加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)知識(shí)的遷移引導(dǎo)學(xué)生思維的拓展——以“測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)”為例

李紅偉

(江西省全南中學(xué)　江西　贛州　341800)

加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)知識(shí)的遷移引導(dǎo)學(xué)生思維的拓展
——以“測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)”為例

李紅偉

(江西省全南中學(xué)江西贛州341800)

摘 要：從多個(gè)方面闡述了如何在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)中，有意識(shí)地進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹R(shí)遷移，以引導(dǎo)學(xué)生思維的拓展，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力.

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)知識(shí)遷移思維拓展創(chuàng)新能力培養(yǎng)

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)試題是通過改變實(shí)驗(yàn)情境、實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)結(jié)論等條件設(shè)計(jì)出來的一類試題．這類試題不僅能考查學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題能力，同時(shí)能較好地考查學(xué)生思維的深度、廣度、靈活度．在高三物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)中，有意識(shí)地對(duì)學(xué)生所掌握的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法等知識(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪w移變化，從而達(dá)到提高學(xué)生思維能力的目的．

下面以“測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)”為例，談?wù)勗趶?fù)習(xí)教學(xué)中如何對(duì)實(shí)驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行遷移拓展．

1從實(shí)驗(yàn)原理的角度進(jìn)行遷移

在平時(shí)物理學(xué)教學(xué)中，通常是利用伏安法來測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，原理是由電流表測(cè)出流經(jīng)電路的總電流I，電壓表測(cè)出路端電壓U，根據(jù)閉合電路歐姆定律E=U+Ir，利用計(jì)算法、圖像法等方法求得E和r．在復(fù)習(xí)教學(xué)過程中，可以有意識(shí)地從閉合電路歐姆定律變式的角度進(jìn)行遷移，引導(dǎo)學(xué)生思維延伸；如，利用電流表和電阻箱的安阻法、利用電壓表和電阻箱測(cè)的伏阻法、利用兩個(gè)電壓表(其中一個(gè)電壓表內(nèi)阻已知的)伏伏法，等等．下面詳細(xì)介紹幾種從實(shí)驗(yàn)原理的角度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)知識(shí)遷移的方法.

1.1利用標(biāo)準(zhǔn)電源的方法

電路圖如圖1所示．

圖1

圖1中E為供電電源，Es為標(biāo)準(zhǔn)電源，Ex為待測(cè)電源，Rp是限流電阻，r0電流表G的保護(hù)電阻．測(cè)量時(shí)，首先閉合開關(guān)S1，電阻絲AB上有一定的電勢(shì)降落；接著將開關(guān)S2合到“1”位置，移動(dòng)滑動(dòng)觸頭C，使G指針指零，此時(shí)AC的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，AC段電壓為Es；再將S2合到“2”位置，移動(dòng)滑動(dòng)觸頭C，使G指針再指零，此時(shí)AC的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，AC段電壓為Ex．由于電流表G的示數(shù)為零，則兩次流過AB的電流不變，故

得

這種方法能準(zhǔn)確地測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)，但無(wú)法測(cè)出電源內(nèi)阻．

1.2利用電橋平衡的方法

電路圖如圖2所示．

圖2

實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)節(jié)變阻器R1和R2使電流表G的讀數(shù)為零，此時(shí)電流表A1和A2的示數(shù)之和就是流過電源的電流I(即干路電流)，電壓表V1和V2的示數(shù)之和就是電源的路端電壓U，則E=U+Ir，兩次調(diào)節(jié)R1和R2，使電流表G的示數(shù)變?yōu)榱悖x出4個(gè)電表的讀數(shù)；第一次兩電流表示數(shù)之和為I1，兩電壓表示數(shù)之和為U1，則E=U1+I1r；第二次兩電流表示數(shù)之和為I2，兩電壓表示數(shù)之和為U2，則有E=U2+I2r，聯(lián)立可得

此方法測(cè)量不必考慮電表帶來的誤差，測(cè)量精確程度取決于電流表G的靈敏程度，不存在系統(tǒng)誤差，即

E測(cè)=E真r測(cè)=r真

1.3利用輔助電源的方法

電路圖如圖3所示．

圖3

實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R和R′，使電流表G的示數(shù)為零，此時(shí)A和B兩點(diǎn)的電勢(shì)φA和φB的關(guān)系是φA=φB，讀出電流表A和電壓表V的示數(shù)I和U，則

E+E′=U+I(R′+RA+r+r′)

E′=I(R′+RA+r′)

由兩式解得

E=U+Ir

測(cè)得兩組數(shù)據(jù)U和I，列方程可解得

此方法測(cè)量同樣不必考慮電表帶來的誤差，測(cè)量精確程度取決于電流表G的靈敏程度，不存在系統(tǒng)誤差，即

E測(cè)=E真r測(cè)=r真

2從實(shí)驗(yàn)儀器的角度遷移

伏安法測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻中涉及的主要儀器是：滑動(dòng)變阻器、電源、電流表、電壓表．所以在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)過程中，可以有意識(shí)地對(duì)這些儀器進(jìn)行遷移和變化．

2.1從滑動(dòng)變阻器的角度變化

在伏安法測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)中，滑動(dòng)變阻器所起的作用是使外電路電阻變化，致使流經(jīng)電源的電流、路端電壓變化，因此可以用其他類型的電阻代替滑動(dòng)變阻器．如2014年高考全國(guó)大綱卷就用定值電阻代替滑動(dòng)變阻器(圖4)．

圖4

2.2從電表的角度變化

在伏安法測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)中，電流表測(cè)量流經(jīng)電源的電流，電壓表測(cè)定路端電壓大小；如果提供的儀器中沒有電壓表，只提供了小量程的電流表，或提供的電流表、電壓表量程太小，則必須對(duì)電表進(jìn)行改裝．如在2014年高考中，福建卷、全國(guó)課標(biāo)Ⅰ卷都是將小量程電流表改裝成大量程電流表(圖5).

圖5

上海卷采用電流傳感器、電壓傳感器代替電流表、電壓表來采集路端電壓和流經(jīng)電源電流大小(圖6)．

圖6

2.3從電源的角度變化

在伏安法測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)中，通常采用干電池為測(cè)定對(duì)象，實(shí)際上還可以采用其他電源，測(cè)量其他電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，如水果電池、原電池、蓄電池、鋰電池 、鎳鎘電池等．圖7所示電路是2013年高考全國(guó)課標(biāo)Ⅰ卷使用多用電表歐姆擋對(duì)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻進(jìn)行測(cè)定．

圖7

3從實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡慕嵌冗w移

測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菧y(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，但是有時(shí)可以利用本實(shí)驗(yàn)電路測(cè)量其他物理量，從實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡慕嵌冗M(jìn)行遷移、變化．2014年高考上海卷第(3)小題就是利用這個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行定值電阻的測(cè)量．

【例1】(2014年高考上海卷第28題)在“用DIS測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)中：

(1)將待測(cè)電池組、滑動(dòng)變阻器、電流傳感器、電壓傳感器、定值電阻、開關(guān)及若干導(dǎo)線連接成電路如圖8(a)所示．圖中未接導(dǎo)線的A端應(yīng)接在____點(diǎn)(選填：B，C，D，E)．

(2)實(shí)驗(yàn)得到的U-I關(guān)系如圖8(b)中的直線I所示，則電池組的電動(dòng)勢(shì)為____V，內(nèi)電阻阻值為______Ω．

(3)為了測(cè)量定值電阻的阻值，應(yīng)在圖8(a)中將“A”端重新連接到____點(diǎn)(選填：B，C，D，E)，所得到的U-I關(guān)系如圖8(b)中的直線Ⅱ所示，則定值電阻的阻值為____Ω．

圖8

4從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的角度遷移

在測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中，通常應(yīng)用計(jì)算法或圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，但也可以用其他方法來處理．如2014年高考福建卷利用逐差法處理數(shù)據(jù)，應(yīng)該說對(duì)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)具有很強(qiáng)的前瞻性和導(dǎo)向性．

【例2】[2014年高考福建卷第19題(2)]某研究性學(xué)習(xí)小組利用伏安法測(cè)定某一電池組的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，實(shí)驗(yàn)原理如圖9所示，其中，虛線框內(nèi)為用靈敏電流計(jì)G改裝的電流表A，V為標(biāo)準(zhǔn)電壓表，E為待測(cè)電池組，S為開關(guān)，R為滑動(dòng)變阻器，R0是標(biāo)稱值為4.0 Ω的定值電阻．

圖9

某次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)如表1所示：該小組借鑒“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”試驗(yàn)中計(jì)算加速度的方法(逐差法)，計(jì)算出電池組的內(nèi)阻r=____Ω(保留兩位小數(shù))；為減小偶然誤差，逐差法在數(shù)據(jù)處理方面體現(xiàn)出的主要優(yōu)點(diǎn)是____________．

表1　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

總之，在高三物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)中，應(yīng)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)和基本方法的復(fù)習(xí)，同時(shí)也應(yīng)從實(shí)驗(yàn)的目的、原理、器材、步驟、數(shù)據(jù)處理等各環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)試題的變化，提高學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題能力，從而使學(xué)生在碰到創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)試題時(shí)能夠得心應(yīng)手，迎刃而解．

參 考 文 獻(xiàn)

1李一新.電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量方法.人民教育出版社網(wǎng)站.

2胡亦中.用多種方法測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻.人民教育出版社網(wǎng)站.

收稿日期：(2015-04-24)