陳端友，楊永栩，杜倩倩，張欣蕊

(廣西師范大學物理科學與技術學院，廣西 桂林 541004)

伏安法測電阻的教學心得

陳端友，楊永栩?，杜倩倩，張欣蕊

(廣西師范大學物理科學與技術學院，廣西 桂林 541004)

《大學物理實驗》是當今大多數(shù)高校公共課的必修部分，而伏安法測電阻是一塊重要的內(nèi)容，是教學的難點和重點。學生對這一部分內(nèi)容的學習即使花費了大量的時間，還是存在比較多的知識漏洞，無法達到實驗的目的，如何進行高質(zhì)量的教學成為很多教師困擾的問題。筆者從親身經(jīng)歷與教學經(jīng)驗出發(fā)，總結(jié)學生在課上容易出現(xiàn)的問題，以便教師更好的有針對性地進行授課。

伏安法；器材；內(nèi)接法；外接法；實驗數(shù)據(jù)

1 引言

《大學物理實驗》是當今大學教育中比較重要的一門學科，它重視學生的動手能力、思考能力、比較能力等多種能力的綜合訓練和培養(yǎng)。伏安法測電阻就是物理實驗中必選的一節(jié)，這一部分內(nèi)容由于電學儀器多，電路接線復雜，對學生的綜合思考能力要求較高，因此成為了學生學習的難點、老師教學的重點。該實驗雖在高中物理中也有涉及，但是由于高中教育更注重于如何取得高分，因此學生在高中所掌握的也大多數(shù)是理論知識，學生幾乎沒有親自做過這個實驗，其動手能力并沒有達到大學物理實驗課的基準。如果教師不在講課過程中對其進行正確的引導，學生往往會出現(xiàn)積極性降低、耗費時間多等問題。

那么，學生在實驗過程中會遇到怎樣的問題，教師又如何有條理性的開展該部分內(nèi)容的教學，找到更好的方法利于學生的理解消化成為了一個重要的課題。筆者結(jié)合自己的親身經(jīng)歷和教學經(jīng)驗，從教學過程中遇到的問題出發(fā)，總結(jié)了教學經(jīng)驗和心得，以望與大家共同交流切磋。

2 實驗方法的理解

實驗電路圖1如下圖所示。整體實驗思路如下：該實驗的目的是測量出未知電阻箱中的阻值，對于阻值的測量方法我們采用的是應用歐姆定律，分別測量出待測電阻兩端的電壓、通過待測電阻的電流，然后求得其阻值的大小。這種間接的實驗測量方法其實在很早之前就開展過了，例如固體密度的測定、用單擺測重力加速度等。

但是大部分學生在實驗桌面前不知道要做什么，從哪里開始下手，教師往往將其歸結(jié)為動手能力差，這種認識是錯誤的。學生在實驗過程中的慌亂往往是由于預習不夠全面，對于理論知識和實驗過程、步驟掌握不到位，實驗中不知道要測什么，所以導致一下子不知如何下手。因此在實驗之前，教師應當對學生進行充分的理論指導和相關內(nèi)容的講解，讓學生在做實驗之前有整體的把握和認識。

3 實驗器材的選擇

由于實驗室內(nèi)的實驗儀器眾多，僅本實驗中涉及到的滑動變阻器、指針式電壓表和電流表就有多種不同的種類和規(guī)格，如果學生在實驗之前對此沒有了解，就會在操作中出現(xiàn)一些問題：第一，不知道選用哪些儀器哪些規(guī)格（量程）；第二，選用儀器規(guī)格不合適或操作不當容易燒壞儀器，甚至發(fā)生人身危險。例如本實驗中的所涉及到的電源的選擇，如果學生選用的電源電壓過大，則容易導致電路中電阻和電表燒毀等問題，如果選用的電源電壓過小，則實驗數(shù)據(jù)測量值過小，會導致數(shù)據(jù)精度的下降，影響實驗效果。因此，教師在帶領學生做實驗之前，應該事先把實驗中涉及到的實驗儀器向?qū)W生介紹一遍，把實驗中可能涉及到的問題、注意事項講述清楚。

4 內(nèi)外接法的理解

由于本實驗是用伏安法測量未知電阻的阻值，因此就涉及到用電壓表和電流表測量電壓、電流的問題。在電路連接時，電壓表和電流表的連接主要有兩種方式：外接法和內(nèi)接法。在實際操作中，這兩種方法都是近似的方法，都無法精準的測得待測電阻的阻值，并且用這兩種方法測出的電阻阻值是不同的。但是如果不跟學生講清楚，學生并不知道為什么會出現(xiàn)不同的阻值。接下來詳細講解一下外接法和內(nèi)接法。

外接法：電壓表接在待測電阻兩端，用外接法測得的電阻阻值與真實阻值相比，結(jié)果偏小[1]。此時，電壓表測得的電壓值是待測電阻的真實電壓，但是電流表測得的電流并非待測電阻的真實電流。由于電壓表電阻不是無限大，因此無法看成斷路，在電壓表中實際上是有電流通過的，則電流表測得的電流就是電壓表和待測電阻的總電流。也就是說，測得的電流值偏大了。根據(jù)歐姆定律R=U/I，U不變，I比實際情況大，因此R比實際情況小。在實際操作中，如果電壓表的電阻要比待測電阻的阻值大的多得多，則電壓表的分流作用就可以忽略不計，用外接法的誤差就比較小。

內(nèi)接法：電壓表跨接在電流表和待測電阻兩端，用外接法測得的電阻阻值與真實阻值相比，結(jié)果偏大[1]。此時，電流表測得的電流值是通過待測電阻的真實電流，但是電壓表測得的電流非待測電阻的真實電壓。由于電流表電阻并非為零，因此電流表實際上是有分壓作用的，電壓表測得的電壓實際上是待測電阻與電流表兩端的電壓總和。也就是說，測得的電壓值偏大了。根據(jù)歐姆定律R=U/I，I不變，U比實際情況大，因此R比實際情況大。在實際操作中，如果電流表的阻值遠遠小于所測量的電阻值，這時電流表的分壓很小時，用這種方法誤差就比較小。

像這種由于測量所依據(jù)的理論公式本身的近似性，或?qū)嶒灄l件不能達到理論公式所規(guī)定的要求，所帶來的誤差稱為理論誤差[1]。

5 實驗數(shù)據(jù)的記錄

實驗中最重要的一步就是實驗數(shù)據(jù)的記錄和處理，由于學生把大部分的時間花在如何去連接線路和調(diào)節(jié)實驗儀器上，所以實驗數(shù)據(jù)的記錄和處理并不能引起學生太多的重視。這里是學生最容易出錯的地方。

實驗數(shù)據(jù)一般是由真實值、估算值和單位組成。在真實值的記錄時，學生應該在看到正確實驗現(xiàn)象后，才能開始記錄。但由于伏安法測電阻實驗中使用的是指針式多量程的電流表和電壓表，因而在記錄數(shù)據(jù)時一定要待電表的指針不再晃動，且指針的位置超過表盤的三分之二時才能達到最高精度（若指針的位置沒有超過表盤的三分之二則應斷開電路重新選擇量程直至滿足這一條件為止）。此時的示數(shù)并不是測量結(jié)果，測量結(jié)果應為目光與表盤垂直時所看到的指針偏轉(zhuǎn)格數(shù)除以總的刻度數(shù)再乘上此時電表的量程。即：

測量結(jié)果=指針偏轉(zhuǎn)格數(shù)/總的刻度數(shù)×電表量程

由于電表的測量是不可能百分百（理想）精密的，為此需要估讀到精確度的下一位來減少測量誤差，使得測量結(jié)果更加接近于真實值。最后，設置表格記錄數(shù)據(jù)，并在每一個數(shù)據(jù)的后面帶上單位。

6 結(jié)論

伏安法測電阻作為一個高中、大學物理教學中都有的一個重要知識點，教師在教學過程中應當注重對這兩部分內(nèi)容的銜接，有針對性的進行備課，在講課過程中充分激發(fā)學生的學習興趣，讓學生真正懂得電表的使用并達到舉一反三的目的，真正讓學生認識到大學物理實驗課的奧妙和樂趣所在。

[1] 覃以威.大學物理實驗Ⅰ[M].桂林:廣西師范大學出版社,2010.

G633.7

：A

：1003-7551(2016)02-0040-02

2016-01-11

國家自然科學基金項目(11505030)；廣西自然科學基金重點項目(2015GXNSFDA13900)；廣西師范大學教育教學改革項目

? 通訊作者：yyxu@mailbox.gxnu.edu.cn