祁紅菊

（江蘇省常州市奔牛高級(jí)中學(xué)，江蘇 常州 213131）

在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，如何選擇電學(xué)實(shí)驗(yàn)器材、如何選擇測(cè)量電路、控制電路的問(wèn)題，一直以來(lái)都是高考的熱點(diǎn)也是高三物理復(fù)習(xí)教學(xué)的難點(diǎn).本文擬設(shè)計(jì)一系列的問(wèn)題進(jìn)行變式教學(xué)，探討如何破解此類難點(diǎn)，并對(duì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新與發(fā)散思維的訓(xùn)練.

1 以“問(wèn)題組群”喚醒知識(shí)

用“問(wèn)題組群”構(gòu)筑物理基礎(chǔ)知識(shí)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(guò)以下的“問(wèn)題組群”可以喚醒學(xué)生已有的知識(shí)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(shí)的本質(zhì).

問(wèn)題1.用伏安法測(cè)定某一電阻R的值，其基本測(cè)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(dòng)變阻器連入的方式也有兩種，即分壓和限流.綜合起來(lái)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(jiǎn)單，因此優(yōu)先考慮滑動(dòng)變阻器限流接法.

圖1

問(wèn)題2.怎樣判斷電流表應(yīng)采用外接還是內(nèi)接？

問(wèn)題3.怎樣判斷滑動(dòng)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(jì)，滑動(dòng)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(cè)一電阻R，阻值約為10Ω.

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

（2）若R的額定功率P＝0.1W，則滑動(dòng)變阻器R0如何接入？

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

總結(jié)：① 若需要從0開(kāi)始連讀可調(diào)電壓，應(yīng)選分壓電路；②限流無(wú)法保證電路的安全時(shí)必須采用分壓電路；③ 當(dāng)變阻器阻值比被測(cè)電阻R小很多時(shí).為使被測(cè)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(wèn)題，有一定的靈活性.解決時(shí)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(jì)性原則”.“安全性原則”即不超過(guò)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(guò)1/3滿偏且能取得多組數(shù)據(jù)；“方便性原則”指選用的實(shí)驗(yàn)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(dòng)變阻器，對(duì)高阻值的變阻器，如果滑動(dòng)頭稍有移動(dòng)，使電流電壓有很大變化的，不宜采用；“經(jīng)濟(jì)性原則”指“儀器少”、“耗電少”.以上各方面要綜合考慮，靈活運(yùn)用.

例2.有一個(gè)電阻Rx，其阻值大約是10Ω，額定功率為0.9W，請(qǐng)?jiān)谝韵缕鞑闹羞x擇適當(dāng)?shù)钠鞑臏y(cè)出其阻值.

電源E1：電動(dòng)勢(shì)為4.5V，內(nèi)阻不計(jì)；電源E2：電動(dòng)勢(shì)為9V，內(nèi)阻不計(jì)；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(dòng)變阻器R：最大阻值范圍40Ω，額定電流1.5A；開(kāi)關(guān)和若干導(dǎo)線.

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

總結(jié)：選擇電學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)電路的基本方法是應(yīng)先依據(jù)題意確定實(shí)驗(yàn)方案，并由實(shí)驗(yàn)方案正確選擇電流表、電壓表和滑動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(jué)地從本質(zhì)看問(wèn)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(shí)驗(yàn)電路圖.

變式拓展2.上例中若要測(cè)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(dòng)勢(shì)為4.5V，內(nèi)阻不計(jì)；電壓表V1：量程為5V，內(nèi)阻約為10kΩ；待測(cè)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(dòng)變阻器R：最大阻值范圍40Ω，額定電流1.5A；開(kāi)關(guān)和若干導(dǎo)線.

為了盡量減小誤差，要求多測(cè)多組數(shù)據(jù)，試畫出符合要求的實(shí)驗(yàn)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(cè)多組數(shù)據(jù)，試選擇合適的器材并畫出符合要求的實(shí)驗(yàn)電路圖.

圖3

圖4

變式拓展4.若上例中要測(cè)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(dòng)勢(shì)為1.5V，內(nèi)阻不計(jì)；待測(cè)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(dòng)變阻器R1：最大阻值范圍10Ω，額定電流1.5A；滑動(dòng)變阻器R2：最大阻值范圍500Ω，額定電流0.5A；開(kāi)關(guān)和若干導(dǎo)線.

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

解析：首先根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇_定實(shí)驗(yàn)方案即伏安法.

其次根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案選出器材：先選出唯一的器材如電源、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線.此題電流表不必再選，因?yàn)榇郎y(cè)電流表本身可以顯示電流值.若選擇電壓表測(cè)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?yàn)殡娏鞅鞟2的內(nèi)阻已知，故可將其當(dāng)作電壓表使用，直接與待測(cè)電表并聯(lián)即可.滑動(dòng)變阻器應(yīng)選R1.對(duì)于R2而言，有效的調(diào)節(jié)長(zhǎng)度大小，將導(dǎo)致電流強(qiáng)度值隨滑動(dòng)片位置的變化太敏感.調(diào)節(jié)不方便.

圖5

最后考慮滑動(dòng)變阻器的接法，實(shí)驗(yàn)電路如圖5所示.

在以上的問(wèn)題變式教學(xué)中，教師要多創(chuàng)造條件鼓勵(lì)學(xué)生用自己的思維說(shuō)出對(duì)題的認(rèn)識(shí).在對(duì)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(wèn)題的能力.

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