電阻測定一例

浙江省諸暨市楓橋鎮中 魏建國

在多年的教學活動中，每當使用到電阻定律演示器時，心里總是說不出的憋氣?？雌饋砩鷿M銹的幾根扭曲著的合金絲，令人生厭。這么長長的家伙，一米多啊！存放、挪用都不方便，演示起來不但笨拙，而且效果也不理想。所以總是想，有什么可以替代的呢？用什么樣的材料作為電阻的能夠短一點呢？這樣演示儀就可以做得小巧些。其他的金屬、合金嗎？設計這個演示儀時肯定認為這些是最合適的了，何況除此也想不出什么，因為許多金屬導電能力都較好的，導體要短、電阻值又要大一點，大多數材料很難得到。鉛筆芯嗎？據說是以石墨為主要原料做的，而石墨導電性很好??！保險絲嗎？電阻不會大的吧。就這么想著，好幾年過去了，就這么想著，只是想著而矣，世界也不會因我的將要離去而有所特別的改變。

然而就在市里的一次技能比賽上，要完成的就是探究影響導體電阻大小的因素。提供的材料正是鉛筆芯！通過測試，5厘米多一點的某種型號鉛筆芯的阻值居然達到接近10歐！當時心中十分的震驚，10歐姆！5厘米！這很合適。當下就暗自感嘆：組材出題的老師真的太有才了！

實踐才是硬道理！

是的，光想有什么用，如果想當然也行的話，那天上真的就會掉下什么餅。有了這個經驗和啟示，決定立馬設計新的電阻定律演示器，并準備著手制作。通過將近一天的忙碌，完成了一個樣品，看起來蠻符合教材及課堂演示要求的。結構簡單：把一長約15Cm帶孔和凹口的銅片插入木板的槽中，再在它的對側搜入另一彎折銅片，使得折處的兩半與它平行，且相距為1倍關系（2Cm和4Cm），上邊的凹口和孔與第一片上的對稱，這樣就能擱置長短為倍數關系的鉛筆芯了。然而自已并不滿意，因為這個設計只是改變了試驗導體的材料，儀器外觀縮小而異，用起來雖方便得多，但與長度的關系探究只是一個倍數可變，與原來的一樣，其他并沒改變，而且制作一條彎折的槽不太容易。這些不足在制作的過程中就已逐漸認識到，所以完成了一個樣品后，第二天便著手改進，使之更簡單。用兩銅片成八字形固定在木板上，在上面標出兩銅片典型幾個對稱點間的距離即可。這樣，一定長度范圍內可以自選。

表1 把鉛筆芯直接放在作為兩電極的銅片凹口上測定

表2 把鉛筆芯放在銅片凹口上用手指壓住測定

表3 用鱷魚夾改進接入結構后測定

表4 進一步改進接觸結構后測定

如果沒有做第一個，第二個的改進就無從談起，由此更深切的體會到動手做的好處，只要做起來，就會有更深的認知。

在這樣覺得比較滿意的情況下，開始進行了實驗探究。器材有電池合、開關、滑動變阻器、導線、電流表、電壓表，自制儀，HB0.7、HB2.0、2B0.7和一種標有“真彩”字樣的鉛筆芯。

首次試驗數據見附表1。

從中不難看出有很大問題。怎么回事呢？同一筆芯的電阻短的比長的還大??？這在理論上或者說預期的電阻大小與長度一致性相悖。測得的值又是如此的“巨大”，近百歐姆，電流太小，讀數誤差就大。其實把鉛筆芯放上去，閉合開關，便已經發現，電壓表和電流表的指針搖擺不穩，用手指稍微碰觸一下筆芯，指針就會晃動得更厲害?？梢?，出現的問題與筆芯接入點的接觸情況有關。在技能賽上用的是鱷魚夾，固定得較穩，不過長度的確定較困難。而現在是把筆芯直接擱在銅片的凹口上，雖然方便多了，但接觸只是一二個點，加上質輕壓力小，情況更不好了。那么把它輕輕按住呢？固然能夠穩定下來，可以讀準電流電壓的示數。這樣盡管麻煩，當時想啊，先出來數據要緊，證實一下鉛筆芯是否真的可以作為替代品，有希望的話再改進結構。

按住筆芯再測，數據見附表2。

問題還是很大。同樣長度，粗的電阻反而比細的大，違反了電阻與導體粗細的背向關系。難道市售鉛筆芯有問題？材料不均勻？通過多次改進接觸方法，反復測試，改變電流測試，發現不去動筆芯的情況下，改變電流，所測結果是比較穩定的，甚至個別數組與理論關系很接近了。見附表3。

這也可以證明問題確是出在接觸上。這個結論帶來了鼓舞，提升了信心。

通過多次反復的改進試驗，最后的結構是這樣的：不用長銅片。在大小約20Cm×10Cm的木板上，中間10Cm×7mm開挖深約5mm的槽。板面上近邊處，固定第一枚2Cm×4Cm對折成直角7字形銅片，底面與木板緊貼，并裝有一個接線柱，豎起的一面用來作為筆芯的接入端。木板中間固定一把刻度尺，尺中10Cm×4mm去掉，作為另一銅片的接線柱螺絲的滑行道，實驗時，可以滑動接線柱以調節被測筆芯的長度。尖嘴內側焊有折疊薄銅片的兩只鱷魚夾，可以很好的分別將筆芯夾在銅片上。所有的這一切，只是為了達到兩個目的：使筆芯接入良好，保證數據的可靠性；便于操作，提高實驗效率。

用改進的電阻定律實驗演示器（已送去參加省第六屆自制教具評比）做實驗，結果有多組數據與理論關系較接近，說明測定是可靠的，改進是成功的。但還是發現幾個值得注意和探討的問題。一個是上述所用鉛筆芯的電阻（率）不算大，并且，這次采用的“HB”型號筆芯，同樣長度，粗的電阻大，細的電阻小，這個仍然沒有解決。今后可以找些甚至別的材料來多試試。（6Cm長φ2mm的保險絲，當電流達到0.5A時，電壓幾乎還沒讀數，不能用。）第二個是零點幾的電流對于這些筆芯來說夠大的了，產生的熱量會使筆芯溫度升很高，從而影響實驗值。第三個，操作時要仔細小心，小的筆芯易斷；鱷魚夾固定筆芯時，接入部分的長度要看清，因為長度不大，所以主觀誤差可能為被放大。從這次探究的最后一組數據（見附表4）可以看出，這些問題是可能存在的。至于與理論上電阻定律的吻合度，可能還受其他因素影響，雖不足以對教學活動和效果構成不良影響，但還是有待繼續研究改進，并懇請廣大智者指導。

實驗記錄：

真理是令人滿意的東西，真理意味著成功。人們只有去實踐，才能發現真理，不斷接近真理。人的一生，是個學習的過程，教育的重點，不但要教孩子如何學習知識，學習做人，更要教他們如何去動手做，去參加社會實踐和實驗。在做的過程中學，在實踐的過程中更能發現新的問題，獲得新的知識和經驗，也更能開發學生的智力和創造性思維的培養，因為這更符合人——作為生物體的發展規律！一切生物的生存規律“適者生存”是一樣的，獅子老虎豹，從小不但善于“看”（學）父母的捕獲技巧，更善于捉對練習，才使得其成為食物鏈的塔尖部分。已故的美國著名教育哲學家杜威的許多觀點，值得深思，在這個簡單的教具改進探索中，充分體現了實踐才是硬道理。教學生也一樣，重要的并不是一些所謂的知識，而是要讓其能發展?，F在的基礎教育，幾乎以考試為教學目的，學校孤立于社會，令人憂慮。

*附圖

比較：

第一種，木底板上割兩條槽不易，兩銅片不同距離對稱打孔麻煩，銅片是嵌入式的，固定不易，接線柱不易搞定，又只有兩種固定長度可試。

第二種，制作較簡單?？梢赃x擇更多不同長度的材料做試驗。

注：銅板上的圓孔是放置鉛筆芯用的，便于掛起來給學生演示。

上緣剪去的凹口，平放著做的時候用來擱置鉛筆芯，方便。

第三種，看起來更簡單，便用更方便，用兩只焊有軟銅片的鯉魚夾把筆芯接夾在接線柱上，效果很好。

[1]賴峰.杜威是美國實用主義哲學家和教育家[OL].智客網,http://laifeng.cnp-km.com/ArticleDetail.aspx？DetailID=197493.

[2]人民網http://bbs1.people.com.cn/post Detail.do？id=1747385.

[3]近代美國教育家杜威[OL].中學語文網中網,http://laomu.cn/xueke/2008/200803/xueke_50624_2.html.