虚实结合 开拓创新
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【摘 要】物理学是一门以实验为基础的学科。所有的物理概念、规律和理论，都是在实验的基础上建立起来的，所以说物理实验是高考物理的主要内容之一。在高中物理学教学中实验探究是一个重要且基础的部分。而电学实验是高中物理实验中的重要部分，是物理实验的难点。因此，探讨高中物理电学实验教学的策略对提高高中物理教学具有非常重要的意义。在高中物理电学的教学工作中，教授理论知识与理论实验相结合可帮助学生们理解、记忆抽象的物理知识。搞好实验教学具有非常重要的意义。因此，就物理学中的电学实验，电流表电压表所应用的无线电压和电流传感器的理论技术进行探讨也是非常重要的。
【关键词】物理学;高中教学;物理实验;无线电压
物理学是一门以实验为基础的自然科学，在物理学的产生和发展过程中，实验由始至终都发挥着极其重要的作用。而中学物理实验是培养学生科学的观察、实验能力，科学的思维、分析和解决问题能力的主要课程之一。李政道先生曾经说过：“教物理重要的是让学生懂道理……”根据中学物理教学的目的和教学大纲的基本要求，在中学物理实验的教学过程中应使学生在科学实验的基本方法上有一个实在的感受，从而培养他们的探索精神和创造性，并受到科学方法的教育。
在所有的高中物理实验中，电学实验可以说占据着举足轻重的位置，几乎在每年的理综试卷中，都会出现电学实验的相关问题，这也是高中物理实验教学的重点和难点。而讲到电学实验，就不得不提到两件基本的电学测量仪器――电流表和电压表。
在我国高中物理实验室中，常见的电流表和电压表主要分为两大类：一类是传统的指针式电表。这类电表的显示方式是纯模拟（指针的偏转角度）的，形象直观的，不需要任何的翻译或解释。但该电表的读数和记录工作不太方便，容易产生较大的误差，从而影响实验的准确度。另一类就是电流、电压传感器，这是一种检测装置，能感受到被测电流的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。这套设备能快速、准确、动态地采集实验信息，并实现数字化显示，由计算机辅助进行分析处理。但是对于可运用传统实验进行的物理实验来说，数字实验无法给予学生亲身经历的感受，不利于培养学生的实践动手能力，难以激发学生对物理实验的兴趣，虽然大大提高了课堂的效率，但容易导致学生过于依赖计算机进行计算，学生自身的计算水平无法得到提高。
两种装置有着各自的优缺点，而笔者则很好地结合了两者的优点，开发了一套实验设备，并运用于实践，获得了不错的实验效果。下面，笔者就该实验的设备和原理做一个详细的介绍：
无线电压、电流传感器
高中物理里使用的电压表和电流表都是将表头进行改装（串联或并联电阻）后得到的。表头的电阻大概为几十欧姆，最大电流大概为几毫安，所以改装成电压表后的电阻大概为几千欧姆，改装成电流表后的电阻大概为零点几欧姆。
Arduino模拟电压输入端的可测量的最大电压为5V，10位精度（即大概可以精确到0.005V），如果直接将模拟电压输入端作为电压传感器，也足以满足高中物理电学测量的精度要求，所以可以直接将传统的电压表直接改装成电压传感器，直接将Arduino的模拟电压输入端并联到电压表两个接线柱上，由于Arduino模拟电压输入端的输入阻抗在1兆欧姆以上，并联在电压表上后基本不改变电压表的内阻。下图为电压表改装后的实物图，电源可以内置在电压表内部。
传统的电流表的内阻大概为零点几欧姆，在测量时，电流表两端的电压大概为几十毫伏。由于Arduino只有模拟电压输入端，没有电流输入端，而模拟电压输入端精度只有5毫伏，无法直接并联在电流表两端来测量。所以通过将电流表两端的电压进行放大后再用Arduino的模拟电压端来测量，下图中接了一个放大倍数为1000倍的线性放大电路。最后通过测量找到最后输出电压与电流的关系，然后将所测得的电压进行计算后得到通过电流表的电流值。下图为改装完成的无线电流表实物图。
优胜劣汰，是大自然的生存法则，对于不同的实验设备亦是如此。取精华，去糟粕，将实验的效力发挥到最大，是实验教学的终极目标，也一直是笔者所追求的。
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（作者单位：浙江省宁波中学）