“用惠斯通電橋測量中值電阻”的問題學案

田國瑞

（揚州科技學院電子工程學院 江蘇 揚州 225009）

1 引言

物理教學是一門綜合藝術，其教學活動的基本要素有［1］：

（1）目標；（2）內容；（3）方法；（4）組織形式；（5）評價；（6）教師；（7）學生.

因此，可用“物理教學結構圖”（圖1）來表示.在應用物理實驗教學中，為了培養學生形成符合大綱要求的、良好的知識－技能結構，教師可以設計一個問題學案，把教師應該解決的問題系統、全面地匯總起來，它反映的問題不僅僅停留在表面上，還能反映更深層次的問題.這樣，上課時不僅可以問學生，而且也可以回答學生的提問.

因此，教師應該做到厚積薄發.

圖1 物理教學結構圖

2 “用惠斯通電橋測量中值電阻”的問題學案

2.1 問題學案

表1 用惠斯通電橋測量中值電阻問題學案

2.2 幾點說明

2.2.1 電橋平衡的調節及電橋的靈敏度

（1）電流Ig公式的推導及電橋平衡的調節

惠斯通電橋示意圖如圖2所示.由基爾霍夫節點電流定律和回路電壓定律得

圖2 惠斯通電橋示意圖

將式（1）代入式（5），式（3）代入式（6）、（7），式（1）、（2）代入式（7）得

即

式（8）×R2－式（9）×Rx得

式（8）×R3－式（9）×R4得

將式（11）、（12）代入式（10）得

討論：

（2）電橋的靈敏度

由理論可知［4］

式中SG為檢流計靈敏度，Rg＝R5.

（3）不確定度［5］

是儀器誤差引起的不確定度與電橋靈敏度引起的不確定度的合成.

2.2.2 檢流計阻尼開關的作用

（1）動力學方程

檢流計相關示意圖如圖3，4所示.

圖3 檢流計的工作原理示意圖

圖4

a.由安培定律公式dF＝I0dl×B 得

方向由左手定則確定.式中N 為線圈的匝數，B為外磁場的磁感強度，I0為所通電流.

產生的力矩

方向由右手定則確定.

產生的力矩

故電磁轉動力矩

彈性扭力矩

其中D 是懸絲的扭轉系數.

電磁阻尼力矩

其中

所以

J 為轉動慣量.

（2）過阻尼開關可使電流計短路，它可使擺動不止的電流計的線圈立刻停下來

過阻尼

A，B 為由初始條件決定的常量.因此，當t↑θ→α.

它也可在實驗結束后用來保護電流計以免儀器受到突然沖擊時產生的振動［6］.

圖5 過阻尼開關示意圖

2.2.3 N，B，S，p，J 等相關參數的測定

（1）若檢流計通以電流I1，而偏轉的角度為θ1，則

（2）若外電路開路，有

測出振動周期T，就可以得到轉動慣量J.

3 討論

通過上述討論可知，只有教師的認真備課，學生的認真預習，才能在各層次教學中使得學生“吃得了，吃得飽，吃得好”，使學生從不懂到懂，再到會，再上升到熟和巧［7］.只有心靈，才能做到手巧.

1 王維臣.現代教學（理論和實踐）.上海：上海教育出版社，2012.8

2 馬葭生，等.大學物理實驗.上海：華東師范大學出版社，2001.63～71

3 蘇啟錄.自組惠斯登電橋測量中值電阻有關測量精確度問題探討.福州師范高等專科學校學報，2000，20（6）：50～53

4 曹惠賢.普通物理實驗.北京：北京師范大學出版社，2007.166～167

5 李朝榮，等.基礎物理實驗.北京：北京航空航天大學出版社，2010.75

6 潘學軍.大學物理實驗（基礎物理部分）.北京：電子工業出版社，2006.130～232

7 梁旭.復習課的功能與目標.物理教學，2013，35（12）：35～38