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        斯特林火力發(fā)電機(jī)的電動勢和電阻的測量

        2020-10-09 10:26:10王小慶
        物理教學(xué)探討 2020年9期
        關(guān)鍵詞:智慧校園

        摘? ? 要:測量電源的電動勢和內(nèi)阻是高中物理必考的電學(xué)實(shí)驗(yàn)之一。為了能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情,提高動手能力和實(shí)驗(yàn)探究的興趣,本研究采用斯特林火力發(fā)電機(jī)為電源,用安阻法測發(fā)電機(jī)的電動勢和電阻,并用Excel處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),精確得到測量結(jié)果,真正優(yōu)化物理實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)智慧物理課堂。

        關(guān)鍵詞:斯特林火力發(fā)電機(jī);電動勢和電阻;安阻法;Excel數(shù)據(jù)處理;智慧校園

        中圖分類號:G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A ? ? 文章編號:1003-6148(2020)9-0047-2

        1? ? 引? 言

        本文對測電源的電動勢和電阻實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn),并優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案。引入斯特林火力發(fā)電機(jī)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和探究的熱情,讓物理課堂變得更有科技性,更有趣味性,真正實(shí)現(xiàn)智慧課堂。

        本實(shí)驗(yàn)采用的斯特林單缸火力發(fā)電機(jī)是通過網(wǎng)絡(luò)購得的,型號是N-SC-008,用于課堂實(shí)驗(yàn)探究。1816年,英國物理學(xué)家羅巴特·斯特林發(fā)明了斯特林發(fā)動機(jī),其工作原理是通過氣缸內(nèi)工作介質(zhì)(氫氣或氦氣)經(jīng)過壓縮、吸熱、膨脹、冷卻為一個循環(huán)周期來輸出動力。后經(jīng)改進(jìn),斯特林發(fā)動機(jī)工作時帶動發(fā)電機(jī)一起運(yùn)轉(zhuǎn),對外提供電能,斯特林火力發(fā)電機(jī)成為人類重要的備用電源之一。

        2? ? 測斯特林火力發(fā)電機(jī)的電動勢和電阻

        測電源的電動勢和內(nèi)阻是高中物理人教版選修3-1第二章第10節(jié)的學(xué)生分組實(shí)驗(yàn),教材上要求的是測量一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻,經(jīng)過多次的改進(jìn)與創(chuàng)新,有的測量水果電池的電動勢和內(nèi)阻,有的測量化學(xué)原電池的電動勢和內(nèi)阻,還有的測量太陽能電池的電動勢和內(nèi)阻……這些實(shí)驗(yàn)改進(jìn),雖然增加了實(shí)驗(yàn)本身的趣味性,但是這些電源的選取,還是脫離了我們生活的實(shí)際。

        在此,為了提高實(shí)驗(yàn)探究的趣味性,讓物理實(shí)驗(yàn)與生活緊密聯(lián)系,我們采用斯特林火力發(fā)電機(jī)為待測電源,如圖1所示。我們的生活用電主要是水力發(fā)電或火力發(fā)電,斯特林發(fā)動機(jī)通過酒精燈加熱,帶動發(fā)電機(jī)一起轉(zhuǎn)動,通過轉(zhuǎn)換,將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?。在課堂上讓學(xué)生感受火力發(fā)電的科學(xué)技術(shù),將先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)與物理課堂緊密結(jié)合,打造智慧物理課堂。

        實(shí)驗(yàn)原理是閉合電路歐姆定律E=I(R+r),實(shí)驗(yàn)方案為安阻法測電源的電動勢和電阻,為了能準(zhǔn)確獲得所需的電流I和外電阻R的值,此處選用微安電流表和2個電阻箱為實(shí)驗(yàn)器材。實(shí)驗(yàn)原理圖和實(shí)物連接圖分別如圖2和圖3所示。

        首先,按照實(shí)驗(yàn)原理圖將實(shí)驗(yàn)器材正確連接,將電阻箱的阻值調(diào)成18 000 Ω,點(diǎn)燃酒精燈預(yù)熱斯特林發(fā)動機(jī)1至2分鐘,用手撥動飛輪,啟動發(fā)動機(jī),讓發(fā)動機(jī)帶動直流發(fā)電機(jī)一起轉(zhuǎn)動。待運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定后,閉合開關(guān),改變電阻箱的阻值,記錄五組電流表的示數(shù)和電阻箱的阻值,填入表格1中,并用Excel求出電流的倒數(shù)。

        調(diào)節(jié)酒精燈火焰的大小,可以改變斯特林發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而改變直流發(fā)電機(jī)的電動勢和電阻。重復(fù)以上步驟,可以得到多組電動勢和電阻。對比不同轉(zhuǎn)速下電動勢和電阻的大小,讓學(xué)生感受發(fā)電機(jī)的電動勢和電阻的變化。

        本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)誤差主要有兩方面:一方面是酒精燈的火焰隨著周圍空氣的流動隨風(fēng)飄動,導(dǎo)致發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速有稍微的變動,造成發(fā)電機(jī)的電動勢和電阻有波動;另一方面,電流表采用的是微安電流表,電流表指針有輕微擺動,給電流讀數(shù)帶來一定的誤差。

        3? ? 本實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新之處

        本分組實(shí)驗(yàn)采用火力發(fā)電機(jī)的模型,知識與生活緊密聯(lián)系,將科技引入物理課堂,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和探究的熱情。通過控制酒精燈火焰的大小,可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不同,可以產(chǎn)生不同的電動勢和內(nèi)阻。干電池也有“類似”的特點(diǎn),新電池化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)較多,產(chǎn)生的電動勢穩(wěn)定,內(nèi)阻較小,當(dāng)電池用過一段時間之后,電動勢變小,內(nèi)阻變大。通過本實(shí)驗(yàn)的探究,加深學(xué)生對電動勢和內(nèi)阻的認(rèn)識。

        4? ? 結(jié)束語

        高中物理深化教育改革正在前行的路上,有一些實(shí)驗(yàn)儀器還有待改進(jìn),實(shí)驗(yàn)方案還有待優(yōu)化。在智慧校園建設(shè)的過程中,應(yīng)該利用一切可以使用的器材,不僅要建設(shè)網(wǎng)絡(luò)校園、智能校園,最終的目的是要建設(shè)智慧校園,充分引領(lǐng)科技、生活、物理之間的緊密聯(lián)系,將科技帶入物理課堂,開闊學(xué)生的眼界,讓學(xué)生基于生活和科技更快樂地學(xué)習(xí),增強(qiáng)創(chuàng)新的物理觀念,提高自身的科學(xué)探究能力。

        參考文獻(xiàn):

        [1]王小慶,代黎娜.真正優(yōu)化物理實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)高效物理課堂: 探究牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2015,44(12):58-59.

        [2]趙凱華.新概念物理教程·電磁學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2003:323-329.

        (欄目編輯? ? 王柏廬)

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