高中物理電學(xué)中電路與器材的選擇策略探析

汪緒樂

摘要：隨著新課改的實施，培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)，成為教學(xué)工作者理應(yīng)達成的目標(biāo)。物理作為一門系統(tǒng)性的邏輯學(xué)科，在教學(xué)過程中，教學(xué)工作者需要結(jié)合學(xué)生特點，轉(zhuǎn)變教學(xué)思路，有效進行物理課程的規(guī)劃設(shè)計。電學(xué)是物理學(xué)科中重要的構(gòu)成部分，需要教學(xué)工作者在實踐中加以利用。本文以高中物理人教版電學(xué)課程內(nèi)容為例，分析高中物理電學(xué)中電路與器材的選擇原則，進而闡述基本的策略。

關(guān)鍵詞：高中物理;電學(xué);電路;器材;選擇策略

引言

電學(xué)是物理課程知識點的主要構(gòu)成部分，是系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)單元。由于內(nèi)容相對枯燥，而且知識點繁多，如果按照傳統(tǒng)的教學(xué)方法，學(xué)生無法真正理解和消化。教學(xué)工作者應(yīng)該激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，盡可能地將抽象的知識點轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^的教學(xué)內(nèi)容，以案例研究的方法，讓學(xué)生深化記憶。電路與器材的選擇是摸索電學(xué)知識必不可少的環(huán)節(jié)，教學(xué)工作者應(yīng)該在安全原則下，有效地引導(dǎo)學(xué)生熟悉電路與操作各種電器，進而更快地掌握電學(xué)知識。

一、電路與器材選擇的基本原則

1.安全原則

電學(xué)實驗可以多種多樣，以不同的形式呈現(xiàn)，例如教師示范學(xué)生參觀，或者是分組實驗，抑或是單人實驗等。但是無論何種電學(xué)實驗，都離不開帶有危險性的電路器材，這些器材五花八門，適應(yīng)了課程知識的需求。但因為課程知識點分散，需要在教學(xué)實驗的實踐過程中融入。需要注意的是，這時候?qū)W生依然不具備獨立實驗的能力，由于未曾將知識點統(tǒng)一摸索清楚，因此在使用電器方面，也容易手足無措。以高二人教版物理選修31為例，在第三單元磁場的學(xué)習(xí)中，包括電流和磁場。這一章節(jié)蘊含大量的知識點，需要學(xué)生能夠掌握電流磁場的形成以及發(fā)散原理。因此，首先要做的是通過實驗，讓學(xué)生將電線與直流板串聯(lián)，緊接著通過吸鐵石感應(yīng)磁場。但是有的學(xué)生容易在串接的過程中將正負兩極接反，造成電路燒毀。除此之外，其他一些實驗失誤，如電流表燒毀、電表讀數(shù)與量程嚴(yán)重不符等，不僅會造成實驗效率不高，最重要的是還會引發(fā)大量的安全事故，造成人員傷亡。因此在進行相關(guān)電路實驗和器材選擇的過程中，教學(xué)工作者需要有機地進行引導(dǎo)，對學(xué)生各自的實驗過程格外關(guān)注，尤其是在初期階段，需要具備一定的安全意識。

2.準(zhǔn)確原則

有些教師往往在帶領(lǐng)學(xué)生做實驗的過程中，為了注重實驗的節(jié)奏，就沒有對具體的實驗步驟做出進一步優(yōu)化，也沒有對實驗結(jié)果進行精準(zhǔn)分析。而這就等于是將原有傳統(tǒng)的課堂照搬到實驗中，做了無用功。確保所選擇的電路器材能夠完成實驗，并且準(zhǔn)確無誤，這是極為重要的。以高二人教版物理選修32為例，在第四單元電磁感應(yīng)中，有交變電流一章節(jié)的知識，區(qū)分交流電與直流電的區(qū)別，需要將兩種不同的器材進行對接，測算電流度數(shù)的不同。但是相關(guān)教師選擇的電流表嚴(yán)重超出范圍，導(dǎo)致兩種電路都不能達成想要的效果，因此產(chǎn)生實驗誤差。教學(xué)工作者需要根據(jù)電學(xué)實驗提供的已知條件，估算具體的電壓和電流等相關(guān)有效數(shù)據(jù)，然后匹配合適的電路與實驗器材;相反，若在實驗以后再進行選擇，就會耽誤實驗時間。

3.適用原則與方便原則

除此以外，盡管電路和器材能夠匹配完成實驗，但依然要遵循最優(yōu)原則。有些電路與器材組合進行實驗以后需要花大量時間拆裝以及布置，不僅線路復(fù)雜、安全性不高，還會影響學(xué)生的實驗心情。因此盡可能地以方便原則為前提，在實驗前期，就對不同的幾種電路器材反復(fù)對比，將其按復(fù)雜程度劃分等級，盡可能地簡化實驗線路。通過這種方式，能夠迅速引導(dǎo)學(xué)生進入實驗狀態(tài)，使其更快地理解物理電學(xué)知識。

二、器材的選擇策略

1.電源的選擇

電學(xué)實驗，必不可少的就是電源。只有接通了電源，才能開始探測信號，有了電力信號，才能傳播電流以及電力磁場。以高二物理選修31為例，第二章節(jié)為恒定電流，需要安排兩個級數(shù)不等的電阻，并且準(zhǔn)備相應(yīng)的電流變壓器，從而形成逆向的電流差，在不同的電阻摩擦下，形成相應(yīng)的壓強。但是電源的選擇與實際的實驗要求有關(guān)，不能隨便安排。一般來說，如果電線線路過多，電源產(chǎn)生的電流電壓就過快，頻率較高。如果線路較少，則可以選擇電壓較低的交流電源。打點計時器是計算電源至每一部分電流停滯的時間，需要以低壓交流電源為準(zhǔn)，這樣產(chǎn)生的電流不會造成整體線路的損壞。另外，電流出現(xiàn)火花，如果承受力較大，有可能產(chǎn)生爆炸。因此，電火花計時器的交流電源最多為50 Hz。干電池一般被用于測量內(nèi)電阻和電動勢的實驗之中，在這一實驗過程中，需要描述等勢線，6 V的直流電源作為工作砝碼最為便捷。

2.電壓表和電流表的選擇

接通電源以后，這只是實驗的開始。其他必不可少的實驗器材中，電流與電壓是繞不開的話題。電壓與電流貫穿整個電學(xué)，因此，電壓表與電流表是常見的實驗器材。電流表與電壓表也需要按照實驗等標(biāo)準(zhǔn)來定。如果是簡單的判斷電流與電壓的傳導(dǎo)過程，則可以減少電源參數(shù)與最大電流值等元素，額定電壓也可以適當(dāng)減少;而如果需要發(fā)現(xiàn)電壓與電流在干擾狀態(tài)下的反應(yīng)過程，則應(yīng)該增加線路，就需要提高電源參數(shù)等數(shù)值。因此，教學(xué)工作者需要根據(jù)不同的實驗?zāi)繕?biāo)，確定不同數(shù)值的電流表與電壓表，進而選擇正確的電壓表與電流表。

三、電路的選擇策略

1.供電電路的設(shè)計思路

（1）限流接法的供電電路選擇

在限流接法的供電電路a，b兩個輸出端接上負載電阻Rx后，負載電阻兩端電壓的可調(diào)節(jié)范圍為ERxR+Rx-E，電壓無法從零開始調(diào)節(jié)。但是，限流接法的供電電路操作便捷、結(jié)構(gòu)簡單、耗電量小，通常優(yōu)先考慮這種電路。此外，根據(jù)限流接法的特點，負載電阻的阻值一般較小，調(diào)節(jié)電路時，要先將滑動變阻器的滑片置于最大阻值處，再逐步調(diào)節(jié)滑片，使其達到合適的狀態(tài)。

（2）分壓接法的供電電路選擇

分壓接法的供電電路中，負載電阻兩端電壓的可調(diào)節(jié)范圍為0～E，也就是說，負載電阻兩端的電壓可以從零開始調(diào)節(jié)。例如，在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中，要求小燈泡的電壓從零開始，并且有足夠大的電壓調(diào)節(jié)范圍，就只能選擇分壓接法。當(dāng)實驗中提供的滑動變阻器阻值較小，遠遠小于負載電阻時，選擇限流接法無法調(diào)節(jié)電壓與電流，也必須采用分壓接法。

2.測量電路的設(shè)計思路

由歐姆定律可以知道電阻的阻值，因此，通過測量待測電阻兩端的電壓U以及流過待測電阻的電流I，就可以計算得到待測電阻的阻值R。但是，我們在測量電流時，需要將電流表串聯(lián)在電路中。當(dāng)我們將電流表串聯(lián)在電壓表的測量范圍之內(nèi)，稱之為“內(nèi)接法”;當(dāng)我們將電流表串聯(lián)在電壓表的測量范圍之外，稱之為“外接法”。

四、結(jié)語

綜上所述，在現(xiàn)代教育背景下，教學(xué)工作者教育學(xué)生應(yīng)該脫離傳統(tǒng)的教學(xué)思維，轉(zhuǎn)向以人為本的科學(xué)化教育策略。物理邏輯性較強，需要借助于實驗逐一將知識點分解。在電學(xué)學(xué)習(xí)中，更應(yīng)針對復(fù)雜深奧的知識內(nèi)容，設(shè)計具體的實驗流程。器材以及電路，是實驗的重要構(gòu)成部分，是使實驗效果具有有效性的根本保障，需要對此做出相應(yīng)的探索性。

參考文獻：

[1]肖瀟雨. 高中生電學(xué)概念學(xué)習(xí)的心智模型研究[D].華中師范大學(xué)，2019.

[2]劉睿.關(guān)于高中物理電學(xué)的學(xué)習(xí)技巧[J].科技風(fēng)，2019（05）：43.

[3]楊葆樂.高中物理常見電學(xué)問題的幾點探究[J].科技風(fēng)，2019（05）：252.

[4]游桂章.高中生談高中物理電學(xué)實驗難點的應(yīng)對策略初探[J].科技風(fēng)，2018（33）：26.

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