[对《电阻定律、电阻率》一节实验电路的改进]电导率和电阻率的换算

  人民教育出版社出版的《全日制普通高级中学教科书(必修)物理》高二教材中《电阻定律、电阻率》一节是高中物理教学的重点,该节课能突出体现知识的探究过程,是培养学生掌握实验方法、提高实验能力的好教材。教学中如何展现实验过程,使学生在既学得知识的同时又掌握解决问题的方法即“鱼渔”兼得呢?�
  教材中用一实验探究了决定电阻大小的相关因素,过程如下:按照图1所示的电路图连接电路,做下面的实验。图中的a和b之间接入待研究的合金导线。�
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  把材料、横截面积相同,但长度不同的合金导线,先后接入电路。调节变阻器,保持导线两端的电压相同,并测出电流。实验表明,电流与导线的长度成反比。这表示导线的电阻与导线的长度成正比。�
  把材料、长度相同,但横截面积不同的合金导线先后接入电路中。调节变阻器,保持导线两端的电压相同,并测出电流。实验表明,电流与导线的横截面积成正比。这表示导线的电阻与导线的横截面积成反比。�
  把长度和横截面积都相同,但不同材料的导线,先后接入电路中,重做上面的实验。实验表明,材料不同,导线的电阻也不同。�
  总的实验表明,导体的电阻R跟它的长度L成正比.跟它的横截面S成反比,写成公式.R=�ρL/S,.即电阻定律。�
  评析.该电路简单明了,实验原理清晰,但用于示教效果不会太好。因为教师需要反复的拆换电路、带领学生反复读数整理数据,过程雷同,对学生达不到全面感官刺激,容易导致教师很忙碌但学生参与程度差,影响教学效果.。�
  再有,教材中具体操作不详细,如选取什么材料实验效果好,导线的直径和长度取多少,都没有一些数据作为参考,所以致使这段教学真正通过实验手段来证明的很少,往往流于讲实验,强调了记忆定律、做题,而忽视对学生关于实验方法的教育。下面结合我的教学实践就该节实验做一点改进,供大家参考。�
  1、改进实验电路,如图2所示。�
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  小灯泡(2.5�V、1.5W�)、单刀双掷开关,滑动变阻器(50�Ω�),1.5�V�干电池两节。具体操作为:将电源、电流表、电压表、滑动变阻器、单刀双掷开关用导线连接固定于薄木板上,作为固定电路。�
  2、选取材料,取两缕漆包直径(d=0.3�mm�)的镍铬丝和铜丝.,再找一废弃荧光灯管中灯丝(保留两接线柱)。�
  3、制作活动电路,取两段长45�cm�的镍铬丝(连ab)和铜丝(连ac)固定于小块薄木板上作为活动电路A,如图3;取长分别为60�cm�(连ab)、20�cm�(连ac)的两条镍铬丝固定于另一小块薄木板上作为活动电路B,如图4;取长分别为30�cm�(连ab)、60�cm�(连ac)的两条镍铬丝,将长镍铬丝对折,等效一横截面积2倍于另一导线的粗导线,固定于小块薄木板上作为活动电路C,如图5所示。以上操作abc为接线柱,导线与接线柱相连部位的漆要用砂纸打磨掉。�
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  4、实验操作:把活动电路连接到固定电路时注意a-a,b-b,c-c�
  (1)将活动电路A接入固定电路。保持滑动变阻器连入电路的阻值不变,将开关分别调至d、e会明显看到灯泡亮度变化,在长度(L)、横截面积(S)相同的前提下,实验表明,材料不同,导线的电阻也不同。定性表明电阻大小同材料(ρ)有关。�
  (2)取下活动电路A将活动电路B接入,旋转开关由灯泡亮度变化定性表明在材料(ρ)、横截面积(S)相同的前提下,电阻大小同长度(L)有关。探询定量关系,调节滑动变阻器保持电键接d、e前后电压表示数相同(U一定,根据欧母定律U=IR,I与R成反比),记录电流表读数。改变滑动变阻器接入电阻,按相同原理重做几次,通过电流表读数对比很容易得到电流同长度的关系,实验表明,电流与导线的长度成反比。这表示导线的电阻与导线的长度成正比。即R.∝L。�
  (3)取下活动电路B将活动电路C接入,旋转开关由灯泡亮度变化定性表明在材料(ρ)、长度(L)都相同的前提下,电阻大小同横截面积(S)有关。探询定量关系,调节滑动变阻器使电键接d、e前后电压表示数保证相同(U一定,根据欧母定律U=IR,I与R成反比),记录电流表读数。改变滑动变阻器接入电阻,按相同原理重做几次,通过电流表读数对比很容易得到电流同横截面积的关系,实验表明,电流与导线的横截面积成正比。这表示导线的电阻与导线的横截面积成反比。即R.∝1/S。�
  (4)最后将荧光灯灯丝接入a、b间,闭合电键,划着火柴烘烤荧光灯灯丝,小灯泡迅速变暗,拿走火柴,在荧光灯灯丝冷却中小灯泡亮度逐渐恢复,定性表明一段长度、横截面积一定的导体(荧光灯灯丝),电阻大小受温度影响即得出电阻率随温度升高而增大反之减小的结论。�
  以上过程为主要操作要点,综合后本节结论自然得出R=ρL/S。�
  改进后的电路原理简单,易于制作。三块活动电路、单刀双掷开关的使用给教师提供更大的活动空间从而能轻松把握课堂节奏。电路中增加小灯泡、单刀双掷开关,通过亮度变化刺激学生感官,激发他们的兴趣提高注意力,教师适时设疑、引导,使学生对从发现问题(如小灯泡亮度变化)到解决问题(如保持电压不变,对比电流值得出结论)这一过程获得整体感知,从而体会认知事物什么是“感性到理性”这一哲学思想。教学中多次穿插物理学研究中的常用方法――对比、等效、控制变量等,使学生在潜移默化中既学习知识与又获得方法,真正达到“既授鱼,也授之以渔”的教学效果,实现我们素质教育的目标。
  �(栏目编辑 黄懋恩)
  
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