò)這種方式，能夠迅速引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)狀態(tài)，使其更快地理解物理電學(xué)知識(shí)。

二、器材的選擇策略

1.電源的選擇

電學(xué)實(shí)驗(yàn)，必不可少的就是電源。只有接通了電源，才能開始探測(cè)信號(hào)，有了電力信號(hào)，才能傳播電流以及電力磁場(chǎng)。以高二物理選修31為例，第二章節(jié)為恒定電流，需要安排兩個(gè)級(jí)數(shù)不等的電阻，并且準(zhǔn)備相應(yīng)的電流變壓器，從而形成逆向的電流差，在不同的電阻摩擦下，形成相應(yīng)的壓強(qiáng)。但是電源的選擇與實(shí)際的實(shí)驗(yàn)要求有關(guān)，不能隨便安排。一般來(lái)說(shuō)，如果電線線路過(guò)多，電源產(chǎn)生的電流電壓就過(guò)快，頻率較高。如果線路較少，則可以選擇電壓較低的交流電源。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是計(jì)算電源至每一部分電流停滯的時(shí)間，需要以低壓交流電源為準(zhǔn)，這樣產(chǎn)生的電流不會(huì)造成整體線路的損壞。另外，電流出現(xiàn)火花，如果承受力較大，有可能產(chǎn)生爆炸。因此，電火花計(jì)時(shí)器的交流電源最多為50 Hz。干電池一般被用于測(cè)量?jī)?nèi)電阻和電動(dòng)勢(shì)的實(shí)驗(yàn)之中，在這一實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，需要描述等勢(shì)線，6 V的直流電源作為工作砝碼最為便捷。

2.電壓表和電流表的選擇

接通電源以后，這只是實(shí)驗(yàn)的開始。其他必不可少的實(shí)驗(yàn)器材中，電流與電壓是繞不開的話題。電壓與電流貫穿整個(gè)電學(xué)，因此，電壓表與電流表是常見的實(shí)驗(yàn)器材。電流表與電壓表也需要按照實(shí)驗(yàn)等標(biāo)準(zhǔn)來(lái)定。如果是簡(jiǎn)單的判斷電流與電壓的傳導(dǎo)過(guò)程，則可以減少電源參數(shù)與最大電流值等元素，額定電壓也可以適當(dāng)減少;而如果需要發(fā)現(xiàn)電壓與電流在干擾狀態(tài)下的反應(yīng)過(guò)程，則應(yīng)該增加線路，就需要提高電源參數(shù)等數(shù)值。因此，教學(xué)工作者需要根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，確定不同數(shù)值的電流表與電壓表，進(jìn)而選擇正確的電壓表與電流表。

三、電路的選擇策略

1.供電電路的設(shè)計(jì)思路

（1）限流接法的供電電路選擇

在限流接法的供電電路a，b兩個(gè)輸出端接上負(fù)載電阻Rx后，負(fù)載電阻兩端電壓的可調(diào)節(jié)范圍為ERxR+Rx-E，電壓無(wú)法從零開始調(diào)節(jié)。但是，限流接法的供電電路操作便捷、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耗電量小，通常優(yōu)先考慮這種電路。此外，根據(jù)限流接法的特點(diǎn)，負(fù)載電阻的阻值一般較小，調(diào)節(jié)電路時(shí)，要先將滑動(dòng)變阻器的滑片置于最大阻值處，再逐步調(diào)節(jié)滑片，使其達(dá)到合適的狀態(tài)。

（2）分壓接法的供電電路選擇

分壓接法的供電電路中，負(fù)載電阻兩端電壓的可調(diào)節(jié)范圍為0～E，也就是說(shuō)，負(fù)載電阻兩端的電壓可以從零開始調(diào)節(jié)。例如，在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中，要求小燈泡的電壓從零開始，并且有足夠大的電壓調(diào)節(jié)范圍，就只能選擇分壓接法。當(dāng)實(shí)驗(yàn)中提供的滑動(dòng)變阻器阻值較小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于負(fù)載電阻時(shí)，選擇限流接法無(wú)法調(diào)節(jié)電壓與電流，也必須采用分壓接法。

2.測(cè)量電路的設(shè)計(jì)思路

由歐姆定律可以知道電阻的阻值，因此，通過(guò)測(cè)量待測(cè)電阻兩端的電壓U以及流過(guò)待測(cè)電阻的電流I，就可以計(jì)算得到待測(cè)電阻的阻值R。但是，我們?cè)跍y(cè)量電流時(shí)，需要將電流表串聯(lián)在電路中。當(dāng)我們將電流表串聯(lián)在電壓表的測(cè)量范圍之內(nèi)，稱之為“內(nèi)接法”;當(dāng)我們將電流表串聯(lián)在電壓表的測(cè)量范圍之外，稱之為“外接法”。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在現(xiàn)代教育背景下，教學(xué)工作者教育學(xué)生應(yīng)該脫離傳統(tǒng)的教學(xué)思維，轉(zhuǎn)向以人為本的科學(xué)化教育策略。物理邏輯性較強(qiáng)，需要借助于實(shí)驗(yàn)逐一將知識(shí)點(diǎn)分解。在電學(xué)學(xué)習(xí)中，更應(yīng)針對(duì)復(fù)雜深?yuàn)W的知識(shí)內(nèi)容，設(shè)計(jì)具體的實(shí)驗(yàn)流程。器材以及電路，是實(shí)驗(yàn)的重要構(gòu)成部分，是使實(shí)驗(yàn)效果具有有效性的根本保障，需要對(duì)此做出相應(yīng)的探索性。

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責(zé)任編輯：丁?蔚