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）