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摘要：利用計算機軟件輔助實驗教學，有利于借助較直觀的圖表，引導學生理解物理學的本質，提升學科核心素養(yǎng)。以利用excel輔助高中物理實驗器材選擇教學的嘗試為例，將分壓、限流、內接、外接的各種誤差變化直觀且動態(tài)地呈現(xiàn)于學生面前，方便學生對知識的理解與鞏固。教師要拓展教學思路，研究新的教學方法，以實現(xiàn)更有效的教學。

關鍵詞：Excel輔助；物理教學；滑動變阻器接法；內接法；外接法；誤差分析

利用計算機軟件輔助實驗教學，是優(yōu)化物理教學的重要途徑，有利于引導學生理解物理學科本質，提升學科核心素養(yǎng)，這也是促進教學手段現(xiàn)代化的需要[1]。“測電阻”及其相關知識為高中物理實驗的重要內容，也是高考物理試卷中的高頻考點，其中對于滑動變阻器的選擇及接法、電流表內接或外接問題的考查較為頻繁，考查方式有：器材選擇、畫電路圖、實物圖連線、誤差分析等。但許多學生在平時學習中只記口訣，如“從零開始用分壓”“大內偏大、小外偏小”之類，以應付解題，卻對其中的物理原理無法深入理解，這大多與教師的教學方式有關，僅從公式角度去推導，會使得學生對物理過程印象不深刻，無法形成較長時間的記憶。筆者在實驗專題復習中，利用Excel輔助物理實驗器材選擇教學，將分壓、限流、內接、外接的各種誤差變化直觀且動態(tài)地呈現(xiàn)于學生面前，取得了良好的教學效果。

一、滑動變阻器的接法對比

1.分壓式接法

(1)電路及原理

設R滑中與待測電阻并聯(lián)的那一部分為R左，Ux為Rx獲得的電壓，見圖1。(2)圖像對比分析當電源電動勢E=10V，內阻r1=1Ω，待測電阻Rx=10Ω，選取三種滑動變阻器作為研究對象，使R滑分別為：100Ω，10Ω，4Ω，改變R左，當R左/R右取不同值時，研究Ux隨R左變化的數(shù)據(jù)(見表1)，趨勢對比見圖2。小結：可以看出，滑動變阻器采用分壓式接法時，均可以實現(xiàn)Ux從0開始變化，調節(jié)范圍比較大。當R滑＞Rx時，Ux未能隨之呈線性變化；當R左/R右較小時，Ux隨R左/R右變化不明顯；而當R左/R右較大時，Ux隨R左/R右變化而急劇變化，故不易調節(jié)；當R滑=Rx時，除了R左/R右較大的那一小段，其余的Ux隨著R左/R右變化呈線性變化；當R滑＜Rx時，Ux隨著R左/R右變化也呈線性變化。當然，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，R滑過小時，R總也會很小，造成干路電流過大，不但耗能，而且易燒壞電路。所以在測量電阻時，需要使Ux可調節(jié)范圍較大，且當R滑＜Rx時，R滑又不至于比Rx小太多，因此比較適合分壓式接法。2.限流式接法(1)電路及原理設R滑中有效接入電路的那一部分為R左，Ux為Rx獲得的電壓，見圖3。

(2)圖像對比分析

取電源電動勢E=10V，內阻r1=1Ω，待測電阻Rx=10Ω，選取三種滑動變阻器作為研究對象，使R滑分別為：4Ω，30Ω，300Ω。改變R左，當R左/R右取不同值時，研究Ux隨R左變化的數(shù)據(jù)(見表2)，趨勢對比見圖4。小結：可以看出，當滑動變阻器采用限流式接法時，均不能實現(xiàn)Ux從0開始變化，調節(jié)范圍總體較小。當R滑＜Rx時，可調節(jié)的范圍比較??；當R滑＞Rx時，調節(jié)范圍會變大；當R滑是Rx的十倍甚至幾十倍時，表面上看Ux的變化范圍大大增加，但實際上，當R左/R右較小時，Ux隨著R左/R右變化而急劇變化，而當R左/R右較大時，Ux卻幾乎無變化，此階段實際是無效調節(jié)。所以在此種情況中，有效調節(jié)的范圍實際上變小了。所以，當測量電阻時，不強調從0開始調節(jié)，且R滑略大于Rx或為Rx的幾倍時，比較適合限流式接法。而且，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，若R滑相對大一些，R總也會相對大一些，干路電流較小，不但節(jié)能，而且能保護電路。

二、電流表內外接法的對比

1.電流表外接法誤差分析

(1)電路圖及原理

(見表3)(2)圖像對比分析選取R真分別為：10Ω，20Ω，30Ω……，令對應電壓表1(RV1=15000Ω)讀數(shù)分別為1.5V，3.0V，4.5V……，得到電阻測量值，填入表4中。再換電壓表2(RV2=150000Ω)，測相同的電阻：10Ω，20Ω，30Ω……，同樣令對應電壓表1(RV1=15000Ω)讀數(shù)分別為1.5V，3.0V，4.5V……，得到電阻測量值，填入表4中，對比兩組測量值相對誤差的變化趨勢(見圖5)。

(2)圖像對比分析

選取R真分別為：10Ω，20Ω，30Ω……，令對應電壓表1(RV1=15000Ω)讀數(shù)分別為1.5V，3.0V，4.5V……，得到電阻測量值，填入表4中。再換電壓表2(RV2=150000Ω)，測相同的電阻：10Ω，20Ω，30Ω……，同樣令對應電壓表1(RV1=15000Ω)讀數(shù)分別為1.5V，3.0V，4.5V……，得到電阻測量值，填入表4中，對比兩組測量值相對誤差的變化趨勢(見圖5)。小結：可以看出，采用電流表外接法時，無論是接入電壓表1(RV1=15000Ω)還是接入電壓表2(RV2=150000Ω)，當待測電阻增大時，測量值的相對誤差都變大；接入電壓表1相對于接入電壓表2所造成的測量值的相對誤差更大。故采用外接法測量小電阻時，測量值相對誤差較?。煌饨臃ǖ恼`差來源于電壓表的分流作用，當采用的電壓表內阻RV較大時(即越接近理想電壓表時)，相對誤差越小。

2.電流表內接法誤差分析

(1)電路圖及原理(見表5)

(2)圖像對比分析

當電壓表阻值分為RA1=0.5Ω，RA2=0.05Ω時，代入以上公式，可得相關數(shù)據(jù)(見表6)，對比測量值相對誤差的變化趨勢見圖6。小結：可以看出，采用電流表內接法時，無論是接入電流表1(RA1=0.5Ω)還是接入電流表2(RA2=0.05Ω)，當待測電阻增大時，測量值的相對誤差都會變??；接入電流表1(RA1=0.5Ω)相對于接入電流表2(RA2=0.05Ω)所造成的測量值的相對誤差更大。故當采用內接法測量大電阻時，測量值相對誤差較??；內接法的誤差來源于電流表的分壓作用，當采用的電流表內阻RA較小時(即越接近理想電流表時)，相對誤差越小。

3.關于測量電阻是屬于“大電阻”還是“小電阻”的判斷

由前述可以看出：當測量小電阻時，采用外接法測量值相對誤差較??；當測量大電阻時，采用內接法測量值相對誤差較小，但問題是：當已知一個待測電阻的估計值時，如何判斷此電阻是大電阻還是小電阻？當測量某一阻值為R的電阻時，用外接法測量的相對誤差為：δ1=RR+RV；用內接法測量的相對誤差為：δ小結：可以看出，采用電流表內接法時，無論是接入電流表1(RA1=0.5Ω)還是接入電流表2(RA2=0.05Ω)，當待測電阻增大時，測量值的相對誤差都會變?。唤尤腚娏鞅?(RA1=0.5Ω)相對于接入電流表2(RA2=0.05Ω)所造成的測量值的相對誤差更大。故當采用內接法測量大電阻時，測量值相對誤差較??；內接法的誤差來源于電流表的分壓作用，當采用的電流表內阻RA較小時(即越接近理想電流表時)，相對誤差越小。3.關于測量電阻是屬于“大電阻”還是“小電阻”的判斷由前述可以看出：當測量小電阻時，采用外接法測量值相對誤差較??；當測量大電阻時，采用內接法測量值相對誤差較小，但問題是：當已知一個待測電阻的估計值時，如何判斷此電阻是大電阻還是小電阻？當測量某一阻值為R的電阻時，用外接法測量的相對誤差為：δ1=RR+RV；用內接法測量的相對誤差為：

三、結語

在本次實驗專題復習中，筆者利用Excel輔助物理實驗器材選擇教學。課前備課時，先設計好數(shù)據(jù)；在課堂上分析原理時，生成各種圖表，此過程便于將分壓、限流、內接、外接的各種誤差變化直觀且動態(tài)地呈現(xiàn)于學生面前，使其從各種圖表信息中體會到相應的物理內涵，看得清、學得實、記得牢。現(xiàn)在很多學校的多媒體設備都很齊全，但通常僅限于教師講解或是播視頻時使用。對此，教師要拓展教學思路，讓Excel等軟件有效輔助教學，使之較直觀地反映物理規(guī)律，促進學生對知識的理解與鞏固，以實現(xiàn)更有效的教學[2]。

參考文獻

[1]教育部.普通高中物理課程標準(2017年版)[S].北京:人民教育出版社,2017.

[2]方武增.教輔軟件進課堂生成成自然—利用Excel軟件分析物理題實例[J].物理教學,2017(6):53-54.

作者:方武增 單位:廣東省揭陽市惠來慈云實驗中學