加強(qiáng)高中物理學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)中基本儀器使用的教學(xué)お

趙東林

學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ暮诵牟糠质腔緝x器的使用，實(shí)驗(yàn)操作的基本功自然也離不開對儀器的熟練掌握.在高中物理教材中需要學(xué)生分組進(jìn)行的19個(gè)物理實(shí)驗(yàn)中，要求掌握基本儀器使用和將基本儀器作為主要實(shí)驗(yàn)器材來進(jìn)行的物理實(shí)驗(yàn)就占到12個(gè)，又可以將這12個(gè)實(shí)驗(yàn)歸為兩大類，一類是基本實(shí)驗(yàn)的使用，另一類則是將基本實(shí)驗(yàn)作為主要器材從而來進(jìn)行的探究性或?qū)嶒?yàn)性實(shí)驗(yàn)，對于第一類實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生要對基本儀器的使用方法熟練掌握；第二類實(shí)驗(yàn)則要求學(xué)生不僅要熟練掌握實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法，還要對實(shí)驗(yàn)原理及方法重點(diǎn)掌握.在高中物理教學(xué)中明確規(guī)定學(xué)生必須熟練掌握使用的物理實(shí)驗(yàn)儀器有刻度尺、螺旋測微儀、游標(biāo)卡尺、溫度計(jì)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、彈簧秤、電壓表、多用電表、秒表、天平、電阻箱、電流表、滑動(dòng)變阻器這13件.根據(jù)高中物理教學(xué)大綱要求，學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能培養(yǎng)，主要是指使用物理儀器的基本操作技能.以下為更好說明高中物理學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)中基本儀器使用的教學(xué)，將結(jié)合物理實(shí)驗(yàn)試題配合展開說明.

1能識(shí)別儀器參數(shù)，讀取儀器數(shù)據(jù)

物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對物理實(shí)驗(yàn)研究是最基本的依據(jù)和保障，因此學(xué)生應(yīng)該熟練掌握儀器量程和劃分方法，明白最小刻度對應(yīng)數(shù)值，讀取數(shù)據(jù)應(yīng)保持的正確位置，讀數(shù)時(shí)要注意眼睛位置正確，視線和示數(shù)位置要保持正對或是相平；對標(biāo)準(zhǔn)值和估計(jì)值要能正確讀出，讀數(shù)單位也要熟練識(shí)別，兩者缺一不可.

例題1某同學(xué)用螺旋測微儀和游標(biāo)卡尺對一厚度較薄的金屬圓片其厚度和直徑進(jìn)行測量，測量結(jié)果如圖1所示，則該同學(xué)通過測量讀出該金屬圓片的厚度測量值為[CD#3]mm，直徑測量值為[CD#3]cm.

解析游標(biāo)卡尺由主尺和游標(biāo)尺兩大結(jié)構(gòu)組成，通常游標(biāo)卡尺主尺最小分度為1 mm.而游標(biāo)卡尺分度規(guī)格又可劃分為10、 20、 50等數(shù)值，其工作原理等同.要注意的是游標(biāo)卡尺不論分度為多少都不能估讀.螺旋測微儀主要是通過精密螺紋的螺距來對測量物長度進(jìn)行測量，其能將讀數(shù)值精確到0.01 mm；螺旋測微儀在讀數(shù)時(shí)可動(dòng)部分只估讀一位，若是完全對齊也要估讀到零，因此圖中讀出數(shù)值分別為1.682、1.240.

例題2采用多用電表測量幾次后，其多用電表的指針指向圖2中a、b位置，若是多用電表選擇開關(guān)在表1中所指檔位，那a和b相對應(yīng)的讀數(shù)分別是多少？

解析多用電表可以將電壓、電阻、電流等多種物理量有效測量，并且其測量電學(xué)量又將多個(gè)量程進(jìn)行了設(shè)置.多用電表在進(jìn)行各種不同測量都采用的一個(gè)表頭，其工作原理主要是通過電流磁力矩來帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn).所以，多用電表在測量任何電學(xué)量都必須有電流通過，電壓檔是在表頭上串聯(lián)不同的電阻構(gòu)成不同的量程，電流檔通過表頭對不同電阻進(jìn)行并聯(lián)從而構(gòu)成不同量程，通常電阻檔內(nèi)部安置電源，是依照閉合電路歐姆定律的物理原理帶設(shè)計(jì)的，因此這道題答案為23.0 mA、0.57 V、320 Ω.

[JP2]2在對物理儀器使用熟練的基礎(chǔ)上，選用適合物理實(shí)驗(yàn)的儀器[JP]

高中物理要求學(xué)生能通過實(shí)驗(yàn)題目要求的測試范圍和精確度，來正確選取適合實(shí)驗(yàn)操作的基本儀器；能正確合理的將實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)裝置選擇是保證物理實(shí)驗(yàn)完成的首要條件.

例題3如圖3所示，要對一節(jié)干電池的電阻和電動(dòng)勢進(jìn)行測量，因?yàn)殡姵赝ǔ?nèi)阻都很小，為保證滑動(dòng)變阻器在調(diào)節(jié)時(shí)不會(huì)短路，在電阻中就就安裝一個(gè)定值電阻R0來保護(hù)整個(gè)電路.所使用的實(shí)驗(yàn)器材除了必不可少的開關(guān)、電池以及導(dǎo)線外，[TP1GW102.TIF，Y#]還有量程為0.6 A、3 A的電流表；量程為3 V、15 V的電壓表；額定功率10 W、阻值為10 Ω的定值電阻；阻值范圍在0～10 Ω、額定電流為2 A的滑動(dòng)變阻器和阻值范圍在0～100 Ω、額定電流為1 A的滑阻器.若是要將實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確完成，那么電壓表的量程應(yīng)該選擇[CD#3]V，電流表的量程就要選擇[CD#3]A；R0則應(yīng)該選用[CD#3]的定值電阻，R要選用阻值范圍在[CD#3]的滑動(dòng)變阻器.

解析因?yàn)閷?shí)驗(yàn)電源是一節(jié)電壓為1.5 V的干電池，因此選用量程為3 V的電壓表，在估算電流時(shí)要對干電池內(nèi)阻只有幾Ω考慮，就算加上保護(hù)電阻，其最大電流也在0.5 A左右，因此這道題選用0.6 A的電流表.電池內(nèi)阻不大，因此保護(hù)電阻也不宜過大，不然會(huì)造成電流表、電壓表取值范圍小，造成偏差較大；滑動(dòng)變阻器的最大阻值通常比電池內(nèi)阻大幾倍即可，選擇0～10 Ω就能將電路中電壓和電流有效控制，要是取0～100 Ω就好出現(xiàn)開始幾乎不發(fā)生變化實(shí)驗(yàn)最后發(fā)生變化的狀況.所以這道題的正確答案應(yīng)該是3；0.6；1；0～10.

3在熟練掌握儀器使用方法的基礎(chǔ)上，能對實(shí)驗(yàn)儀器做校正和調(diào)節(jié)

通常為實(shí)驗(yàn)的客觀合理以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，在進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)前都要對實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行檢查，一般情況下要對一些儀器做調(diào)節(jié)和校正，因?yàn)椴簧俳處熁蛘邔?shí)驗(yàn)員在儀器使用前都已經(jīng)把零刻度校正工作完成，對學(xué)生在這方面的學(xué)習(xí)管理和要求出現(xiàn)疏忽，就很容易造成學(xué)生在使用實(shí)驗(yàn)儀器測數(shù)據(jù)時(shí)出現(xiàn)失誤和偏差，這一現(xiàn)象應(yīng)該引起重視，在平時(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中應(yīng)加強(qiáng)學(xué)生對此方面的操作.

例題4某同學(xué)通過多用電表對二極管反向電阻進(jìn)行測量，將按照以下步驟完成測量：（1）對多用電表的機(jī)械零件進(jìn)行檢查；（2）將電表筆紅、黑端分別插入正、負(fù)表筆插孔，并把選擇開關(guān)撥弄到電阻測量擋適當(dāng)?shù)牧砍烫?；?）將將電表筆紅、黑端[CD#3]，再進(jìn)行歐姆調(diào)零；（4）測反向電阻時(shí)，把[CD#3]表筆接在二極管正極，再把[CD#3]表筆接在二極管負(fù)極，將電表示數(shù)讀出；（5）為能得到精確的測量結(jié)果，應(yīng)該把電表指針最大程度指向表盤[CD#3]（選擇“右側(cè)”，“左側(cè)”，“中央”填寫）；不然，在可能條件下，就要將量程重新選擇，再按步驟（3）、（4）進(jìn)行重復(fù)；（6）完成測量以后，要把選擇開關(guān)撥弄到[CD#3]位置處.

解析這道題主要考察的是多用電表的正確使用方法；機(jī)械調(diào)零的作用主要是保證多用電表在不進(jìn)行測量時(shí)，能把電表指針調(diào)到表盤左側(cè)的零位置；把表筆紅色端插入正插孔，黑表筆插負(fù)插孔，將紅黑表筆短路相接，指針指向歐姆檔的零刻度處，也就是歐姆調(diào)零；在使用歐姆檔測電阻的時(shí)候，每次檔位調(diào)換時(shí)都要進(jìn)行表筆短接再進(jìn)行歐姆調(diào)零，對二極管反向電阻進(jìn)行測量時(shí)要注意紅黑電筆分別對接電阻正負(fù)極；歐姆表盤刻度線有分布不均勻的特點(diǎn)，通常中央刻度線相對均勻一些，所以要盡量保持指針指向表盤中央；歐姆檔正確讀數(shù)應(yīng)該是表盤上指針對應(yīng)的歐姆刻度讀數(shù)來乘上檔位上的倍率，當(dāng)測量完成以后要將多用電表開關(guān)調(diào)到OFF檔位.

4通過例題對物理分組實(shí)驗(yàn)基本儀器使用的心得

通過以上4道有代表性的的例題可以看出，高中物理對學(xué)生使用實(shí)驗(yàn)儀器從讀、寫、調(diào)多方面都有嚴(yán)格要求，除了在例題中提到過的實(shí)驗(yàn)儀器以外，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在高中物理分組實(shí)驗(yàn)中使用得也比較廣泛，因此學(xué)生也要熟練掌握使用方法，了解它主要是通過交變電流周期來維持計(jì)時(shí)工作的；還有復(fù)習(xí)紙放置位置、電源使用等等；當(dāng)在用單擺測重力加速度時(shí)，學(xué)生往往把注意力落在測重力加速度這一過程，而將學(xué)習(xí)秒表使用以及秒表讀數(shù)有所忽略，類如這類實(shí)驗(yàn)的還有很多，因此教師在帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)時(shí)要對實(shí)驗(yàn)使用的每個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器都要學(xué)生對其認(rèn)真觀察和學(xué)習(xí)，從而更好完成實(shí)驗(yàn)操作.

通常學(xué)生對實(shí)驗(yàn)儀器能做到熟練掌握，肯定只是一兩次練習(xí)是不能做到的，根據(jù)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)儀器熟練掌握程度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，三到五次練習(xí)最佳.因此，教師要有重點(diǎn)、有計(jì)劃來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)儀器使用的實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排，在保證不加重學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)和不增加教學(xué)大綱實(shí)驗(yàn)次數(shù)的條件下，將高中物理學(xué)生分組試驗(yàn)中基本儀器使用教學(xué)有序進(jìn)行.