從萬用表的組裝看設計性實驗對學生綜合能力的培養(yǎng)*

姜加梅(貴州大學理學院，貴州貴陽550025)

從萬用表的組裝看設計性實驗對學生綜合能力的培養(yǎng)*

姜加梅
(貴州大學理學院，貴州貴陽550025)

時代的發(fā)展和科學技術(shù)的進步，對大學物理實驗的要求提上了一個新的高度，設計性實驗對學生的綜合能力的培養(yǎng)在眾多實驗中較為突出，本文通過對萬用表的組裝實驗淺析設計性實驗的重要作用，提高學生的綜合能力.

萬用表組裝;綜合能力;實驗;培養(yǎng)

物理學是一門實驗科學，物理學在人的科學素質(zhì)培養(yǎng)中具有重要的地位，而物理實驗在物理學的建立和發(fā)展過程中起著重要和直接的推動作用，它是物理學的基礎，在人才科學素質(zhì)培養(yǎng)中起著不可替代的重要作用.大學物理實驗作為理工類大學生進校后的第一門科學實驗課程，不僅應讓學生受到嚴格的、系統(tǒng)的、科學的實驗技能培訓，更主要的是培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W、創(chuàng)新、創(chuàng)造、勇于實踐的思維能力和精神，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際、分析問題、提出問題和解決問題的能力，特別是與科學技術(shù)的發(fā)展相適應的綜合能力，適應時代發(fā)展、科技進步的創(chuàng)新思維能力.

近年來，素質(zhì)教育的提出越來越看重學生的實踐創(chuàng)新能力，對物理實驗教學的要求也上了一個新臺階，因此設計性實驗的表現(xiàn)顯得較為突出.設計性實驗是一種介于基礎教學實驗和實際科學實驗之間的，具有對科學實驗全過程進行初步訓練、培養(yǎng)較高層次的教學實驗，是基礎性、驗證性及綜合性實驗的延伸，具有綜合性、典型性、探索性和部分設計性等特點，本文通過對萬用表的組裝實驗來分析設計性實驗在高校教育中的重要作用.

1 萬用表組裝實驗

1.1 萬用表組裝設計提示

萬用表是一種通用的多用途電表，其特點是量程多，使用范圍廣.指針式萬用表一般可利用微安表加上一些電子器件進行改裝而成.

在將微安表改裝成萬用表之前首先弄清楚表頭量程IG和內(nèi)阻RG.表頭量程從刻度盤即可看出，若不能看出，可通過實驗方法測定.內(nèi)阻在改裝前進行測定，用替代法可很快測出.如圖1所示，微安表G是實驗要用的表頭，G'是量程比表頭G略大的標準微安表.

(1)將K2置于位置1位，合上K1并調(diào)節(jié)可變電阻RW1和RW2使表頭G的指示電流值處于滿刻度，同時記錄標準微安表G'的讀數(shù).

(2)將K2置于位置2位，合上K1，保持RW1和RW2位置不變，調(diào)節(jié)標準電阻箱RW0使標準微安表G'的指示值和K2置于位置1位時一樣，這時可得內(nèi)阻為RG=RW0.

1.2 微安表改裝萬用表的方法

(1)多量程電流表

如圖2所示，在表頭上并聯(lián)分流電阻RA即成為電流表，RA的大小可由下式計算:

式中n=I/IG稱為擴程倍數(shù)或分流系數(shù)，I為擴程后的電流量程.

在表頭上并聯(lián)阻值不同的分流電阻便可制成多量程的電流表，但考慮到使用轉(zhuǎn)換的方便，這些接入電路擔任分流作用的電阻不是互相獨立的，它們相互影響，一次計算發(fā)放略為不同.

圖1 替代法測表頭內(nèi)阻

圖2 分流原理

(2)多量程電壓表

將微安表改成電壓表，只要給表頭串聯(lián)一個大電阻作為分壓電阻即可，設表頭電壓量程為UG(UG=IGRG)，擴成倍數(shù)為m=U/UG，則分壓電阻RV的大小可由下式計算:

要制成多量程的電壓表，只要按上式計算出不同的分壓電阻串聯(lián)在表頭上，然后用轉(zhuǎn)換開關(guān)來選擇不同的電影量程.

(3)歐姆表

歐姆表測量電阻的電路原理如圖3所示，圖中E為干電池，其端電壓為U.電源E與表頭G和限流電阻R相串聯(lián)，從a、b兩點接入被測電阻RX.

選擇限流電阻R，須使RX=0時，微安表滿刻度偏轉(zhuǎn)，所以R的電阻值應滿足下式:

上式表明被測電阻RX與工作電流IX之間有著確定的對應關(guān)系.當RX→∞時，IX=0，指針偏轉(zhuǎn)為零.可見，當被測電阻在零至∞之間變化時，表頭指針在滿刻度IG和零位之間變化，所以歐姆表的標度尺為反向刻度，且刻度不均勻.電阻較小時的刻度比較稀疏，電阻越大，刻度線越密.

此時表頭的指針剛好轉(zhuǎn)到滿刻度的一半位置，即在刻度盤中央.因此，把RG+R稱為歐姆表的中值電阻Rm，它也是歐姆表的內(nèi)阻.

如圖4所示，如果給微安表和限流電阻R并聯(lián)一個分流電阻Rp，則根據(jù)歐姆表中值電阻的意義，有

令R'm=Rm∕10，由上式可得RP≈0.11 Rm，即串聯(lián)一個0.11 Rm的分流電阻后，歐姆表的中值電阻R'm為原中值電阻Rm的十分之一.對于同一刻度尺來說，刻度值為原刻度值的十分之一，不過它的量程仍然是0→∞.

圖3 歐姆表原理

圖4 中值電阻原理

在實際使用歐姆表的時候還必須解決歐姆表的調(diào)零問題.因為電池的端電壓U會逐漸下降，多量程換擋時還會產(chǎn)生附加電阻的影響，從而使得RX=0時IX≠IG，這些都會使歐姆表的零點不準確而產(chǎn)生很大誤差.

2 實驗要求

首先熟悉實驗目的，制定實驗方案，用替代法測量表頭參數(shù)IG和RG.通過實驗自行設計電路，利用表頭和其他電學儀器組裝萬用表，并測試固定電阻的電阻值，測量低壓電源的輸出電壓，測量設計電路中的電流大小.

3 對學生綜合能力的培養(yǎng)

通過對萬用表組裝實驗的實踐，培養(yǎng)學生查閱各種參考資料、基本電路原理的了解、電學器件的學習使用、電路的設計以及實驗采用的最佳實驗方案，最后進行數(shù)據(jù)處理，通過實驗自行設計和組裝萬用表，獨立的進行操作和測量、觀察和記錄實驗現(xiàn)象和實驗數(shù)據(jù)并進行比較分析、研究實驗過程中發(fā)現(xiàn)的種種問題，提出改進意見，最后完成實驗，寫出比較完整的實驗報告.

在設計性實驗中，學生通過學習、實踐，在老師的指導下，啟發(fā)了學生在實驗過程中的逆向思維能力，拓展了學生的知識面，使一些比較抽象的概念或數(shù)字得到學生親自驗證，這不僅是理論創(chuàng)新，也是實踐的創(chuàng)新.在實踐的過程中，使學生積極、主動地去進行探索、思考、鍛煉，學生把已經(jīng)學到的知識綜合、全面、靈活地加以應用與發(fā)揮，充分調(diào)動了學生的主觀能動性，提高學生的學習興趣和創(chuàng)新思維能力，學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維能力在實驗中得到了培養(yǎng)，探索實踐能力也得到了相應的提高，對以后的學習和工作奠定了良好的基礎.

4 結(jié)語

大學物理實驗教學是大學生實踐學習的重要環(huán)節(jié)，它對高素質(zhì)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)有著不可替代的作用.而設計性實驗能夠較好的模擬社會工作的形式，在這個過程當中可以使學生的各項品質(zhì)、創(chuàng)新思維能力等方面得到較為全面的培養(yǎng)，還可以使學生體會到科學史上的每一次進步都要付出艱辛的努力才能夠?qū)崿F(xiàn).培養(yǎng)具有創(chuàng)新、創(chuàng)造、實踐、研究能力的綜合型人才是教育和發(fā)展的重點，而這些能力的培養(yǎng)必須在實踐教育中才能實現(xiàn)，物理實驗在培養(yǎng)學生嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、活躍的創(chuàng)新意識、理論聯(lián)系實際和適應科技進步發(fā)展的綜合運用能力等方面具有重要的作用.

［1］勞令耳，黃英才.大學物理實驗［M］.貴陽:貴州科技出版社，2005.

［2］蔣達婭，肖井華，朱洪波，等.大學物理實驗教程(第2版)［M］.北京:北京郵電大學出版社，2005.

［3］沈元華.改革實驗教學培養(yǎng)創(chuàng)新人才.實驗科學與創(chuàng)新能力［M］.南京:南京大學出版社，2000.

［4］毛金寧，葛宇宏.重視實驗思想方法教學，意在創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)［J］.大學物理實驗，2010，(5).

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