從萬用表的組裝看設(shè)計性實(shí)驗對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)*

姜加梅(貴州大學(xué)理學(xué)院，貴州貴陽550025)

從萬用表的組裝看設(shè)計性實(shí)驗對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)*

姜加梅
(貴州大學(xué)理學(xué)院，貴州貴陽550025)

時代的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對大學(xué)物理實(shí)驗的要求提上了一個新的高度，設(shè)計性實(shí)驗對學(xué)生的綜合能力的培養(yǎng)在眾多實(shí)驗中較為突出，本文通過對萬用表的組裝實(shí)驗淺析設(shè)計性實(shí)驗的重要作用，提高學(xué)生的綜合能力.

萬用表組裝;綜合能力;實(shí)驗;培養(yǎng)

物理學(xué)是一門實(shí)驗科學(xué)，物理學(xué)在人的科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)中具有重要的地位，而物理實(shí)驗在物理學(xué)的建立和發(fā)展過程中起著重要和直接的推動作用，它是物理學(xué)的基礎(chǔ)，在人才科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)中起著不可替代的重要作用.大學(xué)物理實(shí)驗作為理工類大學(xué)生進(jìn)校后的第一門科學(xué)實(shí)驗課程，不僅應(yīng)讓學(xué)生受到嚴(yán)格的、系統(tǒng)的、科學(xué)的實(shí)驗技能培訓(xùn)，更主要的是培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)、創(chuàng)新、創(chuàng)造、勇于實(shí)踐的思維能力和精神，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、分析問題、提出問題和解決問題的能力，特別是與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展相適應(yīng)的綜合能力，適應(yīng)時代發(fā)展、科技進(jìn)步的創(chuàng)新思維能力.

近年來，素質(zhì)教育的提出越來越看重學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，對物理實(shí)驗教學(xué)的要求也上了一個新臺階，因此設(shè)計性實(shí)驗的表現(xiàn)顯得較為突出.設(shè)計性實(shí)驗是一種介于基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗和實(shí)際科學(xué)實(shí)驗之間的，具有對科學(xué)實(shí)驗全過程進(jìn)行初步訓(xùn)練、培養(yǎng)較高層次的教學(xué)實(shí)驗，是基礎(chǔ)性、驗證性及綜合性實(shí)驗的延伸，具有綜合性、典型性、探索性和部分設(shè)計性等特點(diǎn)，本文通過對萬用表的組裝實(shí)驗來分析設(shè)計性實(shí)驗在高校教育中的重要作用.

1 萬用表組裝實(shí)驗

1.1 萬用表組裝設(shè)計提示

萬用表是一種通用的多用途電表，其特點(diǎn)是量程多，使用范圍廣.指針式萬用表一般可利用微安表加上一些電子器件進(jìn)行改裝而成.

在將微安表改裝成萬用表之前首先弄清楚表頭量程IG和內(nèi)阻RG.表頭量程從刻度盤即可看出，若不能看出，可通過實(shí)驗方法測定.內(nèi)阻在改裝前進(jìn)行測定，用替代法可很快測出.如圖1所示，微安表G是實(shí)驗要用的表頭，G'是量程比表頭G略大的標(biāo)準(zhǔn)微安表.

(1)將K2置于位置1位，合上K1并調(diào)節(jié)可變電阻RW1和RW2使表頭G的指示電流值處于滿刻度，同時記錄標(biāo)準(zhǔn)微安表G'的讀數(shù).

(2)將K2置于位置2位，合上K1，保持RW1和RW2位置不變，調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)電阻箱RW0使標(biāo)準(zhǔn)微安表G'的指示值和K2置于位置1位時一樣，這時可得內(nèi)阻為RG=RW0.

1.2 微安表改裝萬用表的方法

(1)多量程電流表

如圖2所示，在表頭上并聯(lián)分流電阻RA即成為電流表，RA的大小可由下式計算:

式中n=I/IG稱為擴(kuò)程倍數(shù)或分流系數(shù)，I為擴(kuò)程后的電流量程.

在表頭上并聯(lián)阻值不同的分流電阻便可制成多量程的電流表，但考慮到使用轉(zhuǎn)換的方便，這些接入電路擔(dān)任分流作用的電阻不是互相獨(dú)立的，它們相互影響，一次計算發(fā)放略為不同.

圖1 替代法測表頭內(nèi)阻

圖2 分流原理

(2)多量程電壓表

將微安表改成電壓表，只要給表頭串聯(lián)一個大電阻作為分壓電阻即可，設(shè)表頭電壓量程為UG(UG=IGRG)，擴(kuò)成倍數(shù)為m=U/UG，則分壓電阻RV的大小可由下式計算:

要制成多量程的電壓表，只要按上式計算出不同的分壓電阻串聯(lián)在表頭上，然后用轉(zhuǎn)換開關(guān)來選擇不同的電影量程.

(3)歐姆表

歐姆表測量電阻的電路原理如圖3所示，圖中E為干電池，其端電壓為U.電源E與表頭G和限流電阻R相串聯(lián)，從a、b兩點(diǎn)接入被測電阻RX.

選擇限流電阻R，須使RX=0時，微安表滿刻度偏轉(zhuǎn)，所以R的電阻值應(yīng)滿足下式:

上式表明被測電阻RX與工作電流IX之間有著確定的對應(yīng)關(guān)系.當(dāng)RX→∞時，IX=0，指針偏轉(zhuǎn)為零.可見，當(dāng)被測電阻在零至∞之間變化時，表頭指針在滿刻度IG和零位之間變化，所以歐姆表的標(biāo)度尺為反向刻度，且刻度不均勻.電阻較小時的刻度比較稀疏，電阻越大，刻度線越密.

此時表頭的指針剛好轉(zhuǎn)到滿刻度的一半位置，即在刻度盤中央.因此，把RG+R稱為歐姆表的中值電阻Rm，它也是歐姆表的內(nèi)阻.

如圖4所示，如果給微安表和限流電阻R并聯(lián)一個分流電阻Rp，則根據(jù)歐姆表中值電阻的意義，有

令R'm=Rm∕10，由上式可得RP≈0.11 Rm，即串聯(lián)一個0.11 Rm的分流電阻后，歐姆表的中值電阻R'm為原中值電阻Rm的十分之一.對于同一刻度尺來說，刻度值為原刻度值的十分之一，不過它的量程仍然是0→∞.

圖3 歐姆表原理

圖4 中值電阻原理

在實(shí)際使用歐姆表的時候還必須解決歐姆表的調(diào)零問題.因為電池的端電壓U會逐漸下降，多量程換擋時還會產(chǎn)生附加電阻的影響，從而使得RX=0時IX≠IG，這些都會使歐姆表的零點(diǎn)不準(zhǔn)確而產(chǎn)生很大誤差.

2 實(shí)驗要求

首先熟悉實(shí)驗?zāi)康模贫▽?shí)驗方案，用替代法測量表頭參數(shù)IG和RG.通過實(shí)驗自行設(shè)計電路，利用表頭和其他電學(xué)儀器組裝萬用表，并測試固定電阻的電阻值，測量低壓電源的輸出電壓，測量設(shè)計電路中的電流大小.

3 對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)

通過對萬用表組裝實(shí)驗的實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生查閱各種參考資料、基本電路原理的了解、電學(xué)器件的學(xué)習(xí)使用、電路的設(shè)計以及實(shí)驗采用的最佳實(shí)驗方案，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過實(shí)驗自行設(shè)計和組裝萬用表，獨(dú)立的進(jìn)行操作和測量、觀察和記錄實(shí)驗現(xiàn)象和實(shí)驗數(shù)據(jù)并進(jìn)行比較分析、研究實(shí)驗過程中發(fā)現(xiàn)的種種問題，提出改進(jìn)意見，最后完成實(shí)驗，寫出比較完整的實(shí)驗報告.

在設(shè)計性實(shí)驗中，學(xué)生通過學(xué)習(xí)、實(shí)踐，在老師的指導(dǎo)下，啟發(fā)了學(xué)生在實(shí)驗過程中的逆向思維能力，拓展了學(xué)生的知識面，使一些比較抽象的概念或數(shù)字得到學(xué)生親自驗證，這不僅是理論創(chuàng)新，也是實(shí)踐的創(chuàng)新.在實(shí)踐的過程中，使學(xué)生積極、主動地去進(jìn)行探索、思考、鍛煉，學(xué)生把已經(jīng)學(xué)到的知識綜合、全面、靈活地加以應(yīng)用與發(fā)揮，充分調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新思維能力，學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維能力在實(shí)驗中得到了培養(yǎng)，探索實(shí)踐能力也得到了相應(yīng)的提高，對以后的學(xué)習(xí)和工作奠定了良好的基礎(chǔ).

4 結(jié)語

大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)是大學(xué)生實(shí)踐學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)，它對高素質(zhì)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)有著不可替代的作用.而設(shè)計性實(shí)驗?zāi)軌蜉^好的模擬社會工作的形式，在這個過程當(dāng)中可以使學(xué)生的各項品質(zhì)、創(chuàng)新思維能力等方面得到較為全面的培養(yǎng)，還可以使學(xué)生體會到科學(xué)史上的每一次進(jìn)步都要付出艱辛的努力才能夠?qū)崿F(xiàn).培養(yǎng)具有創(chuàng)新、創(chuàng)造、實(shí)踐、研究能力的綜合型人才是教育和發(fā)展的重點(diǎn)，而這些能力的培養(yǎng)必須在實(shí)踐教育中才能實(shí)現(xiàn)，物理實(shí)驗在培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、活躍的創(chuàng)新意識、理論聯(lián)系實(shí)際和適應(yīng)科技進(jìn)步發(fā)展的綜合運(yùn)用能力等方面具有重要的作用.

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