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关于配课探究实验定位问题的讨论

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电阻定律的授课目的:要求学生通过教师运用相关仪器装置的演示和讲述,理解电阻是描述导体的性质,而电阻率描述的则是导体材料的性质,同时也知道电阻率随温度变化的关系,以及不同电阻率的材料的应用以及了解超导现象。

人教版新教材《物理》选修3-1第二章第六节中电阻定律的编排确实是无违初衷。为了让学生能容易理解和掌握电阻定律,教材编置了两个探究实验:1. 探究导体电阻与其影响因素的定量关系;2. 探究导体电阻与材料的关系。两个探究以第一个为主要,它得出的数据正确并准确时,定律的架构就已经在学生的头脑中搭建并确立起来;再通过探究实验2的测量比较得出表达式中的比例常数,从而导出电阻定律及表达式。

由于配课实验欠缺科学性,误导了任课教师,致使新课材使用以来,该节课时上课的效果欠佳。究其原因应为:探究实验1的定位欠缺科学依据,也就是说单纯用电压表不可能直测导体电阻;用比较的方法也不可能比出电阻与其影响因素的定量关系。因此,课堂上想用配课实验提供的装置,按照实验的定位完成电阻与影响其因素的定量关系是不可能的;只能用直测电压比较量值来引导学生从定性方面认识和掌握导体电阻与长度及截面的比例关系。或者,从另一角度来看,能按示图装置多个电阻线串联的大规模装置,设定按欧姆定律定量解释――整个串联外电路的电流强度相等,由于电源的不稳定性等系统原因,也不可能得到电阻与影响其因素的定量关系。再者,按《教师用书》中提供的方案,让学生参与,达到探究的目标,由于仪表内阻的因素及其他人为的原因,也不能实现定量分析(以下是相关实验过程及实测数值)。

实验(1),按下图,以电阻定律演示器(T2359),演示电表(T0401)1台,低压电源(T1201或1201-1)1台,滑动变阻器(T2354-1.50Ω,1A)一个,连接电路(说明: A、B、C为同规格的镍铬丝,D为同规格的铁丝),完成演示实验。

1. 导体的电阻和长度的关系。

(1)测量取值:电源是直流2伏档,调节滑动变阻器,使A~D的两端接近2伏,改变镍铬丝的长度,取值。

(2)列表

(3)作图

从图像出现的偏差可以看出:测量过程中,电压出现波动不可预知,也不可能调整使其始终保持一定量值不变,所以出现测量值的误差。

2. 导体的电阻与截面的关系。

用连接片把其中两条镍铬丝并接起来,保持原来的串联电路。此时,长度同样1m,截面面积是原来的两倍。再进行测量,结果由于仪表内阻标准的问题,加上表头的最小量值为1伏,表针满度偏转,得不到测量数据。

结论:只能理论解释。

几年来,由于教材是新课程配备的教本,其权威效应可想而知;每到课期,任课教师都要求按照教材提供规格准备实验装置,并期望以定量方式来完成电阻定律的授课过程,结果总是事与愿违。

本人认为,该节课时的配课实验的定位存在一定的问题,可以不予以采用。可以另选用《高中物理实验大全》推介的间接测量法――“伏安法测电阻”来完成引导教学过程。其效果众所周知,并且此演示实验真正实现定量确立定律的不同物理量之间的关系,既简洁又明了,也不乏学生参与探究的环节。

实验(2),器材:电阻定律演示器(T2359),演示电表(J0401)2台,低压电源(J120或J1201-1)1台,滑动变阻器(J2354-4,50Ω,3A)1个,单刀开关等。

方法:

1. 导体电阻跟长度的关系(镍铬丝),始终保持电压为2伏不变,改变长度,测得:

明确立论:证明R与L成正比。

作图(如下图)

2. 跟截面面积的关系。

用连接片把镍铬丝并联起来接入电路,长为1m,截面面积为原来的两倍,保持电压2伏不变。

测得:

比较并明确立论:R与S成反比。

3. 金属导体的电阻跟材料的关系。

方法同上(注意:铜线的良导性能),A用0~5A,电压要求小于0.45V。测出量值,列表如下:

明确立论:长度及截面面积均相同的金属导体,因材料不同,其电阻也不相同。

至此,金属导体电阻定律的概貌已在上表明确呈现,教师只须引导学生留意比较量值并总结,用文字表述出来,加以肯定就成了。

探究实验的选定,是获得良好教学效果的关键,而且直测低值电阻阻值除了专用仪表之外,就只能用惠斯通电桥或开耳芬双电桥;实验室测电阻(高中阶段)采用伏安法测量也应该无可厚非。况且,该课时是在初中电学知识基础上来量化电阻定律,采用间接测量法测量既可以巩固部分电路欧姆定律知识的应用,又能真正定量导出电阻定律及其表达式,这起到了一举两得的效果。