“閉合電路電勢降落”的動態展示儀

1 教學啟示

閉合電路知識對高學生學習是一大飛躍，其中電動勢的理解對學生是一大難點，內、外電路的電勢降落對教學是一個關鍵點，盡管教材上用了內外電路電勢降落的示意式圖線（圖1）和兒童滑梯的比喻式情景（圖2），但教學中學生仍覺得十分抽象，教師也苦無良策，只能按常規講解再講解，要學生想象再想象，結果教師紙上談兵，一臉無奈，學生霧里看花，一頭霧水，只好在日后教學中慢慢的補救。試想：如果能把閉合電路充分解剖，用實物實景直觀展示出內、外電路的電勢降落和其動態的工作狀態，那么既消除了學生的神秘感又激發了學生的探究欲，使教學具體而生動，使知識實際而清晰。為此我設計制作了閉合電路電勢降落的動態演示儀。

2 實驗裝置

2.1 原理圖如圖3

用廢舊的電瓶車電池與電阻絲組成閉合電路，用示波器對閉合電路的電勢進行動態展示。

2.2 器材選用

①鉛酸蓄電池，稀硫酸濃度40%，體積約

1 300ml，正極鉛板5塊，負極鉛板（海綿狀鉛）6塊，充電24小時，電壓約為2.18V。

②電阻絲選用鐵鉻合金絲φ=0.3mm，長度l=18cm，電阻約為4.5Ω。

③J2459型學生示波器，掃描范圍10kHz~100kHz之間，衰減1 000檔。

④銅片1cm，滑管選用PVC管φ16mm，長13.5cm，槽寬1cm。

3 展示現象

3.1 零電勢顯示

y輸入接圖3中的Q點，調節示波器出現圖4，即選取Q點電勢為零，代表電勢的圖線位置見圖4的亮線（以下簡稱電勢線）。

3.2 電動勢的效果展示

y輸入接A，電勢線迅速升高至圖5位置，這充分顯示出電動勢的效果。

3.3 外電路電勢降落的展示。y輸入接C并向右逐漸滑動可動導線夾，可看到電勢線逐漸向下平移，很直觀地展示出外電路的電勢降落情景，滑動至B時電勢線的位置見圖6。

3.4 內電路中的高電勢點顯示。y輸入接P即為內電路中的最高電勢點，可看見電勢線的位置升高至如圖7。

3.5 內電路中電勢降落展示。y輸入接P并逐漸向左移動P可看見電勢線逐漸向下平移，直觀地展示出內電路的電勢降落情景，當移至Q附近，電勢線位置見圖8，返回至圖4的位置。

3.6 若輔以定量的電勢降落數據記錄，即還可驗證E=U+U′的結論。

4 主要特點

4.1 把閉合電路電勢降落的全景全貌直觀地、動態地顯示出來。

4.2 將內電路的電勢變化，電勢高低，內電壓的極性解剖式地暴露出來。

4.3 學生對電源的工作狀態和對電動勢的物理意義的認識由神秘而抽象變為感性而具體。

4.4 可以定量驗證電動勢等于內、外電路上電壓之和的結論。

(欄目編輯王柏廬)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。