模塊化教學(xué)在電位差計(jì)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

羅曉琴

(西南科技大學(xué)，四川綿陽 621010)

我國(guó)對(duì)模塊化教學(xué)的研究和實(shí)踐大概從上世紀(jì)90年代已經(jīng)開始進(jìn)行探索，并總結(jié)出了相對(duì)適合我國(guó)國(guó)情的“寬基礎(chǔ)，活模塊”教育模式，從以人為本、全面育人的教育理念出發(fā)，根據(jù)當(dāng)代高校人才培養(yǎng)目標(biāo)要求，通過模塊課程間靈活合理的搭配，培養(yǎng)學(xué)生寬泛的基礎(chǔ)人文素質(zhì)，基礎(chǔ)從業(yè)能力和較高的專業(yè)能力［1-2］。模塊化教學(xué)的特點(diǎn)是:既增強(qiáng)了內(nèi)容的靈活性又便于實(shí)現(xiàn)不同層次教學(xué)階段的內(nèi)容銜接;既采用綜合模塊，促進(jìn)知識(shí)之間、知識(shí)與技能之間的溝通又通過模塊的合理組合，便于形成一定專業(yè)人才的合理的知識(shí)和能力結(jié)構(gòu)。

我校物理實(shí)驗(yàn)借助模塊化教育模式的理念，根據(jù)學(xué)校自身專業(yè)設(shè)置的特點(diǎn)和物理實(shí)驗(yàn)的基本現(xiàn)狀，將分散的物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)按其內(nèi)在的邏輯組合成相對(duì)獨(dú)立的模塊單元，比如以某個(gè)物理量為核心的同一物理量多種測(cè)量方法的單元模塊，以某個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器為中心的同一儀器的多種功能應(yīng)用模塊，以電學(xué)(或光學(xué))為中心的專業(yè)基礎(chǔ)單元模塊等等，再按不同專業(yè)層次的不同需求進(jìn)行積木似的組裝，達(dá)到讓學(xué)生能夠?qū)⑽锢韺?shí)驗(yàn)知識(shí)的融會(huì)貫通和實(shí)踐技能與創(chuàng)新能力提升的目的。以電位差計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器為核心，充分展示了實(shí)驗(yàn)?zāi)K化教學(xué)方法之一:同一物理實(shí)驗(yàn)儀器測(cè)量多個(gè)物理量的實(shí)驗(yàn)?zāi)K教學(xué)思路與優(yōu)勢(shì)［3］。

1 電位差計(jì)的工作原理

1.1 補(bǔ)償法測(cè)電壓的原理

補(bǔ)償法測(cè)電壓的基本原理如圖1所示［4］。圖中Ex是待測(cè)電壓，E0是可調(diào)的已知電壓。調(diào)節(jié)E0使回路中檢流計(jì)G的示數(shù)為零，這時(shí)表明回路中兩電源的電動(dòng)勢(shì)方向相反，大小相等。故數(shù)值上有:Ex=E0。

這時(shí)，我們稱電路得到補(bǔ)償。在補(bǔ)償條件下，因回路中無電流，即使Ex有較大的內(nèi)阻，也不會(huì)像使用電壓表測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)那樣，由于電源自身的電壓降無法測(cè)出而造成測(cè)量結(jié)果偏小。

圖1 測(cè)量電動(dòng)勢(shì)的補(bǔ)償電路

如圖2所示。UJ31型電位差計(jì)由工作回路、校準(zhǔn)回路和測(cè)量回路組成。

第一次補(bǔ)償:工作電流標(biāo)準(zhǔn)化。將開關(guān)K擲到N，調(diào)節(jié)電阻Rn，使檢流計(jì)G的指針指零，則有:Es=IRsab。

第二次補(bǔ)償:得到被測(cè)電壓。再將開關(guān)K擲到X，調(diào)節(jié)Rx，再次使檢流計(jì)G的指針指零，則有:UX=IRxbc。

在電阻Rx的位置上可以直接標(biāo)出與IRxbc對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)(或電壓)，故在儀器的面板上就直接讀出電動(dòng)勢(shì)(或電壓)的數(shù)值。

圖2 UJ31型電位差計(jì)的工作原理圖

2 電位差計(jì)的模塊化應(yīng)用

2.1 電位差計(jì)測(cè)電阻

2.1.1 替代法側(cè)電阻

圖3 UJ31型電位差計(jì)替代法測(cè)電阻

圖4 UJ31型電位差計(jì)比較法測(cè)電阻

如圖3所示。開關(guān)K1擲到A端，將變滑線變阻器滑片的滑到較低的位置，則測(cè)出被測(cè)電阻Rx兩端的電壓UX。保持UX和滑動(dòng)變阻器的狀態(tài)不變，將開關(guān)K1擲向B端，調(diào)節(jié)可變電阻R1的阻值，使與電位差相連的檢流計(jì)G的指針再次指零，則此時(shí)R1上所示的電阻值就是被測(cè)電阻 Rx的阻值［5］。

2.1.2 比較法測(cè)電阻

如圖4所示。分別測(cè)出端電壓U1和Ux，由R1和Rx的串聯(lián)關(guān)系可以得到如下等式:U1/R1=U/R，所以 R=，從而得到被測(cè)電阻R的xxxx阻值。

2.2 電位差計(jì)校正電流表

如圖5所示。電路中R1是定值標(biāo)準(zhǔn)電阻，測(cè)出其兩端電壓，則電路中流過電流表的電流I=U1/R1。改變滑線變阻器的滑片位置就可以實(shí)現(xiàn)零到最大電流的校正［6］。

圖5 UJ31型電位差計(jì)較正電流表

2.3 電位差計(jì)校正電壓表

圖6 UJ31型電位差計(jì)較正電壓表

如圖6所示。分別測(cè)出電路中兩定值標(biāo)準(zhǔn)電阻R1和R2的端電壓，則有U1/R1=U2/R2。所以U2=R2/R1*U1?？刂芌1和R2的阻值大小就可以校正各種量程的電壓，控制滑線變阻器的滑片的位置就可以實(shí)現(xiàn)電壓表的電壓從零大最大值的變化。［7］

2.4 電位差計(jì)測(cè)甲電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻

圖7 UJ31型電位差計(jì)測(cè)甲電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻

如圖7所示。其中Ra是可變電阻(數(shù)量級(jí)在百歐)，Rb是已知定值標(biāo)準(zhǔn)電阻，此時(shí)測(cè)得Rb兩端電壓為U1，改變Ra的電阻為Ra'，測(cè)得 Rb兩端的電壓為U2，則可以建立方程組如下［8-9］:

聯(lián)立求解可得Ex和r，多次改變Ra的大小就可以得到多個(gè)方程組，從而求得和。

電位差計(jì)還可以測(cè)電容、電感以及微小長(zhǎng)度等多個(gè)能夠轉(zhuǎn)換成電壓的物理量。比如電位差計(jì)能測(cè)電阻，而電阻的長(zhǎng)度變了阻值就不同，因此電位差計(jì)也就能間接地測(cè)量長(zhǎng)度。

3 結(jié) 論

通過電位差計(jì)的以上應(yīng)用，分別實(shí)現(xiàn)了電壓、電流、電阻、電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻等物理量的測(cè)量，不僅拓展了電位差計(jì)儀器的功能，更好地將這些分散的實(shí)驗(yàn)知識(shí)和技能以電位差計(jì)為中心組成一個(gè)有效的模塊單元，既便于記憶與掌握，又達(dá)到舉一反三，融會(huì)貫通的教與學(xué)的目的。根據(jù)我校物理實(shí)驗(yàn)開課的實(shí)際情況，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中靈活選取不同的模塊單元在不同的專業(yè)和不同層次的學(xué)生中實(shí)施模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新能力，取得了很好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

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