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沪科版九年级《物理》第十四章第一节中“探究电阻的大小与哪些因素有关”的实验是较为重要的一个学生探究实验,该探究实验可以让学生真正经历从猜想到制订实验方案再到进行实验的探究过程,且能让学生体会到用变量控制法研究物理问题的方法,并在交流与讨论中让学生表达自己的观点,培养尊重他人的意识。因此,它是一个不可不做的探究实验。然而,笔者在指导学生进行实验探究时,发现教材第65页图14-2所设计的实验装置存在明显不妥。
1.比较导体的电阻大小是在导体两端加上相同电压时比较通过导体的电流大小,即在导体两端加相同电压,通过电流越大的导体的电阻越小。如按这种方法并利用图1所示的实验装置进行实验时,怎样才能保证a,b,c,d四根阻值不同的导体上所加的电压相同呢?显然这违背了物理实验设计的科学性原则。
图1 教材中的实验装置
2.有人说:上一问题只要在探究导体的两端并联一个电压表就解决了。可我们要知道,学生还没有学习滑动变阻器的有关知识,不能高估学生连滑动变阻器都不认识的情况下就能将变阻器连入电路,并利用变阻器的分压作用来保证在探究导体上加相同电压。显然,教材的编者是想加入一个变阻器来限流,即起保护电路作用,但这给实验的顺利开展带来了麻烦。
针对上述不足,笔者建议将该实验装置改为如图2所示的装置,电源只用一节干电池,以尽可能减小电源电压。探究导体所用的镍铬合金线和锰铜线等要选择细而长的,保证每根导线的电阻大于0.5Ω,由I=U/R可知,每次通过的电流都会小于3A,以保证电流不超过学生电流表的量程。这一设计符合物理实验设计的简便性原则,即学生可用较少的仪器,以实现尽可能简便的操作,该改进装置在探究出导体的电阻与多个变量(导体的长度、横截面积、材料)的关系时,不会让学生感到在实验操作中既要控制导体的长度、横截面积和材料,又要控制导体两端的电压。
图2 改进后的实验装置
本教材第98页探究电动机为什么转动时,其中对电动机转动原理探究的实验装置值得研究,如图3所示的装置是教材进行探究实验的装置。本人认为,它作为学生定性探究磁场对电流作用力的传统实验装置,其结构较繁琐,实验效果也因受导轨的光滑程度及是否放置水平等因素的制约而不尽如人意。有鉴于此,笔者建议换用如图4所示的实验装置。装置说明:多匝矩形线圈用跟电源相连的导线悬挂在铁架台上,将U形磁铁的任意一个磁极插入线圈中,接通电路,通电线圈就会明显地因受力而蹦出来或蹿进去;如果改变电流方向或磁场方向,线圈的运动方向(受力方向)就会明显改变。此实验装置避免了因受摩擦力等因素的影响而影响实验效果,线圈所受合力较图3成倍增加,且操作十分简便,现象有趣,给学生以强烈的感官刺激。
图3 教材中的实验装置
图4 改进后的实验装置
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