云南 呂文東

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。電學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Y(jié)了物理學(xué)科的核心素養(yǎng)，對(duì)發(fā)展學(xué)生的素質(zhì)具有獨(dú)特的價(jià)值。伏安法測(cè)電阻，能很好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維與探究精神，是高考的一個(gè)核心知識(shí)點(diǎn)，是電學(xué)實(shí)驗(yàn)考查中的一個(gè)?？贾R(shí)點(diǎn)。

伏安法測(cè)電阻的電路有兩種接法，一種是電流表外接法，簡(jiǎn)稱外接法；另一種是電流表內(nèi)接法，簡(jiǎn)稱內(nèi)接法。關(guān)于兩種電路的選擇、誤差分析，本文將從電路結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)明，這是一個(gè)新的視角，將使測(cè)量電路的選擇、誤差分析變得比較容易，可以上升到一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)程度，形成物理觀念，達(dá)成核心素養(yǎng)。

一、外接法

圖1

在并聯(lián)電路中，電阻并聯(lián)值比最小的電阻還小，一個(gè)大電阻與一個(gè)小電阻并聯(lián)，并聯(lián)值約等于小電阻。我們從電表的改裝原理可以知道，電壓表內(nèi)阻RV是很大的(幾十千歐以上)，當(dāng)待測(cè)電阻Rx較小時(shí)，電壓表內(nèi)阻就遠(yuǎn)大于待測(cè)電阻，所以并聯(lián)值就約等于待測(cè)電阻的阻值，根據(jù)這些熟知的知識(shí)，很容易理解測(cè)小電阻用外接法。

總結(jié)：外接法適用于測(cè)小電阻，測(cè)得的是并聯(lián)值，偏小。

二、內(nèi)接法

圖2

在串聯(lián)電路中，電阻的串聯(lián)值等于各電阻的總和，我們從電表的改裝原理知道，電流表的內(nèi)阻是比較小的，若待測(cè)電阻較大，遠(yuǎn)大于電流表的內(nèi)阻時(shí)，串聯(lián)值就約等于待測(cè)電阻的阻值，所以測(cè)大電阻用內(nèi)接法。

即R測(cè)=Rx+RA當(dāng)Rx?RA時(shí)，R測(cè)≈Rx

總結(jié)：內(nèi)接法適用于測(cè)大電阻，測(cè)得的是串聯(lián)值，偏大。

三、定量選擇

四、典例分析

【例1】要測(cè)量一個(gè)待測(cè)電阻Rx的阻值，為了減小誤差，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖3所示的測(cè)量電路，單刀雙擲開(kāi)關(guān)接a時(shí)，閉合開(kāi)關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R，使電流表有合適的讀數(shù)I1，并同時(shí)記下電壓表的讀數(shù)U1；然后保持滑動(dòng)變阻器R不變，把單刀雙擲開(kāi)關(guān)接b，讀出電流表和電壓表的讀數(shù)I2和U2；則待測(cè)電阻Rx=________。

圖3

【例2】如圖4所示的電路是伏安法測(cè)電阻的一種改進(jìn)電路，該電路用到了兩只電壓表和一只電流表，因此叫作“雙伏單安法”。請(qǐng)按要求回答下面的問(wèn)題。

圖4

(1)將下面的實(shí)驗(yàn)步驟補(bǔ)充完整：

A.將開(kāi)關(guān)S與S′都閉合，仔細(xì)調(diào)整兩個(gè)滑動(dòng)變阻器R和R′的觸頭，使得電壓表V的示數(shù)U等于電壓表V′的示數(shù)U′的一半；

B.保持開(kāi)關(guān)S閉合，斷開(kāi)S′，并且在以后的操作過(guò)程中滑動(dòng)變阻器R的觸頭不允許再做調(diào)整，觀察、記錄此時(shí)電壓表的示數(shù)U以及電流表的示數(shù)I；

C.重復(fù)A、B，測(cè)量并記錄多組U、I數(shù)據(jù)。

(2)求得被測(cè)電阻Rx測(cè)量值的表達(dá)式為Rx=________。

(3)這種測(cè)量方法有沒(méi)有系統(tǒng)誤差？

學(xué)生對(duì)此題的解答，與上一題類似，好多學(xué)生認(rèn)為步驟A說(shuō)明待測(cè)電阻與滑動(dòng)變阻器的阻值相等，步驟B是伏安法測(cè)滑動(dòng)變阻器的阻值，如此同樣反映了學(xué)生對(duì)實(shí)際電表的漠視，物理觀念的淡薄，對(duì)于為什么要這樣做缺乏思考。

【例3】如圖5所示，電源的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，R1為定值電阻，R2為滑動(dòng)變阻器，L為小燈泡。閉合開(kāi)關(guān)后，設(shè)電流表A的讀數(shù)為I，電壓表V的讀數(shù)為U，電壓表V1的讀數(shù)為U1，當(dāng)滑動(dòng)變阻器R2的滑片P向上移動(dòng)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是

( )

A.小燈泡的亮度變暗

圖5

高中物理教學(xué)，重在進(jìn)一步提升學(xué)生的物理學(xué)科的核心素養(yǎng)。伏安法測(cè)電阻，是教學(xué)中的一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，通過(guò)多途徑教學(xué)，讓學(xué)生會(huì)用伏安法測(cè)電阻。實(shí)際上電壓表是一個(gè)大電阻，電流表是一個(gè)小電阻，在測(cè)量電阻時(shí)，電壓表和電流表可以串聯(lián)也可以并聯(lián)，伏安法可以拓展為伏伏法、伏阻法、安安法、安阻法等，要理解和掌握這些方法，電路思維很重要。本文從電路結(jié)構(gòu)分析伏安法測(cè)電阻，培養(yǎng)學(xué)生的電路思維意識(shí)，同時(shí)讓部分電路歐姆定律這一規(guī)律在學(xué)生大腦中得到提煉和升華，形成物理觀念。