探究电流表与电压表内部的“等效电阻”

1、北师大版义务教育课程标准实验教科书九年级物理实验教学设计探究电流表与电压表内部的“等效电阻”湖北省恩施州巴东县茶店民族中学谭德敏一教学中困惑及成因1教学中遇到的困惑我们在学习电流表与电压表的使用以及欧姆定律内容之后，会经常性遇到利用它们来判别电路故障类别的问题，在解决这类问题时，我发现同学们对老师所讲解的要么是似懂非懂，要么是仅靠死记硬背完成所谓地“掌握”，而这一类问题又恰恰是中考命题中的热点。下面就我们在教学中遇到的常见类型举例说明。样题 如右图所示的电路中，当开关S闭合后发现，L1和L2都不亮，电流表无示数，但电压表有明显示数，只知道电路故障可能是L1或L2其中之一，请分析此时的故障可能是

2、（）A灯L1的灯丝断了 B灯L2的灯丝断了C开关S处断路 DL1两接线柱短路错选D（或B）变式1如上图所示的电路中，闭合开关S后两灯均正常发光，但过一会儿后发现两块电表的示数同时变大，请分析相关电路故障是( )A灯L1短路B灯L2短路C灯L1断路D灯L2断路错选C（或D）变式2如上图所示的电路中，闭合开关S后两灯均正常发光，但过一会儿后发现两块电表的示数同时变小，请分析相关电路故障是( )A灯L1短路B灯L2短路C灯L1断路D灯L2断路错选A（或C）2导致上述困惑的原因说到电路故障，同学应该想到要么是断路，要么是短路。但问题的根源不在这里，究其主要原因，一方面，当电路出现短路或断路故障时，这时

3、电路连接的等效连接情况没有完全弄清；另一方面，是同学们对电流表和电压表的内部的“等效电阻”认识还非常模糊，甚至是一无所知，所以就会出现想当然的判断。我想只要能够围绕这两方面实现“突破”，学生就能够理解利用电流表与电压表分析相关电路故障的方法，本实验教学设计主要是引导学生开展电流表与电压表内部“等效电阻”的探究。二实验教学设计1实验名称探究电流表与电压表内部的“等效电阻”2实验器材电池盒、两节干电池、两个相同的小灯泡、电流表电压表各一只、一个开关、导线若干3实验教学设计整体思路先探究两表内部的“等效电阻”情况，然后通过在灯泡上预设故障来观察（检验）发生的现象。操作指导将电流表“并联”到灯泡两端，

4、通过现象的分析得出其内部等效电阻的情况；将电压表“串联”在电路中时，通过现象的分析得出其内部等效电阻的情况；在老师的指导下，各组同学分析预设故障下可能的现象，并通过实验进行验证。教学过程（按2学时设计）（1）探究电流表内部的“等效电阻”（第1学时）第一步连接好如图1所示的电路，合上开关S，观察现象，并记录电流表的示数；第二步连接好如图2所示的电路，合上开关S，观察现象，并记录电流表的示数；第三步连接好如图3所示的电路，合上开关S，观察现象，并记录电流表的示数；第四步结合表中记录所观察到的现象及电流值，根据欧姆定律分析得出：电流表的内部电阻非常小，当它接到某个灯泡（元件）两端时，相当于一根导线对

5、其短路。这里分别在图2与图3的下方画出了它们的等效图形可以更加直观地说明这一点。图1图2图3图例图1图2图3现象电流（2）探究电压表内部的“等效电阻”第一步连接好如图4所示的电路，观察现象，并记录电流表和电压表的示数；第二步连接好如图5所示的电路，观察现象，并记录电流表和电压表的示数；第三步连接好如图6所示的电路，观察现象，并记录电流表和电压表的示数；第四步结合表中记录所观察到现象及电流表与电压表的示数，根据欧姆定律分析得出：电压表的内部电阻非常大，当它与某个灯泡（元件）串联时，灯泡（元件）相当于断路工作状态，其等效电路相当于电压表直接接在电源两端测电源电压。这里将图5与图6的等效电路图能够很

6、好地说明这一点。图4图5图6图例图4图5图6现象电流电压（3）对电路中灯泡预设故障下的现象展开分析讨论，并通过实验进行验证（第2学时）第一步连接好如图7所示的电路，闭合开关S后让电路处于正常工作状态下；第二步将L1的任意一个接线柱旋松，预设L1断路故障，记录现象及两表示数；第三步将L2的任意一个接线柱旋松，预设L2断路故障，观察现象并记录两表示数；第四步用一根导线接到L1两端，预设L1短路故障，观察现象并记录两表示数；第五步用一根导线接到L2两端，预设L2短路故障，观察现象并记录两表示数；第六步针对图8所示电路重复上述15步的操作，并完成记录；第七步针对图9所示电路重复上述15步的操作，并完成

7、记录；第八步 结合上述实验现象归纳得出关于电流表与电压表内部电阻的特征。图7图8图9记录故障图7图8图9现象电流表电压表现象电流表电压表现象电流表电压表正常情况L1断路L2断路L1短路L2短路拓展迁移上面我们只是讨论了实际考查中最多的串联类型，下面我们分析一道并联类型。题目如下面左图所示的电路中，电源电压不变，闭合开关S后，灯L1、L2都发光，一段时间后，其中一灯突然熄灭，而电流表、电压表的示数都不变，则产生这一现象的原因是()A灯L1短路B灯L2短路C灯L1断路D灯L2断路错选A（或B）正确答案C. 解析分析这类问题，我们应该按照以下步骤：第一步判断电路连接并联（识别电路的基本方法）第二步判

8、别故障类型断路（只有一盏灯突然熄灭）第三步准确判断位置L1出现断路（因为两表示数都不变）如此看来，只要我们掌握了正确的分析解答问题的方法，就如同手握一把“利刃”，完全可以在解决判别电路故障问题时“披荆斩棘”了！三本实验教学设计的教学功能与潜在价值1教学功能本实验教学设计主要是引导学生开展电流表与电压表内部“等效电阻”的探究，并在此基础上彰显“学以致用”的功能。我采用了“先论证后应用、先分析后验证、先分类后综合”的方法引导学生在两个学时内完成探究任务。它集中体现出以下几个方面的教学功能：（1）培养学生动手实验的操作能力该实验教学设计中的内容，除了没有能够涉及到滑动变阻器之外，几乎涵盖了义务教育初

9、中物理课程中所有电学仪器的连接与使用。尽管存在着设计难度大与操作过程复杂等诸多客观因素，但这对于九年级学生来说，无疑是一次集电路连接与电表使用的“满汉全席”，通过本实验教学设计中的学生活动，可以完成对学生动手实验的操作能力的大检阅，这对于学生当前内容以及后续内容的学习，都有着无比大的帮助。（2）提高学生获取信息与分析处理信息的综合能力在本实验教学设计中，我们至少需要按照设计方案采集三组信息（准确地说应该是6组信息），而且每一组信息中都包含有对现象描述的文字记录和对各仪表正确计数后的数据记录，这是我们在以前所有实验中都不曾具备的。通过这一块来训练提高学生获取信息的能力，这对于今后信息综合化的程度

10、相当高社会环境下，学生如何去捕捉采集准确信息大有裨益。再者，对于学生所获取的信息，不能只作为显性的素材呈现，而是如何引导他们结合所学知识，对信息进行科学地分析与处理，得到规律和结论，这才能体现出对学生数理分析能力的培养。（3）培养学生合作探究的科学精神与实事求是的科学态度实验教学设计方案中对三组信息的采集，既需要学生有着对先前所学知识的综合运用，还需要小组同学之间密切合作共同参与探究的科学精神，更需要学生们具有实事求是的科学态度，这样才能为他们在实验中获取有价值的信息（现象与数据）提供最有力地保障。2潜在价值说到此实验设计的潜在价值，大家一定会想到它可能对学生未来终身学习所产生的深远影响。我想，没有哪一点价值会比这更大更高更强，下面就两个方面具体阐明一下。（1）为学生进入高中学段学习物理铺设了台阶调查发现，目前初中学生在进入高中学段后，学习物理的难度会陡然间增大许多。我想这不仅仅是因为高中力学体系中融入了较为深奥在动力学理论，还因为电学中在初中基础上进行了更为深入地仪表作用学习与电磁理论学习，其中仪表作用学习版块需要学生对电流表和电压表的内部的“等效电阻”有非常深刻地理解。本节实验教学设计能够为学生进入高中学段后学习物理电学中的伏安法测电阻中的“内接法”与“外接法”铺设了台阶。（2）为学生走向社会从事专业技能工作奠定了基础据国家劳动力资源部门的