高中生物理综合分析与实验探究能力培养——以电阻测量电路设计为例

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高中生物理综合分析与实验探究能力培养
—以电阻测量电路设计为例
广西师范大学附属外国语学校(541004)唐昌琳
[摘要]综合分析和实验探究能力是学生物理学科核心素养的重要组成部分,与“物理观念、科学态度与责任”等要素密不可
分。在教学中要不断训练提升学生的综合分析和实验探究能力,这对学生物理学科核心素养的提升和关键能力形成有很好的推
动作用。电 不仅能激发学生的学习兴趣,还能培养学生的创造性思维能力,提高学生的综合分析和实验探究能力

[关键词]电阻;电路设计;综合分 力;实验 力
[中图分类号]G633. 7 [文献标识码]A [文章编号
]1674-6058(2018)02-0041-02

高中生感到物理难学的 之一,就是不能 多
零散的物理知识综合 ,分析解决实际问题。用单一
知识分析单一的问题,学生都能理解并正确地 ,而用多个知识去分析一个综合问题时,大部分学生就会感 到力不从心。在¥时的教学过 ,教师应不断强化对学生的科学思维训练,以锻炼学生综合分析、推理论证 的能力。训练时,应注意由浅人深,由低阶思维不 高阶思维 ,逐步提升学生分析解决问题的能。物理教学是思维活动的教学,教学过 应重视方 法,这样经过 时间的积累,学生的科学思维能 :提高了,对物理学习的畏惧 少了。在设计电 电路之前,学生已经掌握了 定律,知道了磁电式电流表、电压表均是 电流表改装而成,也知道电阻的 法有 表粗略 、法、半偏法、替代法 、惠斯通电桥等。用以上某个知识或某个方法解决与之对应的单一 问题,学生是能够胜任的。但当把这些知识和方法融合 在 ,解决稍微 的问题时,学生就有 了。笔法测电阻为例,谈谈培养学生综合分析和实验 探究能力的策略。在设计电 电路之前,先 电 计的原则,它们是)1" ,保证仪器仪表的 %2)准确(满偏性"指针偏转在满偏的三分之 上;(3)可调 ,在供电部分,通过可变电 实现路端电压可调和 多 。电 电路的设计一般可按以下两步进行) 分电 计,供电部分电 计。本 重学 分电 计。法测电阻的实验原理只= U/J。测量电路连接 方式有两种,分别为内接法和外接法。电 过只的电流,使得只的 值偏小;图2为电流表接在电压表的 ,简称内接法。电流表内阻的 ,内接法中电压表测得的电压 $
端的电压,使得$的 值偏大。 法都存
在 ,只能从中选用 较小的连接 进
行具体 。当电压表 电阻$时,电压
表分得的电 $的电流,用外接法比较准确。当
电流表的 电阻$时,电流表分得的电压
$的电压,用内接法比较准确。如果用$V、$A、
$:=分别表示电压表、电流表、被测电阻的阻值,把上面的
思路用数学语言表 是时应用外接
法 $^7$:= <$j$A时应用内接法 。使用以上
判 法 、外接法的 是要知:$v、$&$:=的
值,如果不知道,可采用试触的 用内接
法还是外接法,如图3 ,电 》
压表的一端先与电阻一端连 X)-
接,接通电路后,另一端分别与^[
图中的a、6两点试触一下,如 图3
电压表的读数变 ,则采
用外接法 较准确;如果电流表的读数变化大则^
用 接法 较准 。
在复习巩固以上基本知识后,就可以进行相应的能
力训练了。
【例1】用伏安法测量一个定值电阻的阻值,所需
器材及规格如下。
(1) 待测电阻$(约1000 !) %
(2) 直流毫安表mA:量程5 mA,内阻约50 !
(3) 直流电压表V,量程3V,内阻约5 k!。
为了较准 该电阻的阻值,请设计 分电

H
a
>

^1
V

)^

—1—1—1-
R
A
)-

图1 图2
图1为电流表接在电压表的 ,简称外
接法。 电压表 的 ,外接法中电流表测得的

图,并 $的表达式。
分析:比较$V、$A、$的
大约阻值有$v/$<$/$A,
用 接法 较准 ,
电路图如图4 。接

<5>

图4
注:作者为广西教育科学“十三五”规划《基于学科核心素养构建有效思维课堂教学模式研究》(课题立项号:2017B031)课题
组成 。
通电路后,电压表、电流表读数分别为U&,则有:_R=U/J。点评:这是 一的知识分 一的问题,是基本知识的直 ,属于低阶思维。【例2】用伏安法测定一个阻值约为10 !,额定功 为2W的定值电阻只的阻值。可供选用的器材有:直 电压表V$,| 6V,内阻约10 k!;直流电压表V2,量程30V,内阻约30 k!;直流电流表A$,量程0. 6A,内 阻约0. 5 !;直流电流表A#,量程3A,内阻约0.1 !。要求选出合适的器材,, 电路图,并写出测定只的表 。分析:先 待测电 电流、电压的近似值,这两个值确定了,根据准 则就可以选出需要的电表了。各页定电压:U= PR = ^2X10 = * 5 ( V)。电流:J = U/$ = 0. *5(A)。电压表选V:,电流表选A$。Rvi/R>R/Rai! 应用外接法 。 电路如图5 。电压表、电流表读数分别为则R=U/J。点评:本题加 % 率”这一 条件,学生必须掌握额定功率的含义,从中找到被测电阻的 电压、电流的大约值,再根 (仪表,进而根据伏安法测电阻的知识设计测量电路。从 思维 说,本题比例1又高了 一阶。【例3】现需 电流表A的 ,所给仪器有:待测电流表A,量程10 mA,内阻约150!;电流表 A:,量程0. 6A,内阻0. 5!;电压表V,量程3V,内阻3 k!。 计测电流表A 的 分电路,并写出测定rA的表 。分析:电流表A能 的最大电 $ ^压UA = JArA = 1. 5 (V),达到电压表满 偏的一半,可用电压表直接测A两端 电压。 分电路如图6 ,电压表、电流表的读数分别为U、Jj rA=U/ 图6J。点评:在例1、例2中,电流表、电压表内阻未知,实 验 来了系统误差。在本题中,由于电流由 电流表自身读出,电压表的 对 电流没有影响,从实验 ,实 (不考虑电表本身带来的误差"【例4】现需 电流表A的 ,所给仪器有:待测电流表A,量程0. 6A,内阻约0. 5!;电流表A1, 3A,内阻^=0. 01 !;电压表V,量程3V,内阻3 k!;定值电阻R。,*!,^,*!)!。 计 电流表A的 分电路,并 rA的表 。分析:待测电流表A能承受 的最大电压Ua , 0. 6 X 0. 5V ,0.3V,不到电压表 的三分之,直接用电压表测电流表A两 端电压不准确。将电阻R。与电流 表A串联则彳 电路能 的最大电压为Um = JA+R。),#. 7 (V),接近电压表量程。测量部分电路如图图77 ,电压表、电流表的读数分别为则彳rA = (U—
JR〇)/J

点评:将电阻R。与电 A ,增大串联电路的
电 力,让电 尽 ,使用的是电
表改装的知识。本题是用电表改装( 电阻两个
知识去解决电压表量程过大和测电流表内阻的两个问
题,从问题的 综合程度来 面 题更复杂

图8
了。
【例5】现需测定电流表A:的
,所给仪器有:待测电流表A1,
量程10 mA,内阻?1约40 !;电流表
A#,量程 500 &A
,内阻?2=750 !;电

压表V,量程10V,内阻r3= 10 k!;
定值电阻^=100!。请设计测电流表A1内阻的测量
分电路,并 r的表 。
分析:电流表A能承受的最大电压约为0.4V,即
便与R。 电压 能力,最多能 约1. 4
V
的电压,用电压表 电压达不到准 要求。而电流
表A#能承受的最大电压为0.375 V,用A#测定A:两端
电压可行。测量部分电路如图8所示,电流表鳥、、的
读数分别为j、j#则r=r)/J。
点评:在常规思维中,测电压一般是用电 的,用
电 电 这种常规思维,对培养学生的知识
力、创新思维能力很有帮助。
【例6】现需测定电流表夂的内阻,所给仪器有:
待测电流表夂,量程100 mA,内阻r约40 !;电流表
A#,量程500 &A,内阻r2 = 750 !;定值电阻R
。,??!,

^ = 70!。请设计测电流表八内阻的测量部分电路,并
写出测定r的表达式。
分析:电流表八、A#能承受的

图9
最大电压分别为4V、0. 375 V,电
表A# 电 R。后,能承受的
最大电压 U2 = J2 (r +R。)= 3. 9
(V
),用这个改装后的电压表测电

压准 高了。 分电路如图9 ,电流表
A1、A#的读数分别为J、J#则r = [J# (风+r)]/J

点评:例5中 电阻的方法,通常又被叫作“安安
法”。本题在例5% ”的 ,增加了电 的
素,综合 ,对培养学生的综合分 力起到
了积极的作用。
到此, 时间基本 。可给学生留下了两个
:1.电流表 有“安安法”,电压表
有“伏伏法”吗? 2.欧姆表的内阻测量又有哪些办法呢?
同学们课后研究。
思:本 ,从 法 电阻的阻值过渡到
电流表 ;从简单问题逐步过渡到 问题,学生
的科学思维能力得到了 的训练。通过这 电阻
实验方案的设计,使学生的实验探究能力得到了提升。
对原有知识的 ,变式教学法的使用,能让学生学会
学习。当他们遇到新事物、新理论时能主动探索,解决
各种各样的问题,这也是当今教学改革关注的要点,也
是教学的主要目标。
(责任编辑易志毅)

中学教学参考^
■2018-1 ~中旬 42