羅曉琴

(西南科技大學(xué)，四川綿陽 621010)

我國對模塊化教學(xué)的研究和實踐大概從上世紀(jì)90年代已經(jīng)開始進(jìn)行探索，并總結(jié)出了相對適合我國國情的“寬基礎(chǔ)，活模塊”教育模式，從以人為本、全面育人的教育理念出發(fā)，根據(jù)當(dāng)代高校人才培養(yǎng)目標(biāo)要求，通過模塊課程間靈活合理的搭配，培養(yǎng)學(xué)生寬泛的基礎(chǔ)人文素質(zhì)，基礎(chǔ)從業(yè)能力和較高的專業(yè)能力［1-2］。模塊化教學(xué)的特點是:既增強(qiáng)了內(nèi)容的靈活性又便于實現(xiàn)不同層次教學(xué)階段的內(nèi)容銜接;既采用綜合模塊，促進(jìn)知識之間、知識與技能之間的溝通又通過模塊的合理組合，便于形成一定專業(yè)人才的合理的知識和能力結(jié)構(gòu)。

我校物理實驗借助模塊化教育模式的理念，根據(jù)學(xué)校自身專業(yè)設(shè)置的特點和物理實驗的基本現(xiàn)狀，將分散的物理實驗知識點按其內(nèi)在的邏輯組合成相對獨立的模塊單元，比如以某個物理量為核心的同一物理量多種測量方法的單元模塊，以某個實驗儀器為中心的同一儀器的多種功能應(yīng)用模塊，以電學(xué)(或光學(xué))為中心的專業(yè)基礎(chǔ)單元模塊等等，再按不同專業(yè)層次的不同需求進(jìn)行積木似的組裝，達(dá)到讓學(xué)生能夠?qū)⑽锢韺嶒炛R的融會貫通和實踐技能與創(chuàng)新能力提升的目的。以電位差計這個實驗儀器為核心，充分展示了實驗?zāi)K化教學(xué)方法之一:同一物理實驗儀器測量多個物理量的實驗?zāi)K教學(xué)思路與優(yōu)勢［3］。

1 電位差計的工作原理

1.1 補(bǔ)償法測電壓的原理

補(bǔ)償法測電壓的基本原理如圖1所示［4］。圖中Ex是待測電壓，E0是可調(diào)的已知電壓。調(diào)節(jié)E0使回路中檢流計G的示數(shù)為零，這時表明回路中兩電源的電動勢方向相反，大小相等。故數(shù)值上有:Ex=E0。

這時，我們稱電路得到補(bǔ)償。在補(bǔ)償條件下，因回路中無電流，即使Ex有較大的內(nèi)阻，也不會像使用電壓表測量電源電動勢那樣，由于電源自身的電壓降無法測出而造成測量結(jié)果偏小。

圖1 測量電動勢的補(bǔ)償電路

如圖2所示。UJ31型電位差計由工作回路、校準(zhǔn)回路和測量回路組成。

第一次補(bǔ)償:工作電流標(biāo)準(zhǔn)化。將開關(guān)K擲到N，調(diào)節(jié)電阻Rn，使檢流計G的指針指零，則有:Es=IRsab。

第二次補(bǔ)償:得到被測電壓。再將開關(guān)K擲到X，調(diào)節(jié)Rx，再次使檢流計G的指針指零，則有:UX=IRxbc。

在電阻Rx的位置上可以直接標(biāo)出與IRxbc對應(yīng)的電動勢(或電壓)，故在儀器的面板上就直接讀出電動勢(或電壓)的數(shù)值。

圖2 UJ31型電位差計的工作原理圖

2 電位差計的模塊化應(yīng)用

2.1 電位差計測電阻

2.1.1 替代法側(cè)電阻

圖3 UJ31型電位差計替代法測電阻

圖4 UJ31型電位差計比較法測電阻

如圖3所示。開關(guān)K1擲到A端，將變滑線變阻器滑片的滑到較低的位置，則測出被測電阻Rx兩端的電壓UX。保持UX和滑動變阻器的狀態(tài)不變，將開關(guān)K1擲向B端，調(diào)節(jié)可變電阻R1的阻值，使與電位差相連的檢流計G的指針再次指零，則此時R1上所示的電阻值就是被測電阻 Rx的阻值［5］。

2.1.2 比較法測電阻

如圖4所示。分別測出端電壓U1和Ux，由R1和Rx的串聯(lián)關(guān)系可以得到如下等式:U1/R1=U/R，所以 R=，從而得到被測電阻R的xxxx阻值。

2.2 電位差計校正電流表

如圖5所示。電路中R1是定值標(biāo)準(zhǔn)電阻，測出其兩端電壓，則電路中流過電流表的電流I=U1/R1。改變滑線變阻器的滑片位置就可以實現(xiàn)零到最大電流的校正［6］。

圖5 UJ31型電位差計較正電流表

2.3 電位差計校正電壓表

圖6 UJ31型電位差計較正電壓表

如圖6所示。分別測出電路中兩定值標(biāo)準(zhǔn)電阻R1和R2的端電壓，則有U1/R1=U2/R2。所以U2=R2/R1*U1。控制R1和R2的阻值大小就可以校正各種量程的電壓，控制滑線變阻器的滑片的位置就可以實現(xiàn)電壓表的電壓從零大最大值的變化。［7］

2.4 電位差計測甲電池電動勢和內(nèi)阻

圖7 UJ31型電位差計測甲電池的電動勢和內(nèi)阻

如圖7所示。其中Ra是可變電阻(數(shù)量級在百歐)，Rb是已知定值標(biāo)準(zhǔn)電阻，此時測得Rb兩端電壓為U1，改變Ra的電阻為Ra'，測得 Rb兩端的電壓為U2，則可以建立方程組如下［8-9］:

聯(lián)立求解可得Ex和r，多次改變Ra的大小就可以得到多個方程組，從而求得和。

電位差計還可以測電容、電感以及微小長度等多個能夠轉(zhuǎn)換成電壓的物理量。比如電位差計能測電阻，而電阻的長度變了阻值就不同，因此電位差計也就能間接地測量長度。

3 結(jié) 論

通過電位差計的以上應(yīng)用，分別實現(xiàn)了電壓、電流、電阻、電動勢與內(nèi)阻等物理量的測量，不僅拓展了電位差計儀器的功能，更好地將這些分散的實驗知識和技能以電位差計為中心組成一個有效的模塊單元，既便于記憶與掌握，又達(dá)到舉一反三，融會貫通的教與學(xué)的目的。根據(jù)我校物理實驗開課的實際情況，在實驗教學(xué)過程中靈活選取不同的模塊單元在不同的專業(yè)和不同層次的學(xué)生中實施模塊化實驗教學(xué)，提高了學(xué)生的實驗技能和創(chuàng)新能力，取得了很好的實驗教學(xué)效果。

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