對《電阻定律、電阻率》一節實驗電路的改進
2006-04-29 00:00:00沈旭俠
物理教學探討 2006年19期
人民教育出版社出版的《全日制普通高級中學教科書（必修）物理》高二教材中《電阻定律、電阻率》一節是高中物理教學的重點，該節課能突出體現知識的探究過程，是培養學生掌握實驗方法、提高實驗能力的好教材。教學中如何展現實驗過程，使學生在既學得知識的同時又掌握解決問題的方法即“魚漁”兼得呢？
教材中用一實驗探究了決定電阻大小的相關因素，過程如下：按照圖1所示的電路圖連接電路，做下面的實驗。圖中的a和b之間接入待研究的合金導線。
把材料、橫截面積相同，但長度不同的合金導線，先后接入電路。調節變阻器，保持導線兩端的電壓相同，并測出電流。實驗表明，電流與導線的長度成反比。這表示導線的電阻與導線的長度成正比。
把材料、長度相同，但橫截面積不同的合金導線先后接入電路中。調節變阻器，保持導線兩端的電壓相同，并測出電流。實驗表明，電流與導線的橫截面積成正比。這表示導線的電阻與導線的橫截面積成反比。
把長度和橫截面積都相同，但不同材料的導線，先后接入電路中，重做上面的實驗。實驗表明，材料不同，導線的電阻也不同。
總的實驗表明，導體的電阻R跟它的長度L成正比．跟它的橫截面S成反比，寫成公式.R=ρL/S，.即電阻定律。
評析.該電路簡單明了，實驗原理清晰，但用于示教效果不會太好。因為教師需要反復的拆換電路、帶領學生反復讀數整理數據，過程雷同，對學生達不到全面感官刺激，容易導致教師很忙碌但學生參與程度差，影響教學效果.。
再有，教材中具體操作不詳細，如選取什么材料實驗效果好，導線的直徑和長度取多少，都沒有一些數據作為參考，所以致使這段教學真正通過實驗手段來證明的很少，往往流于講實驗，強調了記憶定律、做題，而忽視對學生關于實驗方法的教育。下面結合我的教學實踐就該節實驗做一點改進，供大家參考。
1、改進實驗電路，如圖2所示。
小燈泡（2.5V、1.5W）、單刀雙擲開關，滑動變阻器（50Ω），1.5V干電池兩節。具體操作為：將電源、電流表、電壓表、滑動變阻器、單刀雙擲開關用導線連接固定于薄木板上，作為固定電路。
2、選取材料，取兩縷漆包直徑（d=0.3mm）的鎳鉻絲和銅絲.，再找一廢棄熒光燈管中燈絲（保留兩接線柱）。
3、制作活動電路，取兩段長45cm的鎳鉻絲(連ab)和銅絲(連ac)固定于小塊薄木板上作為活動電路A，如圖3；取長分別為60cm(連ab)、20cm(連ac)的兩條鎳鉻絲固定于另一小塊薄木板上作為活動電路B，如圖4；取長分別為30cm(連ab)、60cm(連ac)的兩條鎳鉻絲，將長鎳鉻絲對折，等效一橫截面積2倍于另一導線的粗導線，固定于小塊薄木板上作為活動電路C，如圖5所示。以上操作abc為接線柱，導線與接線柱相連部位的漆要用砂紙打磨掉。
4、實驗操作：把活動電路連接到固定電路時注意a-a，b-b，c-c
（1）將活動電路A接入固定電路。保持滑動變阻器連入電路的阻值不變，將開關分別調至d、e會明顯看到燈泡亮度變化，在長度（L）、橫截面積（S）相同的前提下，實驗表明，材料不同，導線的電阻也不同。定性表明電阻大小同材料（ρ）有關。
（2）取下活動電路A將活動電路B接入，旋轉開關由燈泡亮度變化定性表明在材料（ρ）、橫截面積（S）相同的前提下，電阻大小同長度（L）有關。探詢定量關系，調節滑動變阻器保持電鍵接d、e前后電壓表示數相同（U一定，根據歐母定律U=IR，I與R成反比），記錄電流表讀數。改變滑動變阻器接入電阻，按相同原理重做幾次，通過電流表讀數對比很容易得到電流同長度的關系，實驗表明，電流與導線的長度成反比。這表示導線的電阻與導線的長度成正比。即R.∝L。
（3）取下活動電路B將活動電路C接入，旋轉開關由燈泡亮度變化定性表明在材料（ρ）、長度（L）都相同的前提下，電阻大小同橫截面積（S）有關。探詢定量關系，調節滑動變阻器使電鍵接d、e前后電壓表示數保證相同（U一定，根據歐母定律U=IR，I與R成反比），記錄電流表讀數。改變滑動變阻器接入電阻，按相同原理重做幾次，通過電流表讀數對比很容易得到電流同橫截面積的關系，實驗表明，電流與導線的橫截面積成正比。這表示導線的電阻與導線的橫截面積成反比。即R.∝1／S。
（4）最后將熒光燈燈絲接入a、b間，閉合電鍵，劃著火柴烘烤熒光燈燈絲，小燈泡迅速變暗，拿走火柴，在熒光燈燈絲冷卻中小燈泡亮度逐漸恢復，定性表明一段長度、橫截面積一定的導體（熒光燈燈絲），電阻大小受溫度影響即得出電阻率隨溫度升高而增大反之減小的結論。
以上過程為主要操作要點，綜合后本節結論自然得出R=ρL／S。
改進后的電路原理簡單，易于制作。三塊活動電路、單刀雙擲開關的使用給教師提供更大的活動空間從而能輕松把握課堂節奏。電路中增加小燈泡、單刀雙擲開關，通過亮度變化刺激學生感官，激發他們的興趣提高注意力，教師適時設疑、引導，使學生對從發現問題（如小燈泡亮度變化）到解決問題（如保持電壓不變，對比電流值得出結論）這一過程獲得整體感知，從而體會認知事物什么是“感性到理性”這一哲學思想。教學中多次穿插物理學研究中的常用方法——對比、等效、控制變量等，使學生在潛移默化中既學習知識與又獲得方法，真正達到“既授魚，也授之以漁”的教學效果，實現我們素質教育的目標。
(欄目編輯 黃懋恩)
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