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        電阻定律實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)研究

        2020-08-14 10:06:32杜良亞
        物理教學(xué)探討 2020年7期
        關(guān)鍵詞:效率實(shí)驗(yàn)

        摘? ?要:物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué),實(shí)驗(yàn)是教學(xué)中必不可少的一部分。如何提升演示實(shí)驗(yàn)的效率,節(jié)省時間以用之于課堂教學(xué)的其他環(huán)節(jié),是我們物理教師在教學(xué)工作中應(yīng)該探索、思考的問題。而課本中的電阻定律實(shí)驗(yàn)涉及到的變量多、實(shí)驗(yàn)需要的數(shù)據(jù)多,所以演示實(shí)驗(yàn)的操作若是效率不高,就不能保證在要求的課時之內(nèi)完成教學(xué)內(nèi)容?;诖?,文章就從如何對課本現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新入手,深度剖析和思考如何實(shí)現(xiàn)對電阻定律實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新。

        關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn);電阻定律;效率;改進(jìn)創(chuàng)新

        中圖分類號:G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A ? ? 文章編號:1003-6148(2020)7-0053-3

        1? ? 電阻定律實(shí)驗(yàn)簡介

        電阻定律實(shí)驗(yàn)在人教版物理選修3-1第二章《恒定電流》的第六節(jié)《導(dǎo)體的電阻》,課本上采用的演示實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示,或者也可以用圖2(a)所示的演示實(shí)驗(yàn)裝置和圖2(b)所示的電路來完成演示實(shí)驗(yàn)。不管是采用圖1還是圖2所示的裝置來完成本實(shí)驗(yàn),都會存在可視性差、數(shù)據(jù)處理不方便、演示所用時間長等問題,而一節(jié)課的時間大約在40至45分鐘,這樣必然就會導(dǎo)致一節(jié)課不能完成本節(jié)教學(xué)內(nèi)容。所以,筆者在圖2的基礎(chǔ)上對實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn)。

        2? ? 電阻定律實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

        (1)實(shí)驗(yàn)電路如圖3所示。

        (2)實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示。

        實(shí)驗(yàn)原理說明(控制變量法):

        ①借助電壓傳感器和電流傳感器利用伏安法測電阻(圖5)。

        ②刻度尺測長度。

        ③螺旋測微器測直徑。

        ④Excel表格處理數(shù)據(jù):利用傳感器得到的數(shù)據(jù)作出對應(yīng)的U-I圖像,取得擬合線的斜率即是對應(yīng)的電阻值,其中一組數(shù)據(jù)如表1所示。

        3? ? 實(shí)驗(yàn)操作

        3.1? ? 研究導(dǎo)體電阻與導(dǎo)體長度的關(guān)系

        將與Q連接的導(dǎo)線固定,與P連接的導(dǎo)線分別接在L3(鎳鉻合金)的不同位置。調(diào)節(jié)滑動變阻器,測出不同長度對應(yīng)的電阻值,設(shè)計表格2記錄數(shù)據(jù),得出電阻絲的電阻與電阻絲長度的關(guān)系,具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖6所示。

        3.2? ? 研究導(dǎo)體電阻與橫截面積的關(guān)系

        將與P、Q連接的導(dǎo)線分別接在L3、L4、L5(鎳鉻合金)兩端,調(diào)節(jié)滑動變阻器,測出分別對應(yīng)的電阻值,設(shè)計表3記錄數(shù)據(jù),得出電阻絲的電阻與橫截面積的關(guān)系,具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖7所示。其中,L3是一根鎳鉻合金,L4是兩根鎳鉻合金并聯(lián),L5是三根鎳鉻合金并聯(lián),這樣可以實(shí)現(xiàn)橫截面積成倍數(shù)增加,只要得到相應(yīng)的電阻值就可以得到與橫截面積之間的關(guān)系。

        3.3? ? 研究導(dǎo)體電阻與材料的關(guān)系

        將與P、Q連接的導(dǎo)線分別接在L1(鐵絲)、L2(康銅合金)、L3(鎳鉻合金)兩端,調(diào)節(jié)滑動變阻器,測出不同材料的電阻絲對應(yīng)的電阻值,設(shè)計表4記錄數(shù)據(jù),分析結(jié)果,得出電阻絲的電阻與材料的關(guān)系,具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖8所示。其中,除鐵絲外都用合金,是考慮合金的電阻率較大,可以讓測得的電阻盡量大一些;L3的電阻值用第二組實(shí)驗(yàn)中橫截面積為S的數(shù)據(jù),達(dá)到節(jié)省演示實(shí)驗(yàn)所用時間的目的。

        4? ? 創(chuàng)新點(diǎn)

        (1)變平放實(shí)驗(yàn)裝置為豎直放置,將實(shí)驗(yàn)室所用電流表和電壓表換成大型的演示電流表和電壓表,并將之固定在裝置的上方,演示過程中方便學(xué)生觀察和讀數(shù),增強(qiáng)了演示實(shí)驗(yàn)裝置的可視性。

        (2)裝置中固定有刻度尺并且緊貼電阻絲,在得到表1中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的過程中,需要的長度可以直接從刻度尺上讀數(shù),而長度的變化則用“鱷魚夾”實(shí)現(xiàn)快速改變,在最短的時間內(nèi)得到想要的數(shù)據(jù),節(jié)省教學(xué)時間,提高教學(xué)效率。

        (3)多次測量取平均值在這里體現(xiàn)得淋漓盡致,利用電流傳感器和電壓傳感器可以在短時間內(nèi)取得20組甚至更多的數(shù)據(jù)來作圖,得到對應(yīng)的電阻值,很好地降低了實(shí)驗(yàn)過程中的誤差。

        (4)利用數(shù)據(jù)處理軟件Excel來描點(diǎn)作出不同情形下的U-I圖像,并對圖像進(jìn)行擬合,得出擬合線的函數(shù)解析式,從斜率中直接得出對應(yīng)的電阻值,在減小誤差的同時,能最大地節(jié)約課堂教學(xué)所用時間。

        (5)橫截面積的改變直接用電阻絲并聯(lián)來實(shí)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)過程中就可以不用測量橫截面積,同樣可以為教學(xué)節(jié)省時間。而電阻絲比較細(xì),為了增加可辨識度,在電路中筆者增加了不同顏色的發(fā)光二極管,紅色對應(yīng)鐵絲,綠色對應(yīng)康銅合金,一顆藍(lán)色對應(yīng)橫截面積為S的鎳鉻合金,兩顆藍(lán)色對應(yīng)橫截面積為2S的鎳鉻合金,三顆藍(lán)色對應(yīng)橫截面積為3S的鎳鉻合金。在實(shí)驗(yàn)演示過程中,學(xué)生只需要觀察發(fā)光二極管的顏色就知道對應(yīng)的電阻絲材料和相應(yīng)的變量是什么,解決了以往實(shí)驗(yàn)中難以看清楚材料是什么和研究的變量是什么的難題。

        (6)電阻絲的固定不緊貼木板,而是和木板有一定的距離,可以方便實(shí)驗(yàn)操作。同時,游標(biāo)卡尺固定于裝置的后方,需要使用時取下即可。通過游標(biāo)卡尺測出對應(yīng)的直徑后,可以直接帶數(shù)據(jù)計算出相應(yīng)的電阻率,再和課本給出的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,達(dá)到相互呼應(yīng)的效果。

        5? ? 結(jié)束語

        用改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn),完成電阻絲的電阻與長度、橫截面積、材料三個變量的關(guān)系探究可以控制在20分鐘之內(nèi),然后剩余的時間就可以對實(shí)驗(yàn)結(jié)果形成結(jié)論,得出電阻定律的內(nèi)容,大大提升了演示實(shí)驗(yàn)的效率,為課堂教學(xué)的其他環(huán)節(jié)節(jié)省出了寶貴的時間。同時,還可以用本裝置計算出對應(yīng)材料的電阻率,和書本進(jìn)行印證,達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際的效果,體現(xiàn)出STS(科學(xué)、技術(shù)、社會)和物理之間的聯(lián)系。

        物理演示實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中起到增強(qiáng)說服力、提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的作用,但是演示實(shí)驗(yàn)的過程必然會占用到正常教學(xué)所用的時間,若占用過多,必然導(dǎo)致教學(xué)計劃不能按時和保質(zhì)保量完成。而我們又不能舍棄掉演示實(shí)驗(yàn),專門搞理論教育,這不符合新課改的要求,也會讓學(xué)生在沉悶中學(xué)習(xí),逐漸喪失學(xué)習(xí)物理的興趣。所以,作為老師我們能做的就是不斷對課堂演示實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新,提升課堂演示實(shí)驗(yàn)的效率。我們還可以將演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)創(chuàng)新和社會生活聯(lián)系起來,體現(xiàn)出物理“來源于生活,用之于生活”的特點(diǎn)。這一條路“任重而道遠(yuǎn)”,需要無數(shù)物理教師堅持不懈,方能讓演示實(shí)驗(yàn)成為教學(xué)中的一大裨益。

        (欄目編輯? ? 王柏廬)

        收稿日期:2019-12-25

        作者簡介:杜良亞(1988-),男,中學(xué)一級教師,主要從事高中物理教育教學(xué)工作,曾獲貴州省黔西南州物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新技能大賽州級一等獎。

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