沈加法

(云南省紅河州蒙自市鳳凰路第一高級(jí)中學(xué) 661199)

新一輪課改提出以“立德樹人”來(lái)發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，培養(yǎng)出適應(yīng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的有擔(dān)當(dāng)?shù)男乱淮?這些要求需要一線廣大教師承擔(dān)起社會(huì)責(zé)任，在日常的教育教學(xué)中逐點(diǎn)落實(shí)，通過(guò)循序漸進(jìn)日積月累的過(guò)程才能達(dá)到要求.物理學(xué)是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的思維型學(xué)科，思維型課堂是以發(fā)展學(xué)生的高階思維能力為核心的課堂教學(xué)形式，通過(guò)認(rèn)知沖突、自我建構(gòu)、思維監(jiān)控和靈活遷移現(xiàn)有知識(shí)，從而創(chuàng)設(shè)出有高度的思維空間來(lái)完成挑戰(zhàn)性的新的學(xué)習(xí)任務(wù).電學(xué)實(shí)驗(yàn)題是每年物理高考的必考題，學(xué)生必須系統(tǒng)掌握實(shí)驗(yàn)儀器、量程、分壓式、限流式、電流表的內(nèi)接、外接的選擇和電阻、電表之間的串并關(guān)系，才能快、準(zhǔn)、好的設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)電路圖和實(shí)驗(yàn)表格，連接實(shí)物圖，對(duì)實(shí)驗(yàn)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納分析，或通過(guò)作圖分析得出結(jié)論.因此，通過(guò)對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)的考查，就能考查學(xué)生的思維能力、作圖能力、歸納整理能力、產(chǎn)生誤差的分析能力和應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問(wèn)題的能力.通過(guò)強(qiáng)化知識(shí)形成過(guò)程，培養(yǎng)有效的科學(xué)思維，巧妙應(yīng)對(duì)題型變化，達(dá)到觸類旁通，才能達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng).

一、親厲規(guī)律學(xué)習(xí)探究過(guò)程——循序漸進(jìn)

1.電流表外接時(shí)的誤差分析

如圖1所示為電流表的外接法，根據(jù)電阻、電流表、電壓表串并關(guān)系，可得測(cè)量的電壓、電流與電阻R的關(guān)系：U測(cè)=UR，I測(cè)=IR+IV>IR.

從上述的數(shù)學(xué)表達(dá)式可看出，由于電壓表的分流作用，使得電流的測(cè)量值大于真實(shí)值，由測(cè)量計(jì)算得到的電阻值小于真實(shí)值，存在實(shí)驗(yàn)誤差.哪電阻在什么條件時(shí)，實(shí)驗(yàn)誤差更接近真實(shí)值呢？

追根溯源根據(jù)電壓表是小量程的電流表串聯(lián)一個(gè)分壓的大電阻改裝而成，電壓表的內(nèi)阻RV一般較大，當(dāng)被測(cè)電阻R測(cè)的阻值較小時(shí)，IR?IV,可得I測(cè)=IR+IV≥IR. 所以有：R測(cè)≤R真,由上述分析歸納總結(jié)得:當(dāng)被測(cè)電阻是小電阻時(shí),電流表采用外接法的測(cè)量值值更接近真實(shí)值，簡(jiǎn)稱為“小電阻、電壓表所夸距離小、測(cè)出的值比真實(shí)值小，即：小、小、小”.

2.電流表外接時(shí)的誤差分析

從上述的數(shù)學(xué)表達(dá)式可看出，由于電流表的分壓作用，使得電壓測(cè)量值大于真實(shí)值，由測(cè)量計(jì)算得到的電阻值大于真實(shí)值，存在實(shí)驗(yàn)誤差.哪電阻在什么條件時(shí)，實(shí)驗(yàn)誤差更接近真實(shí)值呢？

追根溯源根據(jù)電流表是小量程的電流表并聯(lián)一個(gè)小的分流電阻改裝而成，電流表的內(nèi)阻RA一般較小，當(dāng)被測(cè)電阻R測(cè)的阻值較大時(shí)，UR?UA,可得U測(cè)=UR+UA≥UR.所以有：R測(cè)≥R真,由上述分析歸納總結(jié)得:當(dāng)被測(cè)電阻是大電阻時(shí)，電流表采用內(nèi)接法測(cè)出的值更接近真實(shí)值，簡(jiǎn)稱 “大電阻、電壓表所夸距離大、測(cè)出的值比真實(shí)值大，即：大、大、大”.

二、解決問(wèn)題的前奏——電阻大小的判定

為了在伏安法測(cè)電阻值時(shí)，使測(cè)量值更接近真實(shí)值，首先要判斷出被測(cè)電阻的大小，才能確定電流表是采用外接法、還是內(nèi)接法，根據(jù)電流表、電壓表的內(nèi)阻關(guān)系，其方法是:

(2)當(dāng)電流表、電壓表的內(nèi)阻RA、RV未知時(shí)，采用試觸發(fā)，如圖3所示，電壓表的正極端連好，負(fù)極端為活動(dòng)端去試觸a點(diǎn)，記錄電流、電壓值為Ia、Ua，再去試觸b點(diǎn)，記錄電流、電壓值為Ib、Ub.

三、體驗(yàn)問(wèn)題解決的過(guò)程——學(xué)以致用

所以，待測(cè)電阻Rx為大電阻，根據(jù)前面誤差分析的結(jié)論：“大電阻、電壓表所夸距離大、測(cè)出的值比真實(shí)值大，即：大、大、大”.應(yīng)該選用圖1中的圖a.

則答案為：Rx1更接近待測(cè)電阻的真實(shí)值，且測(cè)量值Rx1大于真實(shí)值，測(cè)量值Rx2小于真實(shí)值．

評(píng)析在明確了被測(cè)電阻的大小后，從而根據(jù)比例得出誤差較小的接法．這是一個(gè)基礎(chǔ)應(yīng)用題，學(xué)生理解了伏安法測(cè)電阻的誤差分析，應(yīng)用得出的結(jié)論就能快速正確處理題目.

例2 用伏安法測(cè)量一個(gè)電阻，連接成如圖5所示的電路.當(dāng)把伏特表的右端分別試觸于a點(diǎn)和b點(diǎn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)伏特表的示數(shù)有明顯的變化，則正確的實(shí)驗(yàn)方法應(yīng)把伏特表的右端接于____點(diǎn)(填a或b)這時(shí)測(cè)得的電阻值____(偏大或偏小)；若使用以上試觸法，對(duì)另一個(gè)電阻進(jìn)行實(shí)際測(cè)量時(shí)得到的兩組數(shù)據(jù)分別為“2.7V，5mA”和“2.8V，4.8mA”則該電阻較準(zhǔn)確的測(cè)量值應(yīng)為____Ω，此測(cè)量結(jié)果比真實(shí)值偏____(填大或小)．

解析根據(jù)題給的“當(dāng)把伏特表的右端分別試觸于a點(diǎn)和b點(diǎn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)伏特表的示數(shù)有明顯的變化”，說(shuō)明電流表的分壓比較明顯，待測(cè)電阻是小電阻，電流表采用外接法測(cè)出的值更接近真實(shí)值，簡(jiǎn)稱為“小電阻、電壓表所夸距離小、測(cè)出的值比真實(shí)值小，即：小、小、小”結(jié)論，應(yīng)把伏特表的右端接于a點(diǎn)，測(cè)出的電阻偏小.

評(píng)析試觸法是?？碱}，有較好的區(qū)分度.考查是否明確電流表采用外接法時(shí)，造成誤差的原因是電壓表的分流作用，當(dāng)電壓表內(nèi)阻越大時(shí)，應(yīng)用外接法測(cè)量誤差越?。浑娏鞅聿捎脙?nèi)接法時(shí)，造成誤差的原因是電流表的分壓作用，所以當(dāng)被測(cè)電阻較大時(shí)，應(yīng)用內(nèi)接法測(cè)量誤差較小.根據(jù)題給數(shù)據(jù)的比較應(yīng)用內(nèi)接法，測(cè)量值偏大.

例3 (1)某物理興趣小組的同學(xué)，用螺旋測(cè)微器測(cè)一金屬絲直徑時(shí)，其示數(shù)如圖6所示，該金屬絲的直徑為____mm．

(2)在用伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)中，所用電壓表的內(nèi)阻約為20KΩ，電流表的內(nèi)阻約為2Ω在粗測(cè)被測(cè)電阻數(shù)值的基礎(chǔ)上，選擇了盡可能減小誤差的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得的數(shù)據(jù)用圓點(diǎn)標(biāo)于坐標(biāo)紙上，根據(jù)圖中所記錄的各點(diǎn)，在圖7中畫出被測(cè)電阻的I-U圖線，由此求得該電阻測(cè)量值Rx=____Ω；根據(jù)Rx的數(shù)值，可知實(shí)驗(yàn)中電表連接采用的是圖8中____圖所示的電路(填“a”或“b”)；電阻的測(cè)量值與真實(shí)值相比較，測(cè)量值____真實(shí)值(填“大于”、“小于”或“等于”)．

解答(1)螺旋測(cè)微器固定刻度與可動(dòng)刻度示數(shù)之和是螺旋測(cè)微器示數(shù)．

由圖6所示的螺旋測(cè)微器可知，其示數(shù)為：

d=2.5mm+39.5×0.01mm=2.895mm；

(2)根據(jù)坐標(biāo)系內(nèi)描出的點(diǎn)用光滑的直線連接作出圖像如圖9所示，由部分電路的歐姆定律可得電阻的阻值：

評(píng)析本題考查了螺旋測(cè)微器讀數(shù)方法、實(shí)驗(yàn)電路選擇、實(shí)驗(yàn)誤差分析、作圖、利用圖象由伏安求電阻阻值；學(xué)生要耐心細(xì)致觀察分析，穩(wěn)步推進(jìn)做題過(guò)程，能很好培養(yǎng)思維品質(zhì)，提升做題素養(yǎng).

強(qiáng)化過(guò)程教學(xué)使學(xué)生體驗(yàn)到了完整的問(wèn)題解題過(guò)程，注重學(xué)生在真實(shí)背境下的體驗(yàn)感悟過(guò)程，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S得到了有效的訓(xùn)練.但強(qiáng)化過(guò)程教學(xué)需要占用大量的課堂教學(xué)時(shí)間，在既要提高學(xué)生核心素養(yǎng)，又要減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)的大背景下，教師要認(rèn)真研究學(xué)生、研究教材、研究大綱和考綱，構(gòu)筑好核心素養(yǎng)的培養(yǎng)與教學(xué)實(shí)踐連接的高效橋梁，根據(jù)知識(shí)板塊的過(guò)程教學(xué)必須遵循“適度”的基本原則來(lái)有選擇的進(jìn)行，留有一定的時(shí)間和空間讓學(xué)生去思去悟，使核心素養(yǎng)的培養(yǎng)與學(xué)科教學(xué)本土化和高效化.