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2018电阻测量设计性实验刍议
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2018电阻测量设计性实验刍议
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发表于 2018-8-22 23:05:30
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摘要:电阻测量的设计性实验是物理教学的重点和难点。本文对如何突破这一难点进行了讨论。
关键词:电阻测量;设计性实验;物理
物理是以实验为基础的学科,不论是理科综合能力测试还是单学科的高考,都十分重视实验能力的考查。近年来高考物理中的实验题已从侧重于考查实验的原理、器材选择、步骤、数据处理、得出结论、误差的定性原因等即考查实验仪器的使用、基本操作等最基础的实验能力,向着更侧重于考查对实验原理的理解、实验方法的灵活运用等更高层次的能力要求转变,从常见的学生分组实验、演示实验及课后小实验的考查向更高层次的设计性实验考查过渡。高考实验题的设计性实验常见于电学实验中,而电阻测量的设计性实验更是其重点、热点,对学生而言当然也是难点。本文拟就如何突破这一难点做些讨论.
一、千变万变,原理不变
纵观近几年高考中的电阻测量设计性实验题目,立意新颖、灵活多变。为了应对这种实验,总结了不少方法,如“伏伏法”、“安安法”,名目繁多,不一而足。其实不论题目多么新颖,不论怎么变化,须知万变不离其宗,这个“宗”就是实验原理。原理是实验的总纲、灵魂,设计性实验也概莫能外。高考理科综合能力测试《考试大纲》对设计性实验题目的考查有具体明确的要求:“能灵活地运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题”。设计性实验考题都是根据现行教学大纲和考试大纲,立足于课本,在已学实验(包括学生分组实验、演示实验及课后小实验)的基础上演变而来的,是建立在对所学实验原理的深入理解的基础上的。具体到电阻的测量,其实验原理最主要的应是两个,一是部分电路欧姆定律(即所谓伏安法),二是闭合电路欧姆定律,兹分述于后:
⑴伏安法。设待测电阻阻值为Rx.若测得Rx两端的电压为U,通过Rx的电流为I,则由其定义可得Rx=U/I。此处应注意“测”的含义,例如,电压U既可用电压表直接测得,也可由其他方式算出即间接测得。电流亦然。
⑵闭合电路欧姆定律。将待测电阻Rx做为某一电源的外电路或外电路的一部分,利用闭合电路欧姆定律测量,这当然也是间接测得的。
二、方案选择,应看条件
电阻测量设计性实验之所以难,对很多学生来说,不是不知道有哪些实验原理,而是不清楚对一个具体的实验应该用哪个原理。实际上,在一道具体的实验题目中实验原理的选择受实验器材、实验精度的要求等多种因素的制约。如考虑用伏安法测电阻时,一般而言应有电压表、电流表。若只有两个电流表,没有电压表,并不意味着无法用伏安法。只要满足一定条件,实验仍然能够完成。前面说过,只要能算出待测电阻两端的电压即可。在什么情况下可以“算出”?这就需要注意电压表、电流表的一些指标。一般来说,电压(流)表应看三个指标即满偏电压、满偏电流和内阻,由于电表此时满足部分电路欧姆定律,故三个指标中只有两个是独立的,利用任意两个指标可由欧姆定律求出第三个指标。这也说明电表可扮演三种角色,例如一个电压表,既是一个电压表(测内阻RV两端的电压),又是一个定值电阻(阻值为内阻RV),同时还能反串电流表(“测”通过RV的电流).能否“测出”通过RV的电流,就取决于其内阻是否已知。故若题目明确说明其电表的内阻是多少,则可考虑让此电表反串另一种电表的角色(当然,可能还须考虑其偏转角度是否满足精确的要求或是否会超出其量程)。但若题目只是说此电表的内阻约为多少,则不能反串。题目给出这个条件通常是用来考虑用外接法还是内接法的,此时应另寻他法。若考虑用闭合电路欧姆定律测电阻时,则应注意电源的两个指标即电源的电动势E和内阻r。如果电动势E和内阻r未知,则应做待测量加以考虑。
三、体会例题,学会应变
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