電阻定律實驗教學(xué)改進研究

摘? ?要：物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實驗是教學(xué)中必不可少的一部分。如何提升演示實驗的效率，節(jié)省時間以用之于課堂教學(xué)的其他環(huán)節(jié)，是我們物理教師在教學(xué)工作中應(yīng)該探索、思考的問題。而課本中的電阻定律實驗涉及到的變量多、實驗需要的數(shù)據(jù)多，所以演示實驗的操作若是效率不高，就不能保證在要求的課時之內(nèi)完成教學(xué)內(nèi)容。基于此，文章就從如何對課本現(xiàn)有實驗進行改進創(chuàng)新入手，深度剖析和思考如何實現(xiàn)對電阻定律實驗教學(xué)進行改進創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：實驗;電阻定律;效率;改進創(chuàng)新

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2020）7-0053-3

1? ? 電阻定律實驗簡介

電阻定律實驗在人教版物理選修3-1第二章《恒定電流》的第六節(jié)《導(dǎo)體的電阻》，課本上采用的演示實驗裝置如圖1所示，或者也可以用圖2（a）所示的演示實驗裝置和圖2（b）所示的電路來完成演示實驗。不管是采用圖1還是圖2所示的裝置來完成本實驗，都會存在可視性差、數(shù)據(jù)處理不方便、演示所用時間長等問題，而一節(jié)課的時間大約在40至45分鐘，這樣必然就會導(dǎo)致一節(jié)課不能完成本節(jié)教學(xué)內(nèi)容。所以，筆者在圖2的基礎(chǔ)上對實驗裝置進行了改進。

2? ? 電阻定律實驗改進

（1）實驗電路如圖3所示。

（2）實驗裝置如圖4所示。

實驗原理說明（控制變量法）：

①借助電壓傳感器和電流傳感器利用伏安法測電阻（圖5）。

②刻度尺測長度。

③螺旋測微器測直徑。

④Excel表格處理數(shù)據(jù)：利用傳感器得到的數(shù)據(jù)作出對應(yīng)的U-I圖像，取得擬合線的斜率即是對應(yīng)的電阻值，其中一組數(shù)據(jù)如表1所示。

3? ? 實驗操作

3.1? ? 研究導(dǎo)體電阻與導(dǎo)體長度的關(guān)系

將與Q連接的導(dǎo)線固定，與P連接的導(dǎo)線分別接在L3（鎳鉻合金）的不同位置。調(diào)節(jié)滑動變阻器，測出不同長度對應(yīng)的電阻值，設(shè)計表格2記錄數(shù)據(jù)，得出電阻絲的電阻與電阻絲長度的關(guān)系，具體實驗數(shù)據(jù)如圖6所示。

3.2? ? 研究導(dǎo)體電阻與橫截面積的關(guān)系

將與P、Q連接的導(dǎo)線分別接在L3、L4、L5（鎳鉻合金）兩端，調(diào)節(jié)滑動變阻器，測出分別對應(yīng)的電阻值，設(shè)計表3記錄數(shù)據(jù)，得出電阻絲的電阻與橫截面積的關(guān)系，具體實驗數(shù)據(jù)如圖7所示。其中，L3是一根鎳鉻合金，L4是兩根鎳鉻合金并聯(lián)，L5是三根鎳鉻合金并聯(lián)，這樣可以實現(xiàn)橫截面積成倍數(shù)增加，只要得到相應(yīng)的電阻值就可以得到與橫截面積之間的關(guān)系。

3.3? ? 研究導(dǎo)體電阻與材料的關(guān)系

將與P、Q連接的導(dǎo)線分別接在L1（鐵絲）、L2（康銅合金）、L3（鎳鉻合金）兩端，調(diào)節(jié)滑動變阻器，測出不同材料的電阻絲對應(yīng)的電阻值，設(shè)計表4記錄數(shù)據(jù)，分析結(jié)果，得出電阻絲的電阻與材料的關(guān)系，具體實驗數(shù)據(jù)如圖8所示。其中，除鐵絲外都用合金，是考慮合金的電阻率較大，可以讓測得的電阻盡量大一些;L3的電阻值用第二組實驗中橫截面積為S的數(shù)據(jù)，達到節(jié)省演示實驗所用時間的目的。

4? ? 創(chuàng)新點

（1）變平放實驗裝置為豎直放置，將實驗室所用電流表和電壓表換成大型的演示電流表和電壓表，并將之固定在裝置的上方，演示過程中方便學(xué)生觀察和讀數(shù)，增強了演示實驗裝置的可視性。

（2）裝置中固定有刻度尺并且緊貼電阻絲，在得到表1中實驗數(shù)據(jù)的過程中，需要的長度可以直接從刻度尺上讀數(shù)，而長度的變化則用“鱷魚夾”實現(xiàn)快速改變，在最短的時間內(nèi)得到想要的數(shù)據(jù)，節(jié)省教學(xué)時間，提高教學(xué)效率。

（3）多次測量取平均值在這里體現(xiàn)得淋漓盡致，利用電流傳感器和電壓傳感器可以在短時間內(nèi)取得20組甚至更多的數(shù)據(jù)來作圖，得到對應(yīng)的電阻值，很好地降低了實驗過程中的誤差。

（4）利用數(shù)據(jù)處理軟件Excel來描點作出不同情形下的U-I圖像，并對圖像進行擬合，得出擬合線的函數(shù)解析式，從斜率中直接得出對應(yīng)的電阻值，在減小誤差的同時，能最大地節(jié)約課堂教學(xué)所用時間。

（5）橫截面積的改變直接用電阻絲并聯(lián)來實現(xiàn)，實驗過程中就可以不用測量橫截面積，同樣可以為教學(xué)節(jié)省時間。而電阻絲比較細，為了增加可辨識度，在電路中筆者增加了不同顏色的發(fā)光二極管，紅色對應(yīng)鐵絲，綠色對應(yīng)康銅合金，一顆藍色對應(yīng)橫截面積為S的鎳鉻合金，兩顆藍色對應(yīng)橫截面積為2S的鎳鉻合金，三顆藍色對應(yīng)橫截面積為3S的鎳鉻合金。在實驗演示過程中，學(xué)生只需要觀察發(fā)光二極管的顏色就知道對應(yīng)的電阻絲材料和相應(yīng)的變量是什么，解決了以往實驗中難以看清楚材料是什么和研究的變量是什么的難題。

（6）電阻絲的固定不緊貼木板，而是和木板有一定的距離，可以方便實驗操作。同時，游標(biāo)卡尺固定于裝置的后方，需要使用時取下即可。通過游標(biāo)卡尺測出對應(yīng)的直徑后，可以直接帶數(shù)據(jù)計算出相應(yīng)的電阻率，再和課本給出的數(shù)據(jù)進行對比，達到相互呼應(yīng)的效果。

5? ? 結(jié)束語

用改進的實驗裝置進行演示實驗，完成電阻絲的電阻與長度、橫截面積、材料三個變量的關(guān)系探究可以控制在20分鐘之內(nèi)，然后剩余的時間就可以對實驗結(jié)果形成結(jié)論，得出電阻定律的內(nèi)容，大大提升了演示實驗的效率，為課堂教學(xué)的其他環(huán)節(jié)節(jié)省出了寶貴的時間。同時，還可以用本裝置計算出對應(yīng)材料的電阻率，和書本進行印證，達到理論聯(lián)系實際的效果，體現(xiàn)出STS（科學(xué)、技術(shù)、社會）和物理之間的聯(lián)系。

物理演示實驗在物理教學(xué)中起到增強說服力、提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的作用，但是演示實驗的過程必然會占用到正常教學(xué)所用的時間，若占用過多，必然導(dǎo)致教學(xué)計劃不能按時和保質(zhì)保量完成。而我們又不能舍棄掉演示實驗，專門搞理論教育，這不符合新課改的要求，也會讓學(xué)生在沉悶中學(xué)習(xí)，逐漸喪失學(xué)習(xí)物理的興趣。所以，作為老師我們能做的就是不斷對課堂演示實驗裝置進行改進創(chuàng)新，提升課堂演示實驗的效率。我們還可以將演示實驗的改進創(chuàng)新和社會生活聯(lián)系起來，體現(xiàn)出物理“來源于生活，用之于生活”的特點。這一條路“任重而道遠”，需要無數(shù)物理教師堅持不懈，方能讓演示實驗成為教學(xué)中的一大裨益。

（欄目編輯? ? 王柏廬）

收稿日期：2019-12-25

作者簡介：杜良亞（1988-），男，中學(xué)一級教師，主要從事高中物理教育教學(xué)工作，曾獲貴州省黔西南州物理實驗創(chuàng)新技能大賽州級一等獎。