閉合電路歐姆定律”的教學(xué)分析

1、“閉合電路歐姆定律”的教學(xué)分析 摘要和引言專業(yè)：物理學(xué) 張榮忠 【內(nèi)容摘要】 閉合電路歐姆定律是中學(xué)物理中的重要內(nèi)容，而做好閉合電路歐姆定律的有關(guān)實(shí)驗(yàn)，是學(xué)生能否理解該內(nèi)容的一個(gè)關(guān)鍵。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)，分析了可調(diào)內(nèi)阻電池和干電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、特性等，以及將它們用于“閉合電路歐姆定律”實(shí)驗(yàn)時(shí)需考慮的問(wèn)題，并從實(shí)驗(yàn)的材料、電路圖、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)記錄和實(shí)驗(yàn)分析等方面逐一作了介紹和分析，然后從四個(gè)方面作了教學(xué)對(duì)比分析，最后對(duì)本節(jié)教學(xué)提出了幾點(diǎn)建議。【關(guān)鍵詞】 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，閉合電路歐姆定律，電池引言閉合電路歐姆定律是中學(xué)物理教學(xué)中極其重要的內(nèi)容之一，它既是中學(xué)物理教學(xué)的重點(diǎn)又是難點(diǎn)，而把握重點(diǎn)、突破難點(diǎn)的關(guān)

2、鍵，是做好“閉合電路歐姆定律”的實(shí)驗(yàn)。但這個(gè)實(shí)驗(yàn)又是一個(gè)較為難做的實(shí)驗(yàn)，因此，有不少物理教師多年來(lái)對(duì)“閉合電路歐姆定律”有關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)摸索，發(fā)現(xiàn)不少對(duì)引起本實(shí)驗(yàn)較大誤差的原因及如何有效減少這些誤差的對(duì)策。發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)難成功、誤差大的原因主要表現(xiàn)在幾個(gè)方面：第一，教學(xué)實(shí)驗(yàn)用的鉛蓄電池存在極板易極化等諸多不穩(wěn)定因素，造成電池電動(dòng)勢(shì)、電壓很不穩(wěn)定，幾次測(cè)量結(jié)果有時(shí)相差0.5V之多。第二，常用的機(jī)械指針式電壓表的內(nèi)阻不夠大，其電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響較大。第三，外電阻的不同對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響也很大，如阻值過(guò)小會(huì)使電路中電流過(guò)大，極化更嚴(yán)重等?！?】但這些研究大部分是對(duì)基于鉛蓄電池進(jìn)行的“閉合電路歐姆

3、定律”實(shí)驗(yàn)，以及將它們用于演示實(shí)驗(yàn)的討論，對(duì)于“閉合電路歐姆定律”演示實(shí)驗(yàn)以外的其它形式的的教學(xué)實(shí)驗(yàn)及教學(xué)活動(dòng)的探索卻比較少，缺乏詳細(xì)的研究。隨著物理教學(xué)中對(duì)實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視程度不斷增加，特別是在新課程的實(shí)施過(guò)程中強(qiáng)調(diào)通過(guò)改變教與學(xué)的方式，使學(xué)生在開(kāi)放的環(huán)境下能更加自主的地學(xué)習(xí)，那么，對(duì)“閉合電路歐姆定律”有關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入研究，進(jìn)一步弄清影響實(shí)驗(yàn)的因素以及開(kāi)發(fā)新的實(shí)驗(yàn)，對(duì)有關(guān)“閉合電路歐姆定律”的教學(xué)活動(dòng)開(kāi)展有重要的意義。基于前人對(duì)“閉合電路歐姆定律”實(shí)驗(yàn)的一些研究，筆者在對(duì)中學(xué)物理中有關(guān)“閉合電路歐姆定律”的內(nèi)容（特別是教學(xué)實(shí)驗(yàn)）進(jìn)行深入分析的前提下，以研究可調(diào)內(nèi)阻電池和干電池電池的結(jié)構(gòu)

4、特點(diǎn)、特性等為主要內(nèi)容，主要采用實(shí)驗(yàn)研究的方法，分析將它們用于“閉合電路歐姆定律”實(shí)驗(yàn)時(shí)需考慮的問(wèn)題，尋找產(chǎn)生誤差的因素，提供詳細(xì)數(shù)據(jù)為做好相關(guān)實(shí)驗(yàn)提供參考。同時(shí)，通過(guò)本次研究活動(dòng)，能為改變教和學(xué)的方式，設(shè)計(jì)圍繞2 / 20“閉合電路歐姆定律”這一教學(xué)內(nèi)容展開(kāi)的課堂探究式教學(xué)、課外興趣實(shí)驗(yàn)活動(dòng)等多種形式的教學(xué)活動(dòng)提供豐富的課程資源。一、“閉合電路歐姆定律”的教學(xué)分析在中學(xué)物理的教學(xué)內(nèi)容中，不少內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)有密切的聯(lián)系，“閉合電路歐姆定律”，就是如此，對(duì)這些內(nèi)容，特別其中的有關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行全面的分析，就顯得尤為重要。下面以人教版“閉合電路歐姆定律”為例進(jìn)行教學(xué)分析。（一） “閉合電路歐姆定律”的教學(xué)地

5、位“閉合電路歐姆定律”是高中物理恒定電流一章的重要內(nèi)容，也是高中物理教學(xué)中極其重要的內(nèi)容之一，教學(xué)大綱中對(duì)這部分知識(shí)所要求掌握的程度屬于較高的“B層次”?！?】即要求學(xué)生深刻理解定律的確切含義，并且能在對(duì)物理問(wèn)題進(jìn)行分析、綜合、推理和判斷的過(guò)程中應(yīng)用它。本課涉及電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)阻、內(nèi)電壓、外電壓等基本概念，而且同學(xué)們?cè)趯?duì)內(nèi)阻的理解上存在較大的前概念問(wèn)題引起的思維障礙，因?yàn)閺膶W(xué)生認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)和能力水平來(lái)看，他們?cè)趯W(xué)習(xí)“閉合電路歐姆定律”之前，歐姆定律給他們留下了較深刻的印象，他們往往很難意識(shí)到電源有內(nèi)阻，習(xí)慣把路端電壓看成是不隨外電路變化的，這種先入為主的錯(cuò)誤觀念，形成了不可小看的思維定勢(shì)，為后面的整個(gè)教

6、學(xué)增加了不少困難。 （二） “閉合電路歐姆定律”的教學(xué)實(shí)驗(yàn)從教材看，本課只涉及到路端電壓跟負(fù)載電阻關(guān)系的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，而且此實(shí)驗(yàn)的又過(guò)于簡(jiǎn)單，分析如下：上圖來(lái)自人教版（高二必修加選修）課本，由電路圖可知，本實(shí)驗(yàn)是為了研究變量外電路的電阻；選擇變量路端電壓；控制變量電流這三者的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)過(guò)程為：當(dāng)外電路電阻增大時(shí)，觀察到電流減少和路端電壓增大；當(dāng)外電壓電阻減少時(shí)，觀察到電流增大和路端電壓讀數(shù)減少，于是由實(shí)驗(yàn)觀察得到：I=E/（R+r）（閉合電路歐姆定律）實(shí)驗(yàn)的原理雖然沒(méi)有給出，但目的卻很明確。盡管路端電壓的變化確實(shí)能讓學(xué)生產(chǎn)生疑惑：為什么電壓表的讀數(shù)會(huì)變化？這是歐姆定律所不能解釋的，從而激起學(xué)生的求

7、知欲望，但本實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虻贸鯥=E/（R+r）的結(jié)論，思維跨度較大，學(xué)生即使不會(huì)對(duì)“閉合電路歐姆定律”的結(jié)論有所疑惑也會(huì)對(duì)此實(shí)驗(yàn)的有效程度產(chǎn)生質(zhì)疑，這樣，要讓學(xué)生從這一實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生對(duì)“閉合電路歐姆定律”的持久記憶就困難了。高中“閉合電路歐姆定律”這一課題的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可采用實(shí)驗(yàn)-歸納法，即通過(guò)對(duì)一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的歸納推理，抽象出這一規(guī)律。也可以采用假設(shè)-驗(yàn)證法，即先從學(xué)生學(xué)過(guò)的規(guī)律出發(fā)，進(jìn)行理論推導(dǎo)，得出新的規(guī)律。也就是先運(yùn)用能量守恒定律和焦耳定律，通過(guò)邏輯推理的論證方法，推導(dǎo)出“閉合電路歐姆定律”，然后用實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證?！伴]合電路歐姆定律”是教學(xué)的重點(diǎn)，又是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。因此，做好“研究電源電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)、外

8、電壓之間關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，是突破難點(diǎn)的關(guān)鍵，即研究電源電動(dòng)勢(shì)E等于外電路上的電壓U外和內(nèi)電路上的電壓U內(nèi)之和。實(shí)驗(yàn)時(shí)，需測(cè)出：電源電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)電壓、外電壓。電源電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于電源沒(méi)有接入外電路時(shí)兩極間的電壓，用下面的圖乙可以測(cè)出電源電動(dòng)勢(shì)。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，即使電源不接入電路，用電壓表測(cè)量電源兩端電壓，電壓表成了外電路，測(cè)得的電壓也小于電動(dòng)勢(shì)。所以為了減小電壓表本身的影響，故應(yīng)該選用電阻較大，且線性良好的電壓表。例如：數(shù)字萬(wàn)用表。應(yīng)干華于物理教學(xué)探討 2002（11）：25發(fā)表的閉合電路歐姆定律演示實(shí)驗(yàn)引起誤差的幾點(diǎn)原因分析與對(duì)策上有關(guān)于怎樣選擇線性良好的電壓表的簡(jiǎn)單介紹，在此不做分析。 &#

9、160;            外電壓又稱路端電壓，由圖“丙”可以測(cè)出，但只有當(dāng)RVR時(shí)（其中RV為電壓表電壓），即電壓表可當(dāng)作理想電壓表時(shí)，所測(cè)得電壓值才是路端電壓值，故此實(shí)驗(yàn)在選用伏特表時(shí)也須要選用電阻較大，且線性良好的電壓表。本人分別用機(jī)械電壓表和數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)了一些數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：可調(diào)內(nèi)阻電池實(shí)驗(yàn)用這兩種儀器誤差相差比較小，但將干電池用于“閉合電路歐姆定律”實(shí)驗(yàn)時(shí)，用機(jī)械電壓表產(chǎn)生的誤差很大，甚至很難測(cè)得到穩(wěn)定的、有效的數(shù)據(jù)。內(nèi)電壓是電源內(nèi)阻上的電壓降。實(shí)驗(yàn)中學(xué)生用原有的知識(shí)無(wú)法直接理解并測(cè)出內(nèi)

10、電壓，故認(rèn)識(shí)和測(cè)量?jī)?nèi)電壓又是本教學(xué)實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)。如何分解這一教學(xué)難點(diǎn)？本人將可調(diào)內(nèi)阻電池和干電池這兩種電池用于“研究電源電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)、外電壓之間關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一些嘗試，并將在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)作了詳細(xì)記錄，供大家參考，同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題提出了一些粗淺的看法?；谝陨系姆治龊万?yàn)證“閉合電路歐姆定律”的教學(xué)目的，本人對(duì)可調(diào)內(nèi)阻電池和干電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、電動(dòng)勢(shì)、外電壓和內(nèi)電壓的影響因素等進(jìn)行了逐一實(shí)驗(yàn)和分析研究。二、兩種電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)分析(一) 可調(diào)內(nèi)阻電池1、可調(diào)內(nèi)阻電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：實(shí)物圖如圖1-1所示，內(nèi)裝1.28g/cm3的稀硫酸（市場(chǎng)上汽車用的電瓶溶液）。先將其兩

11、電極（如圖標(biāo)有“+”“-”符號(hào)的即為電極）接在2V直流電源上，充電五個(gè)小時(shí)以上。其次將兩探針插入電池中，如圖1-2所示。（A、B為同種材料做成的探針，實(shí)驗(yàn)前必須用砂紙把其表面的氧化膜擦去。）最后將電極和探針?lè)謩e接在電壓表的兩極上，如圖1-3所示。并通過(guò)利用氣壓來(lái)改變電池中部通道室液面的高度來(lái)改變電池內(nèi)阻，如圖所示P是其原理模型圖。2、可調(diào)內(nèi)阻電池的電池特性：電動(dòng)勢(shì)在2V左右，比較穩(wěn)定。電池內(nèi)阻可以調(diào)節(jié)，且可調(diào)到20歐姆左右。3、可調(diào)內(nèi)阻電池用于閉合電路歐姆定律的實(shí)驗(yàn)材料、電路圖、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)記錄以及實(shí)驗(yàn)分析如下：（1）材料J2373型可調(diào)內(nèi)阻電池、探針（可用兩根銅絲）、數(shù)字萬(wàn)用表（兩個(gè)）、開(kāi)

12、關(guān)、導(dǎo)線若干。（2）電路圖        將可調(diào)內(nèi)阻電池內(nèi)灌足夠的稀硫酸，用直流2V電源充電5個(gè)小時(shí)以上。將充電完畢的可調(diào)內(nèi)阻電池按圖1-4所示接入電路，且兩銅極用濾紙擦干凈，插入可調(diào)內(nèi)阻作兩探針，并外接電壓表V 、。按電路圖接入V和R，記下沒(méi)有外電路時(shí)的讀數(shù)V，然后每改變一次R記一組U內(nèi)、U外、V1、V2的數(shù)值，多測(cè)幾組。改變電池的內(nèi)阻重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)，填入下表。（4）實(shí)驗(yàn)記錄表格1-1: 開(kāi)始時(shí)測(cè)得電源電動(dòng)勢(shì)約為2.100V序號(hào)U外 /VU內(nèi)/VU外+U內(nèi)/VE1/VE2/VE百分誤差/E1234567891.7

13、001.8001.5100.6161.7141.2841.0470.3760.3810.4000.3100.5901.4740.3540.7660.9831.5741.6222.1002.1102.1002.0902.0682.0502.0301.9102.0031.4881.4931.4771.4941.4871.4841.4561.4601.4630.5930.6000.6110.5780.5630.5460.5110.4670.4632.0912.0932.0882.0722.0502.0301.9671.9271.8260.0090.0070.0120.0180.0180.0200.0

14、630.0830.1770.43%0.33%0.57%0.86%0.86%0.95%3.0%3.95%8.42% （注：E=E1+E2、=U外+U內(nèi)-E，且每改變一次電池內(nèi)阻測(cè)三組數(shù)據(jù)，即分別測(cè)出第1組、第4組與第7組數(shù)據(jù)之前，改變電池的內(nèi)阻。）（5）實(shí)驗(yàn)分析從數(shù)據(jù)可知，實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象：雖用低壓2.0V的電源給電池充電，但電池的電壓卻超過(guò)了2.0V；由于電極間存在極化現(xiàn)象，電動(dòng)勢(shì)有慢慢減小的趨勢(shì)，開(kāi)始時(shí)在誤差允許的范圍內(nèi)基本可以驗(yàn)證閉合電路歐姆定律，但隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，誤差開(kāi)始偏大；當(dāng)多加兩個(gè)伏特表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，如圖2-3所示，還發(fā)現(xiàn)E1+E2與U外+U內(nèi)有幾毫伏到幾十毫伏的偏差，且

15、E1+E2略小于U外+U內(nèi)。產(chǎn)生誤差的原因分析：第一，探針的極化電動(dòng)勢(shì)引起誤差。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中，探針插入電池內(nèi)部工作一段時(shí)間后，兩探針表面狀態(tài)不一致，形成一對(duì)電極，會(huì)產(chǎn)生幾十毫伏的極化電動(dòng)勢(shì)，時(shí)間越長(zhǎng)，極化對(duì)內(nèi)外電壓之和的影響就越明顯，而且實(shí)驗(yàn)時(shí)如果探針碰到極板也會(huì)增大探針的極化電動(dòng)勢(shì)，極化電動(dòng)勢(shì)過(guò)大，會(huì)嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因此在實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要采取去除極化電動(dòng)勢(shì)的措施。如：將探針取出在空氣中等待12分鐘，或抖動(dòng)探針，再繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，這些都有一定的作用，但作用時(shí)間較短；或者可以將兩探針短接10分鐘，用水沖去硫酸，擦干，用砂紙打磨掉表面的氧化層，即可馬上使用，但這種方法，需要較長(zhǎng)的時(shí)間，而且不能完全去除極化電

16、動(dòng)勢(shì)；還可以將探針接上4V交流電，通電1分鐘即可，這種方法可以完全去除極化電動(dòng)勢(shì)。第二，探極與極板間的間距引起誤差。探極間距小于極板間距，使測(cè)出的內(nèi)電壓小于其實(shí)值，所以會(huì)出現(xiàn)上面的結(jié)果，增大探針與極板的距離會(huì)增大實(shí)驗(yàn)的誤差，即會(huì)增大實(shí)驗(yàn)中E1+E2與U外+U內(nèi)的差值。所以探針盡量靠近極板，但不能接觸，否則測(cè)量到的將是電池輸出的外電壓。用本實(shí)驗(yàn)可以直接驗(yàn)證公式：U=U外+U內(nèi)。從學(xué)生理解難易的層面來(lái)說(shuō)，思維跨度不大，而且可以得到較理想的數(shù)據(jù)。（二） 干電池 1、干電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：電池的外殼是以鋅皮作為負(fù)極，中心為正極的是一根導(dǎo)電性能良好的石墨棒，裹上了一層MnO2、炭黑及NH4Cl溶液混合壓緊的

17、團(tuán)塊，兩個(gè)電極之間的電解液是由NH4Cl、ZnCl2、淀粉和一定量水組成，制成半透明的膠狀，不再流動(dòng)，但可以導(dǎo)電，鋅筒上口加瀝青密封。其剖面如圖3-1所示。2、干電池的電池特性：電動(dòng)勢(shì)在1.5V左右，新的電池一般略大于1.5V，舊的電池一般略小于1.5V，干電池電動(dòng)勢(shì)比較穩(wěn)定。電池的電阻在0.51.5之間。3、干電池用于閉合電路歐姆定律的實(shí)驗(yàn)材料、電路圖、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)記錄以及實(shí)驗(yàn)分析如下：（1） 材料三節(jié)新舊程度完全相同的7號(hào)干電池、兩節(jié)的電池盒、電流表、兩個(gè)電壓表、定值電阻（R0=20）、電阻箱、數(shù)字萬(wàn)用表、電阻、電鍵各一個(gè)。（2） 電路圖 圖3-1    &

18、#160;                                     （3） 實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖3-1所示將電鍵、電流表、定值電阻（阻值為R0），連入電路，三節(jié)電池做電源，并且先使被測(cè)的兩電池相對(duì)地連接。閉合開(kāi)關(guān)S，記下此時(shí)電路中的電流I。從線路中拆去迎面相連的兩個(gè)電池，

19、并將定值電阻替換成電阻箱如圖3-2所示，閉合開(kāi)關(guān)S調(diào)節(jié)電阻箱使電路中的電流也為I，記下此時(shí)電阻箱的值R1?？梢郧蟪鲭姵谽1和E2的內(nèi)阻之和為：r=R1-R0，然后求平均得到每節(jié)電池的電阻為： (R1-R0)/2測(cè)出電池3的電動(dòng)勢(shì)E3，作為電源電動(dòng)勢(shì)。將各用電器如圖3-4所示連接入電路中，并將電池1和電池2相對(duì)地連接，記錄V1和V2及電流表的讀數(shù)，填入下表中。通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算得出電源上的內(nèi)電壓降。（4） 實(shí)驗(yàn)記錄記錄一：圖3-2時(shí)，電阻值為20，數(shù)字萬(wàn)用表中電流計(jì)的值為63.2 mA。圖3-3中，調(diào)節(jié)數(shù)字萬(wàn)用表中電流計(jì)的值在63.2 mA63.3 mA之間跳動(dòng)時(shí)，電阻箱的值18.9。所以電池1和電

20、池2的總電阻為20-18.9=1.1。每個(gè)電池的電阻為0.55。因?yàn)榻普J(rèn)為電池的新舊程度一樣，故每節(jié)電池的內(nèi)阻都是0.55。記錄二：表格3-1： 電池內(nèi)阻用半值法時(shí)，電源的電動(dòng)勢(shì)E=1.478V電源電動(dòng)勢(shì)E/VV1的讀數(shù)U1/VV2的讀數(shù)U2/VA的讀數(shù)I/A每節(jié)干電池的內(nèi)電阻r/3號(hào)干電池內(nèi)阻的電壓降U內(nèi)/V內(nèi)外電壓值和U/VE-U/V百分誤差（E-U）/E1.4781.4781.4781.4780.00530.00530.01190.01101.4001.4241.4141.4150.06550.06550.06450.06760.550.550.550.550.03600.03600.

21、03550.03721.44131.46531.46141.46320.03670.01270.01660.01482.48%0.86%1.12%1.00%表格3-2：電池內(nèi)阻為U1/2I時(shí)，電源的電動(dòng)勢(shì)E=1.478V電源電動(dòng)勢(shì)E/VV1的讀數(shù)U1/VV2的讀數(shù)U2/VA的讀數(shù)I/A每節(jié)干電池的內(nèi)電阻r/3號(hào)干電池內(nèi)阻的電壓降U內(nèi)/V內(nèi)外電壓值和U/VE-U/V百分誤差（E-U）/E1.4781.4781.4781.4780.00530.00530.01190.01101.4001.4241.4141.4150.06550.06550.06450.06760.04050.04050.0918

22、0.081360.00270.00270.00590.00551.40271.42671.42001.42050.075350.05130.05810.05755.10%3.47%3.93%3.89%（5） 實(shí)驗(yàn)分析：表格3-1表示用半值法測(cè)內(nèi)阻時(shí)，所得到的記錄，表格3-2是用常規(guī)法測(cè)內(nèi)阻時(shí)所得到的記錄，即用電池1和電池2兩端的電壓比上電路中的電流，得出電池1和電池2的總電阻，求平均得出每個(gè)電池的電阻，由記錄可知第一種方法測(cè)得的數(shù)據(jù)誤差比較小，下面對(duì)其進(jìn)行分析：本實(shí)驗(yàn)有兩個(gè)功能，第一，測(cè)出電池的內(nèi)電阻，計(jì)算出電池的內(nèi)電壓降。第二，驗(yàn)證閉合電路歐姆定律。本實(shí)驗(yàn)區(qū)別于上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的突出特點(diǎn)不是直接驗(yàn)

23、證E=U內(nèi)+U外，而是通過(guò)間接的方法先測(cè)出和U外，的測(cè)定用半值法，U外的測(cè)定主要通過(guò)測(cè)電池1和電池2上的電阻的壓降U1和外電阻R上的壓降U2，即U外= U1+U2、U內(nèi)=Ir，然后驗(yàn)證E=U內(nèi)+U外是否成立，也就是檢查U內(nèi)+U外 與電源電動(dòng)勢(shì)E的差異，比較實(shí)際的測(cè)量值跟計(jì)算所得值之間的百分誤差。（如表格所示）由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，本實(shí)驗(yàn)在誤差允許的范圍內(nèi)基本上可以驗(yàn)證了閉合電路歐姆定律。但本實(shí)驗(yàn)在驗(yàn)證E=U內(nèi)+U外時(shí)不夠直接，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)思維跨度較大，表現(xiàn)在：測(cè)電池的內(nèi)阻時(shí)采用的是半值法。采用半值法測(cè)電阻是一種較為抽象的但又較為簡(jiǎn)捷的方法。第一，學(xué)生難以理解R1-R0的值就是電池1和電池2的總電阻值。

24、第二，對(duì)高中生來(lái)說(shuō)學(xué)生很少能獨(dú)立想到用這種方法。不過(guò)一旦用了這種方法，學(xué)生就會(huì)覺(jué)得容易掌握也樂(lè)于操作，并且可以激發(fā)學(xué)生去想實(shí)驗(yàn)的來(lái)龍去脈。用這種方法還可鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力及想象能力。因?yàn)閷W(xué)生要理解圖3-2和圖3-3時(shí)，已經(jīng)在頭腦中形成圖3-5圖3-6的電路圖模式，并形成一定的分析能力（如圖所示）              由于電池1和電池2在電路中對(duì)電壓沒(méi)有貢獻(xiàn)，電路中只有電池3提供的電壓。既然電路中電流、電動(dòng)勢(shì)是一樣的，根據(jù)歐姆定律電路中的外電阻阻值（包括電池1和電池2的）是相等

25、的，即有r1+r2+R0=R1，于是r1+r2=R0-R1。此實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生學(xué)會(huì)了一種等效代替的方法。這是一種實(shí)驗(yàn)的理想情況。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，并不完全是這樣的，對(duì)比各組實(shí)驗(yàn)記錄可知：在實(shí)驗(yàn)條件基本相同的情況下，測(cè)出的V1的值還是有較大偏差，而且在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)：V1的數(shù)值較小，較難準(zhǔn)確測(cè)出，如果電源的內(nèi)阻用V1上的值比上電流計(jì)的讀數(shù)，得出兩干電池的總電阻，然后求平均得出每個(gè)電池上的內(nèi)阻，將此內(nèi)阻當(dāng)作電源電阻，會(huì)造成較大的誤差，如表格3-2所示。表格3-1中實(shí)驗(yàn)誤差產(chǎn)生的原因分析： 首先兩節(jié)干電池的新舊程度無(wú)法確定是否一樣，事實(shí)上很難找到新舊程度完全一樣的電池，電源的電動(dòng)勢(shì)還應(yīng)該包括電池1和電

26、池2電壓之間的差值，而我們?cè)谟?jì)算時(shí)已經(jīng)忽略了這個(gè)差值。其次V1 較小，很難準(zhǔn)確測(cè)出，不過(guò)用V1的目的本來(lái)就是減小新舊程度不同的電池造成的誤差。當(dāng)然中學(xué)物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)有別于科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)，而且我們?cè)诮逃龑W(xué)生時(shí)可以忽略一些次要的因素，考慮主要的因素。因?yàn)榻虒W(xué)實(shí)驗(yàn)是在已熟知的物理概念、定律的基礎(chǔ)上的一個(gè)再創(chuàng)造的過(guò)程，未必需要獲得相當(dāng)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，因?yàn)樗⒉环恋K同學(xué)們對(duì)物理規(guī)律的理解。而且，不完美的實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生去分析產(chǎn)生誤差的原因，從而提出改進(jìn)方案，這也是一個(gè)再創(chuàng)造的過(guò)程。它一樣可以產(chǎn)生另一方面的功效。三、二種電池用于“閉合電路歐姆定律”實(shí)驗(yàn)的教學(xué)對(duì)比分析（一） 從取材上來(lái)說(shuō)，這幾種電池都不是高成本的材料

27、，在生活中都可以找得到，不過(guò)J2373型的可調(diào)內(nèi)阻電池一般只在實(shí)驗(yàn)室才有，使用時(shí)要充電。干電池也不難找，舊電池也不是時(shí)時(shí)能找到。（二） 從操作的難易程度來(lái)說(shuō)，可調(diào)內(nèi)阻電池每次都需要充電幾個(gè)小時(shí)才能用，而且硫酸具有腐蝕性，這給操作帶來(lái)較大的麻煩。干電池在操作上要考慮電表的量程的問(wèn)題，同時(shí)在接入電路時(shí)，需要有電池盒，若沒(méi)有電池盒，操作起來(lái)比較麻煩。而且本實(shí)驗(yàn)要用一節(jié)或三節(jié)電池做實(shí)驗(yàn)，一節(jié)或三節(jié)的電池盒有時(shí)需要做些改裝。 （三） 從實(shí)驗(yàn)在驗(yàn)證“閉合電路歐姆定律”的作用、效果來(lái)說(shuō)。因?yàn)殚]合電路歐姆定律是教學(xué)的重點(diǎn)，又是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，因此做好“研究電源內(nèi)電路和外電路上電壓之間的關(guān)系”的演示實(shí)驗(yàn)是突破難

28、點(diǎn)較好的方式。通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，驗(yàn)證電源電動(dòng)勢(shì)E等于外電路上的電壓U和內(nèi)電路上的電壓U之和?？烧{(diào)內(nèi)阻電池（稀硫酸溶液）和干電池做實(shí)驗(yàn)時(shí)都可以得到較有說(shuō)服力的數(shù)據(jù)，只是干電池不能直接測(cè)出其內(nèi)電壓和內(nèi)阻，而必須采用間接的方法，用干電池實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的難點(diǎn)就在對(duì)電路結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)原理的理解上。四、兩種電池在研究“閉合電路歐姆定律”實(shí)驗(yàn)中的教學(xué)建議從獲得電源電動(dòng)勢(shì)E等于外電路上的電壓U和內(nèi)電路上的電壓U之和這個(gè)結(jié)論來(lái)說(shuō)，可調(diào)內(nèi)阻電池確實(shí)存在較大的優(yōu)勢(shì)，水果電池在驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)論上似乎不適合。是不是只用可調(diào)內(nèi)阻電池作為本節(jié)教學(xué)的唯一實(shí)驗(yàn)裝置呢？不是！個(gè)人認(rèn)為這些實(shí)驗(yàn)各有特點(diǎn)、各有作用。是否選擇它

29、，何時(shí)選擇，要看實(shí)驗(yàn)條件允許及當(dāng)時(shí)的需要來(lái)定，最好能滿足學(xué)生的實(shí)驗(yàn)心理特點(diǎn)，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。所謂：存在的就是合理的。世界上不是缺少美而是缺少發(fā)現(xiàn)美的眼光。我們只要善于挖掘和利用，總能把它們的作用表現(xiàn)出來(lái)。下面從幾方面提一點(diǎn)教學(xué)建議。（一） 從教學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本類型來(lái)說(shuō)，可調(diào)內(nèi)阻電池適用于演示實(shí)驗(yàn)，或邊教邊演示實(shí)驗(yàn)。做演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，需用改裝的大型示教電流計(jì)代替圖中電壓表，具體做法是：示教電流計(jì)需要接一個(gè)4.7千伏的微調(diào)電阻，將電流計(jì)改裝成一2V量程的電壓表。【3】干電池實(shí)驗(yàn)，首先電壓較穩(wěn)定，但電路較復(fù)雜，對(duì)高中生來(lái)說(shuō)在了解電路結(jié)構(gòu)上存在困難，本實(shí)驗(yàn)用于演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)、課后實(shí)驗(yàn)均可。（二）

30、從教學(xué)實(shí)驗(yàn)基本方法來(lái)說(shuō)，可調(diào)內(nèi)阻電池實(shí)驗(yàn)和干電池實(shí)驗(yàn)均適合用實(shí)驗(yàn)-歸納法，假設(shè)-驗(yàn)證法，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象總結(jié)出物理規(guī)律，還可以通過(guò)已有的知識(shí)推導(dǎo)出定律，然后加以驗(yàn)證得出結(jié)論。干電池還可以用是實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練法的形式，干電池涉及到半值法和等效代替法。（三） 從教學(xué)實(shí)驗(yàn)功能來(lái)說(shuō)，這些實(shí)驗(yàn)都能將教學(xué)實(shí)驗(yàn)的作用充分的表現(xiàn)出來(lái)，其中較為突出的是：通過(guò)干電池實(shí)驗(yàn)可以訓(xùn)練學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S和科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法。這些有利于培養(yǎng)了學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣、基本的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰驼莆栈镜膶?shí)驗(yàn)方法等。在驗(yàn)證“閉合電路歐姆定律”的實(shí)驗(yàn)中可以用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方式進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)或邊教邊實(shí)驗(yàn)，還可以采用實(shí)驗(yàn)-歸納的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。讓學(xué)生正確而深刻地

31、領(lǐng)會(huì)物理知識(shí)，體驗(yàn)科學(xué)研究的艱辛和成功的喜悅，去了解探索物理規(guī)律的形成過(guò)程。還可以讓學(xué)生去探索一種更好的驗(yàn)證定律的方法，通過(guò)對(duì)所做實(shí)驗(yàn)的優(yōu)劣、成功與失敗的比較分析得出更優(yōu)的實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)方法，并以此培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力以及創(chuàng)新的能力。創(chuàng)新是一個(gè)民族的靈魂是一個(gè)國(guó)家興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力?！?】而素質(zhì)教育以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為重點(diǎn)?！?】可以說(shuō)，這些實(shí)驗(yàn)只是其諸多功能的部分教學(xué)功能，只要教師們能善于發(fā)現(xiàn)，善于思考、多動(dòng)手、多實(shí)踐，定能讓教學(xué)實(shí)驗(yàn)盡顯其功能，達(dá)到更好的教學(xué)效果。五、結(jié)束語(yǔ)做實(shí)驗(yàn)無(wú)非是為了更好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的，即讓學(xué)生學(xué)到知識(shí)的同時(shí)，鍛煉能力。高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中加強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)的目的是：使學(xué)生較為深入地學(xué)習(xí)與物理實(shí)驗(yàn)有關(guān)的理論、方法和技能，同時(shí)進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素