加強實驗知識的遷移引導學生思維的拓展——以“測定電源的電動勢和內阻實驗”為例

李紅偉

(江西省全南中學　江西　贛州　341800)

加強實驗知識的遷移引導學生思維的拓展
——以“測定電源的電動勢和內阻實驗”為例

李紅偉

(江西省全南中學江西贛州341800)

摘 要：從多個方面闡述了如何在實驗復習教學中，有意識地進行適當的知識遷移，以引導學生思維的拓展，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力.

關鍵詞：實驗復習知識遷移思維拓展創(chuàng)新能力培養(yǎng)

創(chuàng)新實驗試題是通過改變實驗情境、實驗條件、實驗目的、實驗結論等條件設計出來的一類試題．這類試題不僅能考查學生應用所學知識解決實際問題能力，同時能較好地考查學生思維的深度、廣度、靈活度．在高三物理實驗復習教學中，有意識地對學生所掌握的實驗原理、實驗方法等知識進行適當的遷移變化，從而達到提高學生思維能力的目的．

下面以“測定電源的電動勢和內阻實驗”為例，談談在復習教學中如何對實驗知識進行遷移拓展．

1從實驗原理的角度進行遷移

在平時物理學教學中，通常是利用伏安法來測定電源的電動勢和內阻，原理是由電流表測出流經電路的總電流I，電壓表測出路端電壓U，根據閉合電路歐姆定律E=U+Ir，利用計算法、圖像法等方法求得E和r．在復習教學過程中，可以有意識地從閉合電路歐姆定律變式的角度進行遷移，引導學生思維延伸；如，利用電流表和電阻箱的安阻法、利用電壓表和電阻箱測的伏阻法、利用兩個電壓表(其中一個電壓表內阻已知的)伏伏法，等等．下面詳細介紹幾種從實驗原理的角度進行實驗知識遷移的方法.

1.1利用標準電源的方法

電路圖如圖1所示．

圖1

圖1中E為供電電源，Es為標準電源，Ex為待測電源，Rp是限流電阻，r0電流表G的保護電阻．測量時，首先閉合開關S1，電阻絲AB上有一定的電勢降落；接著將開關S2合到“1”位置，移動滑動觸頭C，使G指針指零，此時AC的長度為L1，AC段電壓為Es；再將S2合到“2”位置，移動滑動觸頭C，使G指針再指零，此時AC的長度為L2，AC段電壓為Ex．由于電流表G的示數為零，則兩次流過AB的電流不變，故

得

這種方法能準確地測量電源電動勢，但無法測出電源內阻．

1.2利用電橋平衡的方法

電路圖如圖2所示．

圖2

實驗時，調節(jié)變阻器R1和R2使電流表G的讀數為零，此時電流表A1和A2的示數之和就是流過電源的電流I(即干路電流)，電壓表V1和V2的示數之和就是電源的路端電壓U，則E=U+Ir，兩次調節(jié)R1和R2，使電流表G的示數變?yōu)榱?，讀出4個電表的讀數；第一次兩電流表示數之和為I1，兩電壓表示數之和為U1，則E=U1+I1r；第二次兩電流表示數之和為I2，兩電壓表示數之和為U2，則有E=U2+I2r，聯立可得

此方法測量不必考慮電表帶來的誤差，測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=E真r測=r真

1.3利用輔助電源的方法

電路圖如圖3所示．

圖3

實驗時，調節(jié)滑動變阻器R和R′，使電流表G的示數為零，此時A和B兩點的電勢φA和φB的關系是φA=φB，讀出電流表A和電壓表V的示數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

測得兩組數據U和I，列方程可解得

此方法測量同樣不必考慮電表帶來的誤差，測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=E真r測=r真

2從實驗儀器的角度遷移

伏安法測定電源的電動勢和內阻中涉及的主要儀器是：滑動變阻器、電源、電流表、電壓表．所以在實驗復習教學過程中，可以有意識地對這些儀器進行遷移和變化．

2.1從滑動變阻器的角度變化

在伏安法測定電源的電動勢和內阻實驗中，滑動變阻器所起的作用是使外電路電阻變化，致使流經電源的電流、路端電壓變化，因此可以用其他類型的電阻代替滑動變阻器．如2014年高考全國大綱卷就用定值電阻代替滑動變阻器(圖4)．

圖4

2.2從電表的角度變化

在伏安法測定電源的電動勢和內阻實驗中，電流表測量流經電源的電流，電壓表測定路端電壓大?。蝗绻峁┑膬x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，則必須對電表進行改裝．如在2014年高考中，福建卷、全國課標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

在伏安法測定電源的電動勢和內阻實驗中，通常采用干電池為測定對象，實際上還可以采用其他電源，測量其他電源的電動勢和內阻，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年高考全國課標Ⅰ卷使用多用電表歐姆擋對電池的電動勢和內阻進行測定．

圖7

3從實驗目的的角度遷移

測定電源的電動勢和內阻實驗的實驗目的是測量電源電動勢和內阻，但是有時可以利用本實驗電路測量其他物理量，從實驗目的的角度進行遷移、變化．2014年高考上海卷第(3)小題就是利用這個實驗進行定值電阻的測量．

【例1】(2014年高考上海卷第28題)在“用DIS測電源的電動勢和內阻”的實驗中：

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

(2)實驗得到的U-I關系如圖8(b)中的直線I所示，則電池組的電動勢為____V，內電阻阻值為______Ω．

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

圖8

4從實驗數據處理的角度遷移

在測定電源的電動勢和內阻實驗數據處理中，通常應用計算法或圖像法處理實驗數據，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據，應該說對實驗復習具有很強的前瞻性和導向性．

【例2】[2014年高考福建卷第19題(2)]某研究性學習小組利用伏安法測定某一電池組的電動勢和內阻，實驗原理如圖9所示，其中，虛線框內為用靈敏電流計G改裝的電流表A，V為標準電壓表，E為待測電池組，S為開關，R為滑動變阻器，R0是標稱值為4.0 Ω的定值電阻．

圖9

某次實驗的數據如表1所示：該小組借鑒“研究勻變速直線運動”試驗中計算加速度的方法(逐差法)，計算出電池組的內阻r=____Ω(保留兩位小數)；為減小偶然誤差，逐差法在數據處理方面體現出的主要優(yōu)點是____________．

表1　實驗數據

總之，在高三物理實驗復習教學中，應加強實驗基礎知識和基本方法的復習，同時也應從實驗的目的、原理、器材、步驟、數據處理等各環(huán)節(jié)進行實驗試題的變化，提高學生應用所學知識解決實際問題能力，從而使學生在碰到創(chuàng)新型實驗試題時能夠得心應手，迎刃而解．

參 考 文 獻

1李一新.電源電動勢和內阻的測量方法.人民教育出版社網站.

2胡亦中.用多種方法測定電源的電動勢和內阻.人民教育出版社網站.

收稿日期：(2015-04-24)