“閉合電路歐姆定律”實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

盧定山 王志斌 柴邵霞

摘? ?要：“閉合電路歐姆定律”是高中物理電學(xué)部分重要的物理規(guī)律之一，其教學(xué)方法一般是傳統(tǒng)的理論教學(xué)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺乏符合認(rèn)知規(guī)律的情境支持。文章以“閉合電路歐姆定律”為素材，以新課標(biāo)為指導(dǎo)，利用自制裝置讓學(xué)生親歷科學(xué)探究過程，在數(shù)據(jù)分析中鍛煉科學(xué)思維，在活動(dòng)中做真探究，在教學(xué)中真正落實(shí)核心素養(yǎng)要求。

關(guān)鍵詞：閉合電路歐姆定律;創(chuàng)新設(shè)計(jì);實(shí)驗(yàn)探究

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2021）8-0055-3

1? ? “閉合電路歐姆定律”教學(xué)內(nèi)容的比較

“閉合電路歐姆定律”是高中物理電學(xué)部分最重要的物理規(guī)律之一，也是教學(xué)難點(diǎn)。人教版、華師大版兩版教材中“閉合電路歐姆定律”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分析如表1所示。在教學(xué)實(shí)踐中，應(yīng)遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，在探究過程中引導(dǎo)學(xué)生不斷發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。本文對(duì)“閉合電路歐姆定律”實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了創(chuàng)新改造，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，把科學(xué)探究這一核心素養(yǎng)的培養(yǎng)真正落到實(shí)處[1]。

2? ? “閉合電路歐姆定律”裝置的設(shè)計(jì)與制作

2.1? ? 實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)器材：電源為J2365可調(diào)內(nèi)阻的半封閉式鉛蓄電池;數(shù)字電壓表V1和V2采用4位數(shù)字電壓表，可精確到0.001 V;數(shù)字電流表A采用4位數(shù)字電流表，可精確到0.001 A;電阻箱為ZX21型標(biāo)準(zhǔn)電阻箱。

實(shí)驗(yàn)原理示意圖如圖1所示。

2.2? ? 實(shí)驗(yàn)裝置的制作

（1）電源改造：在電源正極A右側(cè)約5 mm和電源負(fù)極B左側(cè)約5 mm處各開一長(zhǎng)約1 cm的狹縫，插入長(zhǎng)約15 cm的銅片，作為另一組實(shí)驗(yàn)的探針a'和b'[2]。

（2）將數(shù)字電壓表、數(shù)字電流表、電阻箱和電源的接線端集成在示教面板上（圖2）。

（3）將配制的密度為1.28 g/cm3的硫酸溶液注入鉛蓄電池盒內(nèi)，將穩(wěn)壓電源輸出電壓調(diào)為2.4 V，對(duì)其充電24 h左右備用。

3? ? 實(shí)驗(yàn)探究過程

3.1? ? 內(nèi)電路不變，改變外電路，探究閉合電路遵循的規(guī)律

接通電路，改變外電路（調(diào)節(jié)電阻箱的阻值），記錄兩電壓表示數(shù)U和U、電流表的示數(shù)I、電阻箱的阻值R，并算出U+U的值（表2）。由電動(dòng)勢(shì)概念可知，外電路斷路即R無窮大時(shí)，外電壓等于電動(dòng)勢(shì)，故表2中U+U對(duì)應(yīng)的第一行數(shù)據(jù)即為電動(dòng)勢(shì)。

3.1.1? ? 探究電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)電壓、外電壓的關(guān)系（表2）

3.1.2? ? 探究?jī)?nèi)電路是否遵循部分電路歐姆定律

利用表2中的U和I，計(jì)算相應(yīng)的值生成表3，其內(nèi)電壓與內(nèi)電路電流關(guān)系圖像如圖3所示。

3.1.3? ? 數(shù)據(jù)分析

（1）分析數(shù)據(jù)，尋找誤差來源

可得ΔE=I·Δr

（2）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，深入探究

由于無法做到使探針無限接近而又不接觸電源兩極，可以利用探針遠(yuǎn)離電極來驗(yàn)證我們的推理。若用探針a'、b'替換探針a、b重新實(shí)驗(yàn)，則由上述分析知：在電流I相等時(shí)，因Δr變大，電動(dòng)勢(shì)E與內(nèi)、外電壓測(cè)量值之和的差值ΔE較用探針a、b實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)增大;且隨著電流的增大，前后兩次ΔE的差別也會(huì)變得更大。

改用探針a'、b'測(cè)量?jī)?nèi)電壓[4]，改變外電路（調(diào)節(jié)電阻箱的阻值），重新實(shí)驗(yàn)，記錄兩電壓表示數(shù)U、電流表的示數(shù)I、電阻箱的阻值，數(shù)據(jù)如表4所示。

通過對(duì)表2和表4中數(shù)據(jù)的對(duì)比，我們確定誤差是由于探針無法做到無限靠近又不接觸兩極引起的。因此，實(shí)驗(yàn)過程中為了減小誤差，電流值應(yīng)不宜超過60 mA。

3.1.4? ? 總結(jié)推導(dǎo)結(jié)論

實(shí)驗(yàn)中外電路為純電阻電路一定遵循部分電路歐姆定律。通過實(shí)驗(yàn)還得到以下結(jié)論：U+

3.2? ? 外電路電阻不變，內(nèi)電路改變時(shí)閉合電路遵循的規(guī)律

將探針切換回探針a、b，保持電阻箱阻值R=

3.3? ? 結(jié)? 論

通過實(shí)驗(yàn)探究及數(shù)據(jù)分析可得，無論是外電路改變，還是內(nèi)電路改變，在誤差允許的范圍內(nèi)均有

則可歸納總結(jié)出閉合電路歐姆定律：閉合電路的電流跟電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比。

4? ? 結(jié)? 語

在實(shí)際教學(xué)中，我們讓學(xué)生先按人教版教材中所述進(jìn)行理論推導(dǎo)，得到閉合電路歐姆定律;再根據(jù)筆者設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行探究，引領(lǐng)學(xué)生利用自制裝置，小心求證。學(xué)生親歷探究過程，在探究過程中通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)問題，提高解決問題的能力[1]，并在此過程中培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神，將提高學(xué)生物理學(xué)科的核心素養(yǎng)落到實(shí)處。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]韓達(dá)炯，唐柏忠.DIS在閉合電路的歐姆定律實(shí)驗(yàn)中的拓展應(yīng)用[J].物理教師，2019，40（04）：27-29.

[3]張心悅，康建波，張麗萍.在活動(dòng)中做真探究——以“閉合電路歐姆定律”為例[J].物理教學(xué)探討，2019，37（02）：13-15.

[4]唐柏忠，韓達(dá)炯.用固定探針探究閉合電路的歐姆定律實(shí)驗(yàn)值得商榷[J].物理通報(bào)，2019（07）：125-126.

（欄目編輯? ? 劉? ?榮）