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摘 要 ：实验是物理学中的重要组成部分,也是各类考试中重点考察的知识点.在考试中学生对这类问题很容易失分,实际上,只要掌握了某些基本的原则和知识,这类问题会比其他的物理题更好答,所以有必要对实验问题高度重视.本文主要讨论了电阻测量中的一些创新性思维,在这几年的高考中,这些知识频繁出现.
关 键 词 ：电阻测量；新理念；分类和总结
定西市教育科学规划课题研究成果（课题编号DX﹝2012﹞GHB94）
在历年的全国高考和地方各种版本的高考试题中,实验一直是一个重要的考查点.分析其意图就是要体现物理实验在物理学中的基础作用,这两年实验的考查主要集中在电学实验部分.这是因为电学实验比较重要,同时比较庞杂,有比较大的出题自由度,适合出一些设计性的试题,利于考查学生的能力.在教学中教师可以让学生先设计实验,然后再从所给的器材中选出所需的仪器,当然设计实验时必须要考虑题目所给的器材,然后让学生根据题目的要求恰当地设计实验.这就能很好地考查学生的各种能力.但对学生来说,这样的试题却是一个不小的考验,学生看到题目不知如何入手,感觉做了很多的题目,但看到新题目还是无从下手,做题效果不明显.我们总结这部分知识,会感觉到头绪繁多,没有规律性,而且高考题往往和课本中的基本实验有所区别,是对课本基本实验的创新和发展.这给学生造成了很大的困难,因为这样的题目对学生的创新能力有一定的要求.本文主要就电学中的重要实验——伏安法测电阻中的一些新思想和新做法进行一些总结,以帮助学生复习这部分知识,同时为自己的教学总结规律,提高复习效率.
一、利用两块伏特表测电阻
传统的伏安法测电阻利用的是一块伏特表、一块安培表测电阻,但由于考题中的要求或者是考题中所给的器材等各种条件的限制,有时需要用两块伏特表来测电阻,这是一种创新性的思维.要做对这样的题目,学生不但要对伏特表的内部构造很清楚,懂得其原理,还要有很强的创新能力,所以,这对学生的要求较高.
例1,有一块电压表的量程是3V,它的内阻大约是,现在有这些器材可以挑选.最大量程是0.5A的安培表A1,它的内阻大约是0.1,还有一个阻值变化范围是0—9999的变阻箱R1,另外还有一个阻值的调节范围是0—99.9的电阻箱R2,有一个1.5A的额定电流,电阻最大大约是100的滑动变阻器R3,还有一个大约是0.5内阻,6V电动势的电源,导线有一些,开关足够用.
（1）现在要测电压表的内阻,而且结果要准确一些,从上述器材中选择一些仪器,设计个实验电路.
（2）根据你设计的实验,利用所测得的数据表达出电压表的内阻RV等于 .
解答：做这个题时,最主要的是要考虑到两个电表的量程,因为电压表是3V的量程,大约2000的内阻,所以电路中能够产生的电流最大值是,所以题目中给出的电流表由于量程太大,不能使用,我们应该另想办法.考虑到电阻箱的读数可直接读出,可当成一个电压表使用.于是我们可以利用所测得数据直接得到伏特表的内阻表达式是.
例2.有一个阻值约为1000的电阻,要求用题目中给出的仪器测它的电阻：大约9.0V电动势,内阻不能忽略的电源E,1.5V量程r1等于750内阻的伏特表V1,5V量程r1等于2500内阻的伏特表V2,当调到最大时阻值大概是200的滑动变阻器,有一些开关和导线.当伏特表V1的读数是U1,伏特表V2的读数是U2时,可以由这些已知量表达出待测电阻的阻值是Rx等于 .
解答：我们要注意到本题有一个奇怪的现象,没有安培表,所以无法运用经典的伏安法测电阻的方法来求解,考虑到知道一块伏特表的内阻,如果我们读出伏特表的读数,也就知道了伏特表两端的电压值,而我们又知道伏特表的内阻,所以可以用欧姆定律求得通过伏特表中的电流,问题就解决了.所以电阻的表达式是Rx等于.
二、用两块电流表测电阻
和第一种方法相似,我们可以用一块电流表代替电压表,从而可用两块电流表测某一电阻的阻值.
例3.有一个电流表A1量程大约是20mA,内阻不知道,要求设计一个实验来测量这个电流表的内阻,精度尽可能的高些.主要有这些器材：量程500μA,内阻r2等于750的电流表A2；量程10V,内阻等于10k的伏特表V；电阻大约是100的固定电阻 R1；最大阻值大约是50的滑动变阻器；电压为1.5V的电源E,内阻可忽略不计,还有足够实验用的导线和开关.用这些器材设计一个实验,测出电流表的内阻,并用测得的量表达出电流表的内阻r1等于 ,说明一下表达式中字母的物理意义.
解答：本题如果选用题目中给出的电压表来完成实验是不可能的,原因在于电压表的量程是10V,而考虑到电流表A1的内阻和通过的电流最大值,电流表两端的最大电压不能超过0.4V,而这个数值对量程为10V的电压表来说几乎看不到明显的偏转,当然也不可能有比较精确的读数,所以经过详细的分析我们就会发现电压表不能用.考虑到我们有两块电流表,而一块电流表的内阻又已知,如果我们读出通过电流表的电流值,利用欧姆定律就可知道加在电流表两端的电压值,事实上起到了一块电压表的作用.所以,我们基于以上的分析可以知道电流表的内阻表达式是,式中I1、I2、r1、r2分别是两块安培表中的电流值和它们的内阻值.
以上我所提出的这些新思想和新方法是课本基础实验的延伸和拓展,体现出了高考扎根于课本又高于课本的命题思路.要做对这样的题目,学生就要掌握基本的知识、基本的实验技能,即“两基”要牢固.当然这还不够,学生还要做一定量的题目,最重要的是要善于分析总结,要从这些题目找出一些规律和心得,这样才能不断提高学生的做题效率.