陳端友，楊永栩，杜倩倩，張欣蕊

(廣西師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣西 桂林 541004)

伏安法測(cè)電阻的教學(xué)心得

陳端友，楊永栩?，杜倩倩，張欣蕊

(廣西師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣西 桂林 541004)

《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》是當(dāng)今大多數(shù)高校公共課的必修部分，而伏安法測(cè)電阻是一塊重要的內(nèi)容，是教學(xué)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。學(xué)生對(duì)這一部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)即使花費(fèi)了大量的時(shí)間，還是存在比較多的知識(shí)漏洞，無(wú)法達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的，如何進(jìn)行高質(zhì)量的教學(xué)成為很多教師困擾的問(wèn)題。筆者從親身經(jīng)歷與教學(xué)經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，總結(jié)學(xué)生在課上容易出現(xiàn)的問(wèn)題，以便教師更好的有針對(duì)性地進(jìn)行授課。

伏安法；器材；內(nèi)接法；外接法；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

1 引言

《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》是當(dāng)今大學(xué)教育中比較重要的一門(mén)學(xué)科，它重視學(xué)生的動(dòng)手能力、思考能力、比較能力等多種能力的綜合訓(xùn)練和培養(yǎng)。伏安法測(cè)電阻就是物理實(shí)驗(yàn)中必選的一節(jié)，這一部分內(nèi)容由于電學(xué)儀器多，電路接線復(fù)雜，對(duì)學(xué)生的綜合思考能力要求較高，因此成為了學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)、老師教學(xué)的重點(diǎn)。該實(shí)驗(yàn)雖在高中物理中也有涉及，但是由于高中教育更注重于如何取得高分，因此學(xué)生在高中所掌握的也大多數(shù)是理論知識(shí)，學(xué)生幾乎沒(méi)有親自做過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，其動(dòng)手能力并沒(méi)有達(dá)到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的基準(zhǔn)。如果教師不在講課過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行正確的引導(dǎo)，學(xué)生往往會(huì)出現(xiàn)積極性降低、耗費(fèi)時(shí)間多等問(wèn)題。

那么，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中會(huì)遇到怎樣的問(wèn)題，教師又如何有條理性的開(kāi)展該部分內(nèi)容的教學(xué)，找到更好的方法利于學(xué)生的理解消化成為了一個(gè)重要的課題。筆者結(jié)合自己的親身經(jīng)歷和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從教學(xué)過(guò)程中遇到的問(wèn)題出發(fā)，總結(jié)了教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和心得，以望與大家共同交流切磋。

2 實(shí)驗(yàn)方法的理解

實(shí)驗(yàn)電路圖1如下圖所示。整體實(shí)驗(yàn)思路如下：該實(shí)驗(yàn)的目的是測(cè)量出未知電阻箱中的阻值，對(duì)于阻值的測(cè)量方法我們采用的是應(yīng)用歐姆定律，分別測(cè)量出待測(cè)電阻兩端的電壓、通過(guò)待測(cè)電阻的電流，然后求得其阻值的大小。這種間接的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法其實(shí)在很早之前就開(kāi)展過(guò)了，例如固體密度的測(cè)定、用單擺測(cè)重力加速度等。

但是大部分學(xué)生在實(shí)驗(yàn)桌面前不知道要做什么，從哪里開(kāi)始下手，教師往往將其歸結(jié)為動(dòng)手能力差，這種認(rèn)識(shí)是錯(cuò)誤的。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的慌亂往往是由于預(yù)習(xí)不夠全面，對(duì)于理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)過(guò)程、步驟掌握不到位，實(shí)驗(yàn)中不知道要測(cè)什么，所以導(dǎo)致一下子不知如何下手。因此在實(shí)驗(yàn)之前，教師應(yīng)當(dāng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行充分的理論指導(dǎo)和相關(guān)內(nèi)容的講解，讓學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)之前有整體的把握和認(rèn)識(shí)。

3 實(shí)驗(yàn)器材的選擇

由于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)儀器眾多，僅本實(shí)驗(yàn)中涉及到的滑動(dòng)變阻器、指針式電壓表和電流表就有多種不同的種類(lèi)和規(guī)格，如果學(xué)生在實(shí)驗(yàn)之前對(duì)此沒(méi)有了解，就會(huì)在操作中出現(xiàn)一些問(wèn)題：第一，不知道選用哪些儀器哪些規(guī)格（量程）；第二，選用儀器規(guī)格不合適或操作不當(dāng)容易燒壞儀器，甚至發(fā)生人身危險(xiǎn)。例如本實(shí)驗(yàn)中的所涉及到的電源的選擇，如果學(xué)生選用的電源電壓過(guò)大，則容易導(dǎo)致電路中電阻和電表燒毀等問(wèn)題，如果選用的電源電壓過(guò)小，則實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量值過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)精度的下降，影響實(shí)驗(yàn)效果。因此，教師在帶領(lǐng)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)之前，應(yīng)該事先把實(shí)驗(yàn)中涉及到的實(shí)驗(yàn)儀器向?qū)W生介紹一遍，把實(shí)驗(yàn)中可能涉及到的問(wèn)題、注意事項(xiàng)講述清楚。

4 內(nèi)外接法的理解

由于本實(shí)驗(yàn)是用伏安法測(cè)量未知電阻的阻值，因此就涉及到用電壓表和電流表測(cè)量電壓、電流的問(wèn)題。在電路連接時(shí)，電壓表和電流表的連接主要有兩種方式：外接法和內(nèi)接法。在實(shí)際操作中，這兩種方法都是近似的方法，都無(wú)法精準(zhǔn)的測(cè)得待測(cè)電阻的阻值，并且用這兩種方法測(cè)出的電阻阻值是不同的。但是如果不跟學(xué)生講清楚，學(xué)生并不知道為什么會(huì)出現(xiàn)不同的阻值。接下來(lái)詳細(xì)講解一下外接法和內(nèi)接法。

外接法：電壓表接在待測(cè)電阻兩端，用外接法測(cè)得的電阻阻值與真實(shí)阻值相比，結(jié)果偏小[1]。此時(shí)，電壓表測(cè)得的電壓值是待測(cè)電阻的真實(shí)電壓，但是電流表測(cè)得的電流并非待測(cè)電阻的真實(shí)電流。由于電壓表電阻不是無(wú)限大，因此無(wú)法看成斷路，在電壓表中實(shí)際上是有電流通過(guò)的，則電流表測(cè)得的電流就是電壓表和待測(cè)電阻的總電流。也就是說(shuō)，測(cè)得的電流值偏大了。根據(jù)歐姆定律R=U/I，U不變，I比實(shí)際情況大，因此R比實(shí)際情況小。在實(shí)際操作中，如果電壓表的電阻要比待測(cè)電阻的阻值大的多得多，則電壓表的分流作用就可以忽略不計(jì)，用外接法的誤差就比較小。

內(nèi)接法：電壓表跨接在電流表和待測(cè)電阻兩端，用外接法測(cè)得的電阻阻值與真實(shí)阻值相比，結(jié)果偏大[1]。此時(shí)，電流表測(cè)得的電流值是通過(guò)待測(cè)電阻的真實(shí)電流，但是電壓表測(cè)得的電流非待測(cè)電阻的真實(shí)電壓。由于電流表電阻并非為零，因此電流表實(shí)際上是有分壓作用的，電壓表測(cè)得的電壓實(shí)際上是待測(cè)電阻與電流表兩端的電壓總和。也就是說(shuō)，測(cè)得的電壓值偏大了。根據(jù)歐姆定律R=U/I，I不變，U比實(shí)際情況大，因此R比實(shí)際情況大。在實(shí)際操作中，如果電流表的阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于所測(cè)量的電阻值，這時(shí)電流表的分壓很小時(shí)，用這種方法誤差就比較小。

像這種由于測(cè)量所依據(jù)的理論公式本身的近似性，或?qū)嶒?yàn)條件不能達(dá)到理論公式所規(guī)定的要求，所帶來(lái)的誤差稱為理論誤差[1]。

5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄

實(shí)驗(yàn)中最重要的一步就是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和處理，由于學(xué)生把大部分的時(shí)間花在如何去連接線路和調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)儀器上，所以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和處理并不能引起學(xué)生太多的重視。這里是學(xué)生最容易出錯(cuò)的地方。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一般是由真實(shí)值、估算值和單位組成。在真實(shí)值的記錄時(shí)，學(xué)生應(yīng)該在看到正確實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后，才能開(kāi)始記錄。但由于伏安法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)中使用的是指針式多量程的電流表和電壓表，因而在記錄數(shù)據(jù)時(shí)一定要待電表的指針不再晃動(dòng)，且指針的位置超過(guò)表盤(pán)的三分之二時(shí)才能達(dá)到最高精度（若指針的位置沒(méi)有超過(guò)表盤(pán)的三分之二則應(yīng)斷開(kāi)電路重新選擇量程直至滿足這一條件為止）。此時(shí)的示數(shù)并不是測(cè)量結(jié)果，測(cè)量結(jié)果應(yīng)為目光與表盤(pán)垂直時(shí)所看到的指針偏轉(zhuǎn)格數(shù)除以總的刻度數(shù)再乘上此時(shí)電表的量程。即：

測(cè)量結(jié)果=指針偏轉(zhuǎn)格數(shù)/總的刻度數(shù)×電表量程

由于電表的測(cè)量是不可能百分百（理想）精密的，為此需要估讀到精確度的下一位來(lái)減少測(cè)量誤差，使得測(cè)量結(jié)果更加接近于真實(shí)值。最后，設(shè)置表格記錄數(shù)據(jù)，并在每一個(gè)數(shù)據(jù)的后面帶上單位。

6 結(jié)論

伏安法測(cè)電阻作為一個(gè)高中、大學(xué)物理教學(xué)中都有的一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)，教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注重對(duì)這兩部分內(nèi)容的銜接，有針對(duì)性的進(jìn)行備課，在講課過(guò)程中充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生真正懂得電表的使用并達(dá)到舉一反三的目的，真正讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的奧妙和樂(lè)趣所在。

[1] 覃以威.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)Ⅰ[M].桂林:廣西師范大學(xué)出版社,2010.

G633.7

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：1003-7551(2016)02-0040-02

2016-01-11

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(11505030)；廣西自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(2015GXNSFDA13900)；廣西師范大學(xué)教育教學(xué)改革項(xiàng)目

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