陳波

【摘 要】物理學是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科。所有的物理概念、規(guī)律和理論，都是在實驗的基礎(chǔ)上建立起來的，所以說物理實驗是高考物理的主要內(nèi)容之一。在高中物理學教學中實驗探究是一個重要且基礎(chǔ)的部分。而電學實驗是高中物理實驗中的重要部分，是物理實驗的難點。因此，探討高中物理電學實驗教學的策略對提高高中物理教學具有非常重要的意義。在高中物理電學的教學工作中，教授理論知識與理論實驗相結(jié)合可幫助學生們理解、記憶抽象的物理知識。搞好實驗教學具有非常重要的意義。因此，就物理學中的電學實驗，電流表電壓表所應(yīng)用的無線電壓和電流傳感器的理論技術(shù)進行探討也是非常重要的。

【關(guān)鍵詞】物理學;高中教學;物理實驗;無線電壓

物理學是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學，在物理學的產(chǎn)生和發(fā)展過程中，實驗由始至終都發(fā)揮著極其重要的作用。而中學物理實驗是培養(yǎng)學生科學的觀察、實驗?zāi)芰?，科學的思維、分析和解決問題能力的主要課程之一。李政道先生曾經(jīng)說過：“教物理重要的是讓學生懂道理……”根據(jù)中學物理教學的目的和教學大綱的基本要求，在中學物理實驗的教學過程中應(yīng)使學生在科學實驗的基本方法上有一個實在的感受，從而培養(yǎng)他們的探索精神和創(chuàng)造性，并受到科學方法的教育。

在所有的高中物理實驗中，電學實驗可以說占據(jù)著舉足輕重的位置，幾乎在每年的理綜試卷中，都會出現(xiàn)電學實驗的相關(guān)問題，這也是高中物理實驗教學的重點和難點。而講到電學實驗，就不得不提到兩件基本的電學測量儀器——電流表和電壓表。

在我國高中物理實驗室中，常見的電流表和電壓表主要分為兩大類：一類是傳統(tǒng)的指針式電表。這類電表的顯示方式是純模擬（指針的偏轉(zhuǎn)角度）的，形象直觀的，不需要任何的翻譯或解釋。但該電表的讀數(shù)和記錄工作不太方便，容易產(chǎn)生較大的誤差，從而影響實驗的準確度。另一類就是電流、電壓傳感器，這是一種檢測裝置，能感受到被測電流的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為符合一定標準需要的電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。這套設(shè)備能快速、準確、動態(tài)地采集實驗信息，并實現(xiàn)數(shù)字化顯示，由計算機輔助進行分析處理。但是對于可運用傳統(tǒng)實驗進行的物理實驗來說，數(shù)字實驗無法給予學生親身經(jīng)歷的感受，不利于培養(yǎng)學生的實踐動手能力，難以激發(fā)學生對物理實驗的興趣，雖然大大提高了課堂的效率，但容易導(dǎo)致學生過于依賴計算機進行計算，學生自身的計算水平無法得到提高。

兩種裝置有著各自的優(yōu)缺點，而筆者則很好地結(jié)合了兩者的優(yōu)點，開發(fā)了一套實驗設(shè)備，并運用于實踐，獲得了不錯的實驗效果。下面，筆者就該實驗的設(shè)備和原理做一個詳細的介紹：

無線電壓、電流傳感器

高中物理里使用的電壓表和電流表都是將表頭進行改裝（串聯(lián)或并聯(lián)電阻）后得到的。表頭的電阻大概為幾十歐姆，最大電流大概為幾毫安，所以改裝成電壓表后的電阻大概為幾千歐姆，改裝成電流表后的電阻大概為零點幾歐姆。

Arduino模擬電壓輸入端的可測量的最大電壓為5V，10位精度（即大概可以精確到0.005V），如果直接將模擬電壓輸入端作為電壓傳感器，也足以滿足高中物理電學測量的精度要求，所以可以直接將傳統(tǒng)的電壓表直接改裝成電壓傳感器，直接將Arduino的模擬電壓輸入端并聯(lián)到電壓表兩個接線柱上，由于Arduino模擬電壓輸入端的輸入阻抗在1兆歐姆以上，并聯(lián)在電壓表上后基本不改變電壓表的內(nèi)阻。下圖為電壓表改裝后的實物圖，電源可以內(nèi)置在電壓表內(nèi)部。

傳統(tǒng)的電流表的內(nèi)阻大概為零點幾歐姆，在測量時，電流表兩端的電壓大概為幾十毫伏。由于Arduino只有模擬電壓輸入端，沒有電流輸入端，而模擬電壓輸入端精度只有5毫伏，無法直接并聯(lián)在電流表兩端來測量。所以通過將電流表兩端的電壓進行放大后再用Arduino的模擬電壓端來測量，下圖中接了一個放大倍數(shù)為1000倍的線性放大電路。最后通過測量找到最后輸出電壓與電流的關(guān)系，然后將所測得的電壓進行計算后得到通過電流表的電流值。下圖為改裝完成的無線電流表實物圖。

優(yōu)勝劣汰，是大自然的生存法則，對于不同的實驗設(shè)備亦是如此。取精華，去糟粕，將實驗的效力發(fā)揮到最大，是實驗教學的終極目標，也一直是筆者所追求的。

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（作者單位：浙江省寧波中學）