淺談“電壓表教學的實驗設計”

張曉軍+侯玉波+蘇福河

中圖分類號：G622 文獻標識碼：B 文章編號：1002-7661（2016）14-109-01

電壓表是重要的電學測量儀表，我們充分利用新授和復習等課時，先后安排下列學生實驗，收到非常好的教學效果。現(xiàn)簡介如下，用以跟同行交流探討，并期望得到各位師長指教。

探究1：電流進出電壓表的規(guī)律

教師首先展示教學用的大型電表指出：它的指針是固定在有轉軸的線圈框架上，線圈通電就能偏轉（其偏轉規(guī)律，我們以后將會學到）。然后讓學生選用“0～15V”的量程，用“試觸法”接觸低電壓的兩極：探究使表針順時針偏轉的規(guī)律。最后教師強調指出：“要使電流（從）正（接線柱）進、（從）負（接線柱流）出電壓表內”（可以簡稱“電流要‘+進‘-出電壓表內”），表針才能順時針偏轉，否則不僅不能測出電壓值，反而會損壞電壓表。以下各實驗均要遵守這條規(guī)則！

探究2：電壓表連入電路中的方式

①按圖1電路示意圖（不是電路圖！圖中省略了電源、開關等電路元件符號，只用來表示電路的連接方式和電流的路徑，下同）接好電路：觀察燈泡的亮度和電流表的示數(shù)；

②如圖2所示：要測電壓UL，把電壓表串聯(lián)在該電路中：

結果：除電壓表有示數(shù)以外，再沒有任何電現(xiàn)象！

③如圖3所示：把電壓表并聯(lián)在LL的兩端上：

結果：電壓表有示數(shù)、電現(xiàn)象如① ；

結論：電壓表必須并聯(lián)在被測電路兩端上，決不能把它串聯(lián)在被測電路中測電壓！

④把L反時針擰滅、相當于燈絲斷了：

結果：顯示現(xiàn)象同②：電壓表有示數(shù)、再沒有其它任何電現(xiàn)象！

拓展⑴：一個連線正確的電路，若閉合開關后，出現(xiàn)了只有電壓表有示數(shù)，再無其它任何電現(xiàn)象（這是非常熱門的中考電學試題內容之一），肯定是電壓表串聯(lián)在該電路中了！造成這種現(xiàn)象的根本原因，是跟電壓表并聯(lián)部分發(fā)生了“開路”（注：依據義教版教學大綱的規(guī)定、特別是根據全國自然科學名詞審定委員會頒布的《基礎物理學名詞》的規(guī)定，“斷路”應稱作“開路”）！例如，跟電壓表并聯(lián)的：

①小燈泡的燈絲或電阻斷了；

②或小燈泡松動、尾部脫離了小彈片（這種故障原因經常發(fā)生）；

③或連接小燈泡的導線斷了；

④或接線柱接觸不良；

⑤或電流表“內接”時發(fā)生了“開路”了；

⑥或家庭電路中燈頭里的導線斷了；……

拓展⑵：一個連線正確的電路，若閉合開關后，出現(xiàn)了沒有任何電現(xiàn)象，肯定是該電路中發(fā)生了“開路”！

檢查“開路”的方法是：用大量程的電壓表跟每個電路元件（包括每條導線）并聯(lián)（具體檢查時，要順次檢查幾段電路）：電壓表無示數(shù)、說明電壓表并聯(lián)這段電路完好；若電壓表有示數(shù)，則跟電壓表并聯(lián)這段電路有“開路”故障點：再逐漸縮短并聯(lián)部分電路，直到查出“開路”故障點時為止。

說明：通過上述實驗觀察，學生不僅懂得了“電壓表為什么必須要并聯(lián)在被測電路的兩端上”，而且還學會了“電路故障的判斷和檢查方法”，可謂“一舉三得”！

探究3：串聯(lián)電路的電壓特點

如果只給你一只電壓表、不允許改動電路連接導線，只靠閉合和斷開數(shù)量充足的開關，如何“探究出串聯(lián)電路的電壓特點”？

同學們設計的測量方案，通過實驗檢驗正確的探究方案約有9例，僅舉如下2種：必須將L1和L2組成串聯(lián)電路！必須遵守下列原則：在測量某段電路兩端電壓時，另段電路不準被“短接”、必須同時處于通路狀態(tài)！

方案一：如圖4所示：單刀2觸1、5觸4移動滑動變阻器的（以下簡稱）滑片，測出U1為便于計算值后，不準移動滑片！立即使單刀2觸3、5觸6測出U2，接著再使單刀2觸1、5觸6測出U；然后要更換不同規(guī)格的小燈泡或定值電阻，此時再移動滑片，至少再測取兩組數(shù)據，即能得出“U= U 1+ U 2”的結論。

方案二：用4只單刀開關如圖5所示：閉合S1和S3、斷開S2和S4移動滑片，測出U1為便于計算值后，不準移滑片！立即閉合S2和S4、斷開S1和S3測出U2；再立即閉合S1和S4、斷開S2和S3測出U。然后要更換不同規(guī)格的小燈泡或定值電阻，此時再移動滑片，至少再測取兩組數(shù)據，即能得出“U= U 1+ U 2”的結論。

說明：這是“只給一塊電壓表和已知阻值R0，測未知電阻RX或電功率P典型的正確測量方案！應該予以重視。2013年6月第1版九年級物理課本、p85的第4和5題的測量方案均是欠妥的（另文再述）！

探究4：電壓表的新用途

從課文p57.“××××型直流電壓表 使用說明書（節(jié)選）”可知：“表頭電流為1mA”，這是實驗室配備的電流表不能顯示的最小電流值！故知電壓表不僅能夠并聯(lián)在被測電路兩端測取電壓值，而且還能把它串聯(lián)在被測電路中、顯示出“?A”級的電流、分度值≈33.3?A！所以在某種條件下，可以使用電壓表替代微安表做實驗（如當電壓表選用“0～3V”量程、若指針偏轉10個小格時，不要讀取1.0V、而要讀取≈333?A）！用它顯示“人體是導體”、“加熱玻璃能變成導體”等學生分組實驗效果頗佳！

向提供圖片和提出很好修改建議的王秀峰高級教師致謝！以上謬誤難免，敬請施教。