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让合作探究走进实验课堂

  • 投稿带月
  • 更新时间2015-09-14
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湖北省丹江口市六里坪镇中学(442716)何来国

1实验准备

教师预先将全班学生5人1组,分成若干组,每组实验桌面上放置的仪器有:电源(6 V)、滑动变阻器(0~20 Ω)、电阻箱、定值电阻R0(20 Ω)、阻值约10 Ω的定值待测电阻Rx各1个,电流表、电压表各1只,开关、导线若干等。

首先,引导学生回顾电阻的相关知识,如:电阻的定义、符号、单位,影响电阻大小的因素;滑动变阻器改变电路电阻的原理、连接方法、元件符号;电阻箱的符号及其连接和读数方法。

其次,引导学生回顾一个实验,即伏安法测电阻,复习伏安法测电阻的原理,电路图如图1所示。学生依据电路图连接实物,着重指出实验注意事项,认真讨论滑动变阻器在电路中的作用。

2合作探究

在此基础上,引导学生动手操作、实验测量,并依据欧姆定律,实际计算出Rx的阻值。

教师接着问:“如果现实中缺少电流表,该如何测量未知电阻Rx呢?”

学生马上想到“串联电路电流处处相等”,于是就会想到如图2所示的设计方案。

学生代表解释说:“如图2所示,先用电压表测出R0两端的电压U0;再测出Rx两端电压Ux。先依据I=U0/R0,计算出通过R0的电流I,由于R0与Rx串联,故通过R0的电流也就是通过Rx的电流,利用欧姆定律:

Rx=Ux/Ix=Ux/(U0/R0)=UxR0/U0。

待阐述完毕,各组根据该同学的讲述,选择桌面上的仪器,实际操作。教师适时点拨,利用滑动变阻器,再测量两组数据,实现多次测量求平均值从而减少误差的目的,并与已测得的Rx比较,验证该办法的正确性。

教师又问:“若缺少电压表呢?”

学生马上想到利用“并联电路各支路两端电压相等”来完成实验。

各组学生积极投入到设计实验中。不一会儿,有学生发言:如图3所示,先用电流表测出通过R0的电流I0,再用电流表测出通过Rx的电流Ix,由于R0与Rx并联,根据欧姆定律和并联电路的特点,推算出:Rx=Ux/Ix=U0/Ix=I0R0/Ix。

接着,教师见学生探究的积极性高,乘胜追问道:“上述方法我们都进行了两次测量,并利用了串、并联电路特点,利用欧姆定律测出了Rx的值。下面大家开动脑筋,能否仅连接一次测量出Rx的值呢?”

学生都积极投入探索之中,教师适时巡视点拨,一会儿功夫,探究成果便出来了。

学生1:如图4所示,开关S闭合时,Rx短路,电路中仅有R0工作,故电流表此时的示数是通过R0的电流即I合。根据欧姆定律,电源电压为:U=I合R0;当S断开时,电流表的示数是通过Rx和R0的电流,即I断,故此时电源电压为:

U=I断(R0+Rx)

由于前后电源电压不变,有:

I合R0=I断(R0+Rx),

所以Rx=R0(I合-I断)/I断。

学生2:如图5所示,当开关S闭合时,电路中仅Rx工作,电压表的示数为Rx两端电压U合;当S断开时,R0与Rx串联,电压表的示数为Rx,此时分得的电压为U断,根据串联电路特点,此时R0分得的电压为U0=U合-U断,故通过R0的电流为:I0=(U合-U断)/R0。

即此时通过Rx的电流,故Rx的值为:

Rx=U断R0/(U合-U断)

学生3:如图6所示,当开关S断开时,电流表的示数是通过R0的电流I断;当S闭合时,R0与Rx并联,电流表的示数是Rx与R0的总电流I合;由于电源电压不变,根据并联电路特点与欧姆定律得:

Rx=U/(I合-I断)=R0I断/(I合-I断)

学生4:如图7所示,由于R0为滑动变阻器,且阻值为0~20 Ω,所以,当滑片P在a端时,电流表的示数是通过Rx的电流Ia;当滑片P滑到b端时,电流表的示数是通过Rx与R0的电流Ib;由于电源电压不变,故有:IaRx=Ib(Rx+R0最大)。

所以Rx=IbR0最大/(Ia-Ib)。

学生5:如图8所示,开关S闭合后,滑片P在a端时,电压表的示数为Rx两端电压,即电源电压为Ua;当滑片P滑至b端时,由于Rx与R0串联,此时电压表的示数仅为Rx分得的电压Ub,根据串联电路特点和欧姆定律得:Rx=UbR0最大/(Ua-Ub)。

教师分析、表扬后,接着问:“你们能否利用电阻箱测出未知电阻Rx?”学生很快讨论、设计出实验方案,并积极发言。

学生6:如图9所示,把开关S接a点时,读出此时电流表的示数为I;再把开关S接b点,调节电阻箱,使电流表的示数仍为I,读出此时电阻箱的示数R0。因为(R0+Rx)I=(R0+R)I,所以Rx=R0。

教师总结说:“电路计算题关键是根据电路中开关的断开和闭合,正确判断电流的流向,从而得出用电器的串、并联情况,然后根据串、并联电路特点和欧姆定律灵活解决电学有关计算问题。同学们只要掌握方法,牢记规律,一定没有解决不了的问题。”

3结束语

一节合作探究实验课,紧紧围绕“电阻”的相关知识,让学生分组探究,有效地复习了欧姆定律和串、并联电路特点,并实际操作,反复验证,对本章节的“一定律”、“两规律”、“一实验”作了详尽回顾,既培养了学生自主探究、分组协作的能力,又激发了学生的创新意识,并体验了成功的快乐。

收稿日期:2014-03-31