物理教学中如何培养学生实验设计能力
南京市秦淮中学 吕长林 211100
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内容提要:
物理学是一门实验学科,新课标提倡科学探究,如何在物理实验教学中体现新的教学理念,教会学生科学探究方法及培养他们的能力就显得非常的重要.在教学中,我发现电学部分的"电阻的测量"方法多,内容重要,特别是在给定的条件下如何设计电路很有趣,让学生了解电阻测量的基本方法,努力设计合理电路,这对培养学生实验设计能力,增强学生自信心很有好处.本文重点介绍了电阻测量的七种方法以及不同方法的优缺点.
新课程标准实施以来教学方式发生了根本性的变化,从"教师讲授,学生接受"向"倡导自主学习,重视科学探究"转变.物理学是一门实验科学,实验教学能够培养学生科学素养提高学生的探究能力.在高中物理电学部分,"电阻的测量"是个热点,同时也是难点.我在教学中能够与学生共同探讨测量电阻的方法,并能根据要求及所给的实验仪器选择最佳的方法设计出最恰当的电路.经过一段时间的努力,难点终于被突破,学生的电路设计能力有了较大的提高,更为难能可贵的是在这探究设计过程中让学生们尝试到了成功的喜悦,并且对物理学产生了浓厚的兴趣.下面就电阻测量的基本方法作个简单介绍:
一,替代法
用如图1所示的电路测Rx的阻值,步骤如下:
将滑动变阻器滑片P滑至最左端,闭合S1将S2接1,滑动滑片P,使得安培表有个较好的读数I.
将电阻箱R1阻值调为最大,保持R2滑片P的位置不变,调节R1阻值,使得安培表读数仍为I.
由于两次安培表读数都为I,故Rx=R1
此种方法的优点是消除了伏安法中电表内阻对测量结果的影响,缺点是电阻箱的阻值R1不能连续调节.
比较法
例1:利用如图2所示的电路测Rx的电阻步骤如下:闭合电键S,调节R1和 R2使得A和A1分别有一个合适读数I和I1,若A内阻不计,则,其中R1为电阻箱R1的阻值,若A的内阻RA已知,则
例2:利用如图3所示电路测量电压表V1的电阻(其中R1为已知阻值的定值电阻)测量步骤如下: 闭合电键S,调节滑动变阻器滑片得出电压表V1和V2的读数是和,由于两条支路两端的电压相等,故

则
例3:利用如图4所示的电路测量待测电阻的阻值,其中R为阻值已知的定值电阻, R1为滑动变阻器,电流表A内阻可以忽略.
实验步骤如下:将S2向d闭合,S1向a闭合,记下电流表读数I1,再将S2向c闭合,S1向b闭合,记下电流表读数I2,由于A的电阻不计,故两次都可以认为RX与R并联,第一次测出的是RX支路中的电流,第二次测出的是R支路中的电流.由于两条并联支路两端的电压相等,故 ,所以 .
这种测电阻方法的优点是:尽量少进行直接测量多运用比较的方法,以此减少由于测量仪器的不准确而带来的误差.但此方法也会由于电表的内阻而产生系统误差.
半偏法测量电压表电阻
如图5所示,闭合电键S,调节电阻箱R1=0,再调节滑动变阻器R,使得电压表指针满偏.然后保持滑动变阻器P的位置不变,调节电阻箱R1使得电压表指针半偏,记下电阻箱的阻值R1,则有 .
这种方法是在半偏法测电流表内阻的基础上拓展出来的,设计的比较巧妙,可以减少处理实验数据过程中繁琐程度,简化了实验过程.但这种方法同样有系统误差,RV的测量值偏大.当时,测量误差较小.
四,电桥法测电阻
利用如图6所示电路测量未知电阻Rx的阻值(其中G为灵敏电流表,R0为阻值均匀的电阻丝,R为已知阻值的定值电阻.).
测量过程如下:闭合电键S,滑动滑片P使得灵敏电流表读数为零,测出P与电阻丝左端和右端的距离L1和L2,则 ,
这种方法不需要测量电阻丝的电阻,但G的灵敏度要高,这样可以减小实验误差.
伏安法测电阻
这是一种最常用的方法,其中又有安培表内接和外接两种.当时,用安培表内接法,当时,用安培表外接法.但伏安法测电阻的变式很多,现举例说明.
伏安法测电压表电阻
电压表是一个能够显示自身电
压的特殊电阻,因此,可以用一个量程合适的安培表测其电阻.如图7所示,闭合电键调节滑动变阻器滑片,读出伏特表和安培表的读数U和I,则伏特表的电阻
伏安法测电流表电阻
同理,电流表也是一个能够显示流过自身电流的特殊电阻,因此,可以用一个量程合适的电压表测量其电阻.如图8所示,闭合电键调节滑动变阻器滑片,读出伏特表和安培表的读数U和I,则伏特表的电阻

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