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。