實驗和理論相結合 探究串聯電路總電阻特點

楊 雷

(江蘇省豐縣初級中學，江蘇 豐縣 221700)

實驗和理論相結合 探究串聯電路總電阻特點

楊 雷

(江蘇省豐縣初級中學，江蘇 豐縣 221700)

實驗探究和理論研究是獲取物理知識的兩條重要途徑，兩條途徑并不是平行的，而是相輔相成的.在中學物理教學中，教師若能把實驗探究和理論研究有效地融合，將有助于提高學生分析解決問題的能力.本文以研究串聯電路總電阻特點為例，淺談把實驗與理論有效融合的實施策略.

串聯電路；實驗探究；理論研究；融合

1956年楊振寧和李政道對傳統科學觀念提出大膽質疑，他們認為在β衰變過程中宇稱不守恒.該理論是否正確？唯一的路徑是通過實驗進行驗證.于是他們找到實驗物理學家吳健雄，吳健雄立即領導她的小組進行實驗.經過不懈努力，終于通過實驗說明β衰變過程中宇稱不守恒，這是實驗與理論完美融合、相得益彰的具體事例.

中學物理教學應遵循理論聯系實際的原則，將理論教學與實驗教學相互滲透，使學生利用理論指導實驗，通過實驗理解理論，這樣手腦并用有利于培養學生的科學素養.本文以研究串聯電路總電阻特點為例，與同行探討.

1 提出問題

圖 1

如圖1所示電路，定值電阻R1和R2組成串聯電路，那么這兩個電阻串聯接入電路的總電阻與這兩個電阻有什么關系？在其他因素相同的情況下，導體越長電阻越大.R2和R1串聯，相當于增加了R1的長度.由此聯想到兩電阻串聯之后的總電阻是否等于兩電阻之和呢？下面我們通過實驗和理論兩個方面進行研究.

2 實驗探究串聯電路的總電阻的特點

(1) 實驗目的：串聯電路的總電阻與各串聯電阻之間的關系.

(2) 實驗器材：干電池兩節，5Ω、10Ω和15Ω定值電阻各一個，電流表、電阻箱各一只，導線若干.

(3) 實驗步驟：

① 按圖2連接實物圖.

② 閉合開關，記錄電流表的示數為I.

③ 把圖3虛線框內R1和R2串聯部分作為一個整體，用電阻箱替代，改接后電路如圖4所示.

④ 然后閉合開關，調節電阻箱的阻值使電流表的示數仍為I，讀出此時電阻箱的阻值R，記錄在表1中.

表1

⑤ 更換其它阻值的電阻串聯繼續進行實驗.

(4) 數據分析:當R1和R2串聯接入電路時，閉合開關電路中的電流為I；當用電阻箱替代R1和R2串聯部分時，閉合開關電路中的電流仍為I.這說明電阻箱此時對電流的阻礙作用和R1和R2串聯對電流阻礙作用相同，我們就可以認為此時電阻箱阻值R是R1和R2串聯的總電阻.由實驗數據可知，串聯電路的總電阻等于各串聯導體電阻之和.

3 理論研究串聯電路的導體總電阻的特點

如圖5所示，設兩串聯電阻值分別為R1和R2，兩端的電壓分別為U1和U2，電路中的電流為I，通過R1和R2的電流分別為I1和I2.根據串聯電路中的電壓和電流的特點可知：I=I1=I2，U=U1+U2.由歐姆定律可得：U1=I1R1，U2=I2R2.

如圖6所示，用R替代R1和R2串聯部分后電路中的電流仍為I.由歐姆定律變形表達式可得：U=IR，IR=I1R1+I2R2，R=R1+R2.上式表明：串聯電路的總電阻等于各串聯導體電阻之和.

由此可見，由實驗探究和理論研究兩種教學方式可以達到殊途同歸的教學目的.實驗探究有利于培養學生動手操作能力，有利于培養學生嚴謹求實的科學態度.理論研究要求學生從某個或某些物理規律出發，通過數學公式的邏輯推導，可以得出更多有用的結論，鍛煉了學生的邏輯思維能力.如果把實驗探究和理論研究相互融合，將更有利于學生能力的培養.

劉炳昇，李容．義務教育教科書 物理九年級上冊[M]．南京：江蘇鳳凰科學技術出版社，2015.