探究電流表與電壓表內(nèi)部的“等效電阻”

1、北師大版義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書九年級(jí)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)探究電流表與電壓表內(nèi)部的“等效電阻”湖北省恩施州巴東縣茶店民族中學(xué)譚德敏一教學(xué)中困惑及成因1教學(xué)中遇到的困惑我們?cè)趯W(xué)習(xí)電流表與電壓表的使用以及歐姆定律內(nèi)容之后，會(huì)經(jīng)常性遇到利用它們來判別電路故障類別的問題，在解決這類問題時(shí)，我發(fā)現(xiàn)同學(xué)們對(duì)老師所講解的要么是似懂非懂，要么是僅靠死記硬背完成所謂地“掌握”，而這一類問題又恰恰是中考命題中的熱點(diǎn)。下面就我們?cè)诮虒W(xué)中遇到的常見類型舉例說明。樣題 如右圖所示的電路中，當(dāng)開關(guān)S閉合后發(fā)現(xiàn)，L1和L2都不亮，電流表無示數(shù)，但電壓表有明顯示數(shù)，只知道電路故障可能是L1或L2其中之一，請(qǐng)分析此時(shí)的故障可能是

2、（）A燈L1的燈絲斷了 B燈L2的燈絲斷了C開關(guān)S處斷路 DL1兩接線柱短路錯(cuò)選D（或B）變式1如上圖所示的電路中，閉合開關(guān)S后兩燈均正常發(fā)光，但過一會(huì)兒后發(fā)現(xiàn)兩塊電表的示數(shù)同時(shí)變大，請(qǐng)分析相關(guān)電路故障是( )A燈L1短路B燈L2短路C燈L1斷路D燈L2斷路錯(cuò)選C（或D）變式2如上圖所示的電路中，閉合開關(guān)S后兩燈均正常發(fā)光，但過一會(huì)兒后發(fā)現(xiàn)兩塊電表的示數(shù)同時(shí)變小，請(qǐng)分析相關(guān)電路故障是( )A燈L1短路B燈L2短路C燈L1斷路D燈L2斷路錯(cuò)選A（或C）2導(dǎo)致上述困惑的原因說到電路故障，同學(xué)應(yīng)該想到要么是斷路，要么是短路。但問題的根源不在這里，究其主要原因，一方面，當(dāng)電路出現(xiàn)短路或斷路故障時(shí)，這時(shí)

3、電路連接的等效連接情況沒有完全弄清；另一方面，是同學(xué)們對(duì)電流表和電壓表的內(nèi)部的“等效電阻”認(rèn)識(shí)還非常模糊，甚至是一無所知，所以就會(huì)出現(xiàn)想當(dāng)然的判斷。我想只要能夠圍繞這兩方面實(shí)現(xiàn)“突破”，學(xué)生就能夠理解利用電流表與電壓表分析相關(guān)電路故障的方法，本實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)主要是引導(dǎo)學(xué)生開展電流表與電壓表內(nèi)部“等效電阻”的探究。二實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)1實(shí)驗(yàn)名稱探究電流表與電壓表內(nèi)部的“等效電阻”2實(shí)驗(yàn)器材電池盒、兩節(jié)干電池、兩個(gè)相同的小燈泡、電流表電壓表各一只、一個(gè)開關(guān)、導(dǎo)線若干3實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)整體思路先探究?jī)杀韮?nèi)部的“等效電阻”情況，然后通過在燈泡上預(yù)設(shè)故障來觀察（檢驗(yàn)）發(fā)生的現(xiàn)象。操作指導(dǎo)將電流表“并聯(lián)”到燈泡兩端，

4、通過現(xiàn)象的分析得出其內(nèi)部等效電阻的情況；將電壓表“串聯(lián)”在電路中時(shí)，通過現(xiàn)象的分析得出其內(nèi)部等效電阻的情況；在老師的指導(dǎo)下，各組同學(xué)分析預(yù)設(shè)故障下可能的現(xiàn)象，并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。教學(xué)過程（按2學(xué)時(shí)設(shè)計(jì)）（1）探究電流表內(nèi)部的“等效電阻”（第1學(xué)時(shí)）第一步連接好如圖1所示的電路，合上開關(guān)S，觀察現(xiàn)象，并記錄電流表的示數(shù)；第二步連接好如圖2所示的電路，合上開關(guān)S，觀察現(xiàn)象，并記錄電流表的示數(shù)；第三步連接好如圖3所示的電路，合上開關(guān)S，觀察現(xiàn)象，并記錄電流表的示數(shù)；第四步結(jié)合表中記錄所觀察到的現(xiàn)象及電流值，根據(jù)歐姆定律分析得出：電流表的內(nèi)部電阻非常小，當(dāng)它接到某個(gè)燈泡（元件）兩端時(shí)，相當(dāng)于一根導(dǎo)線對(duì)

5、其短路。這里分別在圖2與圖3的下方畫出了它們的等效圖形可以更加直觀地說明這一點(diǎn)。圖1圖2圖3圖例圖1圖2圖3現(xiàn)象電流（2）探究電壓表內(nèi)部的“等效電阻”第一步連接好如圖4所示的電路，觀察現(xiàn)象，并記錄電流表和電壓表的示數(shù)；第二步連接好如圖5所示的電路，觀察現(xiàn)象，并記錄電流表和電壓表的示數(shù)；第三步連接好如圖6所示的電路，觀察現(xiàn)象，并記錄電流表和電壓表的示數(shù)；第四步結(jié)合表中記錄所觀察到現(xiàn)象及電流表與電壓表的示數(shù)，根據(jù)歐姆定律分析得出：電壓表的內(nèi)部電阻非常大，當(dāng)它與某個(gè)燈泡（元件）串聯(lián)時(shí)，燈泡（元件）相當(dāng)于斷路工作狀態(tài)，其等效電路相當(dāng)于電壓表直接接在電源兩端測(cè)電源電壓。這里將圖5與圖6的等效電路圖能夠很

6、好地說明這一點(diǎn)。圖4圖5圖6圖例圖4圖5圖6現(xiàn)象電流電壓（3）對(duì)電路中燈泡預(yù)設(shè)故障下的現(xiàn)象展開分析討論，并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證（第2學(xué)時(shí)）第一步連接好如圖7所示的電路，閉合開關(guān)S后讓電路處于正常工作狀態(tài)下；第二步將L1的任意一個(gè)接線柱旋松，預(yù)設(shè)L1斷路故障，記錄現(xiàn)象及兩表示數(shù)；第三步將L2的任意一個(gè)接線柱旋松，預(yù)設(shè)L2斷路故障，觀察現(xiàn)象并記錄兩表示數(shù)；第四步用一根導(dǎo)線接到L1兩端，預(yù)設(shè)L1短路故障，觀察現(xiàn)象并記錄兩表示數(shù)；第五步用一根導(dǎo)線接到L2兩端，預(yù)設(shè)L2短路故障，觀察現(xiàn)象并記錄兩表示數(shù)；第六步針對(duì)圖8所示電路重復(fù)上述15步的操作，并完成記錄；第七步針對(duì)圖9所示電路重復(fù)上述15步的操作，并完成

7、記錄；第八步 結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象歸納得出關(guān)于電流表與電壓表內(nèi)部電阻的特征。圖7圖8圖9記錄故障圖7圖8圖9現(xiàn)象電流表電壓表現(xiàn)象電流表電壓表現(xiàn)象電流表電壓表正常情況L1斷路L2斷路L1短路L2短路拓展遷移上面我們只是討論了實(shí)際考查中最多的串聯(lián)類型，下面我們分析一道并聯(lián)類型。題目如下面左圖所示的電路中，電源電壓不變，閉合開關(guān)S后，燈L1、L2都發(fā)光，一段時(shí)間后，其中一燈突然熄滅，而電流表、電壓表的示數(shù)都不變，則產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是()A燈L1短路B燈L2短路C燈L1斷路D燈L2斷路錯(cuò)選A（或B）正確答案C. 解析分析這類問題，我們應(yīng)該按照以下步驟：第一步判斷電路連接并聯(lián)（識(shí)別電路的基本方法）第二步判

8、別故障類型斷路（只有一盞燈突然熄滅）第三步準(zhǔn)確判斷位置L1出現(xiàn)斷路（因?yàn)閮杀硎緮?shù)都不變）如此看來，只要我們掌握了正確的分析解答問題的方法，就如同手握一把“利刃”，完全可以在解決判別電路故障問題時(shí)“披荊斬棘”了！三本實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的教學(xué)功能與潛在價(jià)值1教學(xué)功能本實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)主要是引導(dǎo)學(xué)生開展電流表與電壓表內(nèi)部“等效電阻”的探究，并在此基礎(chǔ)上彰顯“學(xué)以致用”的功能。我采用了“先論證后應(yīng)用、先分析后驗(yàn)證、先分類后綜合”的方法引導(dǎo)學(xué)生在兩個(gè)學(xué)時(shí)內(nèi)完成探究任務(wù)。它集中體現(xiàn)出以下幾個(gè)方面的教學(xué)功能：（1）培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的操作能力該實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中的內(nèi)容，除了沒有能夠涉及到滑動(dòng)變阻器之外，幾乎涵蓋了義務(wù)教育初

9、中物理課程中所有電學(xué)儀器的連接與使用。盡管存在著設(shè)計(jì)難度大與操作過程復(fù)雜等諸多客觀因素，但這對(duì)于九年級(jí)學(xué)生來說，無疑是一次集電路連接與電表使用的“滿漢全席”，通過本實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中的學(xué)生活動(dòng)，可以完成對(duì)學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的操作能力的大檢閱，這對(duì)于學(xué)生當(dāng)前內(nèi)容以及后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，都有著無比大的幫助。（2）提高學(xué)生獲取信息與分析處理信息的綜合能力在本實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中，我們至少需要按照設(shè)計(jì)方案采集三組信息（準(zhǔn)確地說應(yīng)該是6組信息），而且每一組信息中都包含有對(duì)現(xiàn)象描述的文字記錄和對(duì)各儀表正確計(jì)數(shù)后的數(shù)據(jù)記錄，這是我們?cè)谝郧八袑?shí)驗(yàn)中都不曾具備的。通過這一塊來訓(xùn)練提高學(xué)生獲取信息的能力，這對(duì)于今后信息綜合化的程度

10、相當(dāng)高社會(huì)環(huán)境下，學(xué)生如何去捕捉采集準(zhǔn)確信息大有裨益。再者，對(duì)于學(xué)生所獲取的信息，不能只作為顯性的素材呈現(xiàn)，而是如何引導(dǎo)他們結(jié)合所學(xué)知識(shí)，對(duì)信息進(jìn)行科學(xué)地分析與處理，得到規(guī)律和結(jié)論，這才能體現(xiàn)出對(duì)學(xué)生數(shù)理分析能力的培養(yǎng)。（3）培養(yǎng)學(xué)生合作探究的科學(xué)精神與實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)方案中對(duì)三組信息的采集，既需要學(xué)生有著對(duì)先前所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，還需要小組同學(xué)之間密切合作共同參與探究的科學(xué)精神，更需要學(xué)生們具有實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，這樣才能為他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中獲取有價(jià)值的信息（現(xiàn)象與數(shù)據(jù)）提供最有力地保障。2潛在價(jià)值說到此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的潛在價(jià)值，大家一定會(huì)想到它可能對(duì)學(xué)生未來終身學(xué)習(xí)所產(chǎn)生的深遠(yuǎn)影響。我想，沒有哪一點(diǎn)價(jià)值會(huì)比這更大更高更強(qiáng)，下面就兩個(gè)方面具體闡明一下。（1）為學(xué)生進(jìn)入高中學(xué)段學(xué)習(xí)物理鋪設(shè)了臺(tái)階調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前初中學(xué)生在進(jìn)入高中學(xué)段后，學(xué)習(xí)物理的難度會(huì)陡然間增大許多。我想這不僅僅是因?yàn)楦咧辛W(xué)體系中融入了較為深?yuàn)W在動(dòng)力學(xué)理論，還因?yàn)殡妼W(xué)中在初中基礎(chǔ)上進(jìn)行了更為深入地儀表作用學(xué)習(xí)與電磁理論學(xué)習(xí)，其中儀表作用學(xué)習(xí)版塊需要學(xué)生對(duì)電流表和電壓表的內(nèi)部的“等效電阻”有非常深刻地理解。本節(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)能夠?yàn)閷W(xué)生進(jìn)入高中學(xué)段后學(xué)習(xí)物理電學(xué)中的伏安法測(cè)電阻中的“內(nèi)接法”與“外接法”鋪設(shè)了臺(tái)階。（2）為學(xué)生走向社會(huì)從事專業(yè)技能工作奠定了基礎(chǔ)據(jù)國(guó)家勞動(dòng)力資源部門的