在熱學實驗中,核心問題是探究阻值的檢測。其內容無非是測導體內阻、電表內阻、電源內阻三種情況。根據實驗器材的不同,實驗電路有多種多樣,變化繁雜,使中學生倍感熱學實驗無規律,難度大,產生教學上一個難點。究其緣由,主要是對內阻意義及伏安法測內阻缺少深刻理解。筆者以為,深刻理解伏安法測內阻要詣,以伏安法測內阻為線索,可貫串整個熱學測內阻實驗。循著這條線索,中學生將對測內阻有一清晰的認識,找到其規律,樹立起信心,化難為易,化繁為簡。下邊以近些年中考試卷為例,就測內阻實驗這一課題分類歸納。
伏安法測內阻的要詣
測內阻的基本技巧是伏安法。可以這樣講,用其他方式測內阻的都是由此方式拓展演化而至。因而必須深刻理解伏安法測內阻。伏安法測內阻的原理就是根據內阻定義:R=U/I(該式作為定義式比作為歐姆定理的變型意義更深刻)。只要測出導體兩端的電流和通過的電壓,就可以求出導體的內阻。這也是伏安法名稱的來歷。于是,一切測內阻的實驗,就是圍繞怎么測出相關電流和電壓而展開的。電流和電壓的檢測,有直接的,有間接的。直接檢測就要考慮檢測值要確切,偏差要小,儀表的精度(確切值)要高,要合理選擇水表阻值。間接檢測,就要考慮各類等值方式,如等效法、替代法、半偏法、圖像法等等。具體求內阻有用公式(定義式、歐姆定理)直接估算電阻的測量實驗方法,也有用圖象求解。內容豐富多彩,方式千變萬化電阻的測量實驗方法,但萬變不離其宗。
伏安法測內阻
其要點有三;一是水表的內接和外接,二是滑動變阻器分壓和限流,三是水表(阻值)的選擇。
(1)在伏安法測內阻電路中,因為電壓表電流表電阻的存在(非理想水表),為減少檢測結果的系統偏差,可分別采用電壓表外接法如圖1a和電壓表內接法如圖1b。由內阻定義R=U/I,采用外接法,電壓值偏大,故檢測值偏小;采用內接法電流值偏大,故內阻檢測值偏大。具體檢測待測內阻Rx為大內阻宜采用內接法,小阻值采用外接法。
(2)滑動變阻器的分壓和限流聯接。因為實際檢測時實驗的電源與水表阻值的關系,促使用家電有時不能直接連到電路上。此時應考慮使用滑動變阻器使之符合要求。具體分壓式和限流式電路。通常講,分壓式電路適用于①要求電流從零開始變化或多組數據的;②滑動變阻器電阻較小的;③用限流電路達不到要求的等三種情況。此時應先運用歐姆定理計算相應電流或電壓再選擇聯接電路。
(3)水表的選擇。若題給水表有多個,則應選擇阻值適用、精度高(最小刻度值小)的水表。電流表通常是與電源電動勢直接比較,阻值應略小于或等于電源電動勢。電壓表一般必須先進行計算,由歐姆定理I=E/R或I=U/R確定,使其電壓大于阻值。有時還須依照題目要求選擇水表。