谈对电位差计实验教学的再认识

1、谈对电位差计实验教学的再认识在教学改革中，物理实验室新开出一批内容丰富的新颖实 验，也保留着一批传统老实验，电位差计实验就是其中之一。仅 以此为例认真分析以往的实验教学， 并以教师对教学重点和难点 理解的深度，以及阐述和解决的程度为标准。对该实验在内容、 教法、测试手段诸方面的成功与不足之处做了评估， 并有如下认 识上的升华和讲课操作上的实质性改进。一、电位差计在物理实验中的地位电位差计是利用补偿法精确测量电动势的仪器， 1 确立了 它在实验系列中的不可替代性， 深入备课中发现： 电位差计测量 值的高精确度无懈可击； 2 实现精确测量的方法巧妙；用途广 泛、功能齐全；电学四种基本线路会聚一堂，

2、表现出电位差计实 验高、巧、广、全四大特点。同时对学生进行教育：再精巧的仪 器也是人创造出来的，读书、实验都应开动脑筋，特别对实验而 言，要想实验效果好，必须动手又动脑。这样，借以激发学生的 学习积极性，在切实提高动手能力和科学实验素质上面狠下功 夫。二、关于实验重点的认识和讲授1.通过原理图强调补偿法的重要性补偿法是本实验的重点， 以往常是轻描淡写一带而过， 这次 运用“比较法”从新旧知识衔接谈起： 电压表在“模拟静电场”实验中曾被用于测量电源电压，从理论公式 =U外+U内=U外+Ir3 和图示两个方面成功地阐明了电压表不能准测电源电动 势的根源在于它不能使电路中的1=0。因而电流I流入电源

3、内部时，因电源内阻 r 的存在而使内压降的产生变得不可避免， 电压 表对内压降( Ir )的测量又无能为力。这样既说出了电压表准测 电源电动势的局限性， 又推断出唯一能使电路中的 I=0 的补偿法 的优越性，以其准测电源电动势而处于领先位置。最后总结出： 电压表和电位差计的根本区别在于谁能使电路中电流 I=0， 4 避免电源内部电位降的产生，公式U外=成立，各量均直接可测。相比之下，电位差计更显优势。本实验教学用图较多， 以往讲课时用到哪图讲哪图， 没有深 入思考并特意引导过它们之间的内在联系， 也未曾强调原理图在 整个实验中的主导地位。 现在， 在讲每个图时都不忘和原理图相 呼应。在本课的最

4、后又回过头来将线路复杂的图2、图 3、图 4 解剖开来和看来十分简单的补偿原理图做一比较不难发现： 和补偿 原理图一样，后三图的上半部(V0=1.000V/m)均为已知可调的 校准部分， 下半部均为未知的待测部分。 这说明电位差计不论其 用于什么功能都必须先校准后测量。 5 也证明：补偿法确实是 统率全局贯穿始终的教学重点。2. 用提问方式强调使用电位差计应先校准 电位差计作为一个测量电动势的精密仪器。 测前首先要进行 校准，确保其测量值的高精确度万分之一伏。 6 对于使用 者来说有比这更值得重视的问题， 就是它反映了客观真值的准确 程度。这一点是由“校准”这一特定环节来完成的，严格地说， 校

5、准是精度测量的前提，是精确测量的保障。校准是给仪器定 “准星”，使它做到已知可调， 严把校准关。 如果秤星定得不准， 称东西就会缺斤短两， 而电位差计的“星”定得不准， 就会失去 它精确测量的价值。 因此，使十一线电位差计真正做到并保持住 1.000v/m 的电位降正是既定目标。教师在讲课中强调了校准环 节的保证作用， 要求同学一丝不苟把它做好。 在讲校准原理图时 不仅要把有关机制交代得很清楚， 而且在本课最后， 结合挂图用 提问作答的方法再次强化如下问题的极端重要性： 问题一， 校准 的目标是什么？（答案：使 11 米长电阻丝做到 V0=1.000v/m 。） 问题二，校准主角是谁？（答案：

6、提供准确而稳定可靠电动势为 1.0186V 的标准电池。）问题三，校准的对象是谁？（答案：直 接 AC=1.0186m 长电阻丝，间接对象整个 11 米长均匀电阻丝。 ） 问题四：校准的关键是什么？（答案：小滑线变阻器制流出来的 能使电路平衡的电流 I 。）问题五：校准的方法是什么？ （答案： 标准电池和AC段电阻丝并联，并通过检流计达到互为补偿平 衡。 7 ）为了指导学生做好校准， 从实践中总结出如下口诀： 轻按扣 键、细调滑变、 表指零、校准实现。 这四句话不仅用来指导操作， 做到手眼并用，而且还要指出每句话的实际含义，即“轻按扣 键”的准确位置在哪？为什么？“细调滑变”为何可提供使电 路

7、平衡所需的电流 I ？“表指零”说明什么问题？“校准实现” 达到什么目标？三、关于联线难点的突破：分析线路，理解内涵 长时间以来，学生对于这线路复杂、 仪器多的实验感到头痛， 即使线路勉强联好也是密如蛛网， 看不出头绪。 因此准确而迅速 地联线成为实验成功的关键，也是考查学生动手能力的试金石。 为了“简化”一下线路的迂回曲折， 少出现联线错误， 把图 4 的 部分联线做了如下改变： 把右边四个负极引出的线合四为一共联 在表一柱上（图 5），这样联法从客观效果上看不出什么毛病， 但对理解基本线路是不利的。 特别对于加强学生练实验基本功来 说，更应注意联线的规范化。改进之后，教师从讲清线路内涵做

8、起，比如电压表、滑线变阻器 R、3V 电源三位一体，并联起来就 组成一个完整的分压电路。 8 它们各司其职：滑线变阻器 R 是 分压装置，3V电源是分压对象，电压表 V是分压结果显示。线 路联好后，3V电源的电压将全部均匀降落在滑线变阻器 R上， 随着用其阻值的多少，滑动头 T将分压出03V的多个电压值， 这些电压值由电压表指针在刻度盘上指示出来。 只有让学生真正 理解了线路的内涵才不容易联错，即使联错也好自查自纠。 授课时，笔者还十分注意语言的运用， 力争科学准确， 形象生动， 深入浅出，点点入地。例如讲到校准和测量两个环节时，把“校 准”说成是给秤杆定准星，使其成为名符其实的秤杆；而“测

9、量”是用有了准星的秤再去称东西。 或者把“校准”比作一位先 生（标准电池）去教会一位学生（电位差计）；“测量”是有了 本事的学生（什么本事？ V0=1.000V/m 做到已知可调），再去创 造性地工作（准确测量电动势等）。又如用电位差计校准电压表的过程， 就是级别不同的两种仪 表对同一分压值进行测量的过程， 通过这两个测量值比较而达到 校正电表的目的。 9 教师把这个过程说成是“出一个题目请两 个学生回答”。学生水平不同，答案也各异。“出一个题目”是 分压器分压出来的客观真值。 “请两个学生回答”是电位差计和 电压表各执一词，各抒己见，电位差计是级别高的标准表，电压 表是误差较大的低档表。因而，电压表表盘刻度值的准确与否， 就通过两个测量值的比较而显现出来， 考查出它反映客观真值的 可靠程度，这就是校准。语言是教学艺术水平的重要组成部分。 善于用艺术的语言准 确表达科学的知