斯特林火力發(fā)電機的電動勢和電阻的測量

摘? ? 要：測量電源的電動勢和內阻是高中物理必考的電學實驗之一。為了能激發(fā)學生學習物理的熱情，提高動手能力和實驗探究的興趣，本研究采用斯特林火力發(fā)電機為電源，用安阻法測發(fā)電機的電動勢和電阻，并用Excel處理實驗數(shù)據(jù)，精確得到測量結果，真正優(yōu)化物理實驗，實現(xiàn)智慧物理課堂。

關鍵詞：斯特林火力發(fā)電機;電動勢和電阻;安阻法;Excel數(shù)據(jù)處理;智慧校園

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2020）9-0047-2

1? ? 引? 言

本文對測電源的電動勢和電阻實驗進行改進，并優(yōu)化實驗方案。引入斯特林火力發(fā)電機激發(fā)學生學習的興趣和探究的熱情，讓物理課堂變得更有科技性，更有趣味性，真正實現(xiàn)智慧課堂。

本實驗采用的斯特林單缸火力發(fā)電機是通過網絡購得的，型號是N-SC-008，用于課堂實驗探究。1816年，英國物理學家羅巴特·斯特林發(fā)明了斯特林發(fā)動機，其工作原理是通過氣缸內工作介質（氫氣或氦氣）經過壓縮、吸熱、膨脹、冷卻為一個循環(huán)周期來輸出動力。后經改進，斯特林發(fā)動機工作時帶動發(fā)電機一起運轉，對外提供電能，斯特林火力發(fā)電機成為人類重要的備用電源之一。

2? ? 測斯特林火力發(fā)電機的電動勢和電阻

測電源的電動勢和內阻是高中物理人教版選修3-1第二章第10節(jié)的學生分組實驗，教材上要求的是測量一節(jié)干電池的電動勢和內阻，經過多次的改進與創(chuàng)新，有的測量水果電池的電動勢和內阻，有的測量化學原電池的電動勢和內阻，還有的測量太陽能電池的電動勢和內阻……這些實驗改進，雖然增加了實驗本身的趣味性，但是這些電源的選取，還是脫離了我們生活的實際。

在此，為了提高實驗探究的趣味性，讓物理實驗與生活緊密聯(lián)系，我們采用斯特林火力發(fā)電機為待測電源，如圖1所示。我們的生活用電主要是水力發(fā)電或火力發(fā)電，斯特林發(fā)動機通過酒精燈加熱，帶動發(fā)電機一起轉動，通過轉換，將交流電轉變?yōu)橹绷麟?。在課堂上讓學生感受火力發(fā)電的科學技術，將先進的科學技術與物理課堂緊密結合，打造智慧物理課堂。

實驗原理是閉合電路歐姆定律E=I（R+r），實驗方案為安阻法測電源的電動勢和電阻，為了能準確獲得所需的電流I和外電阻R的值，此處選用微安電流表和2個電阻箱為實驗器材。實驗原理圖和實物連接圖分別如圖2和圖3所示。

首先，按照實驗原理圖將實驗器材正確連接，將電阻箱的阻值調成18 000 Ω，點燃酒精燈預熱斯特林發(fā)動機1至2分鐘，用手撥動飛輪，啟動發(fā)動機，讓發(fā)動機帶動直流發(fā)電機一起轉動。待運轉穩(wěn)定后，閉合開關，改變電阻箱的阻值，記錄五組電流表的示數(shù)和電阻箱的阻值，填入表格1中，并用Excel求出電流的倒數(shù)。

調節(jié)酒精燈火焰的大小，可以改變斯特林發(fā)動機的轉速，從而改變直流發(fā)電機的電動勢和電阻。重復以上步驟，可以得到多組電動勢和電阻。對比不同轉速下電動勢和電阻的大小，讓學生感受發(fā)電機的電動勢和電阻的變化。

本實驗的實驗誤差主要有兩方面：一方面是酒精燈的火焰隨著周圍空氣的流動隨風飄動，導致發(fā)動機轉速有稍微的變動，造成發(fā)電機的電動勢和電阻有波動;另一方面，電流表采用的是微安電流表，電流表指針有輕微擺動，給電流讀數(shù)帶來一定的誤差。

3? ? 本實驗的創(chuàng)新之處

本分組實驗采用火力發(fā)電機的模型，知識與生活緊密聯(lián)系，將科技引入物理課堂，激發(fā)學生學習的興趣和探究的熱情。通過控制酒精燈火焰的大小，可以調節(jié)發(fā)電機的轉速，發(fā)電機的轉速不同，可以產生不同的電動勢和內阻。干電池也有“類似”的特點，新電池化學反應物質較多，產生的電動勢穩(wěn)定，內阻較小，當電池用過一段時間之后，電動勢變小，內阻變大。通過本實驗的探究，加深學生對電動勢和內阻的認識。

4? ? 結束語

高中物理深化教育改革正在前行的路上，有一些實驗儀器還有待改進，實驗方案還有待優(yōu)化。在智慧校園建設的過程中，應該利用一切可以使用的器材，不僅要建設網絡校園、智能校園，最終的目的是要建設智慧校園，充分引領科技、生活、物理之間的緊密聯(lián)系，將科技帶入物理課堂，開闊學生的眼界，讓學生基于生活和科技更快樂地學習，增強創(chuàng)新的物理觀念，提高自身的科學探究能力。

參考文獻：

[1]王小慶，代黎娜.真正優(yōu)化物理實驗實現(xiàn)高效物理課堂： 探究牛頓第二定律實驗裝置的改進[J].中學物理教學參考，2015，44（12）：58-59.

[2]趙凱華.新概念物理教程·電磁學[M].北京：高等教育出版社，2003：323-329.

（欄目編輯? ? 王柏廬）