挖掘课本实验资源 培养学生实验设计能力(2)

　　生：实验步骤：

　　（1）按照电路图2连接实物；

　　（2）将滑动变阻器的滑片移动至最右端，闭合开关S，再调节滑动变阻器的滑片使电压表的示数为U额；

　　（3）断开开关，将电压表再并联到定值电阻R0两端，保持滑片位置不变，闭合开关，记下电压表的示数为U0；

　　（4）数据处理.I0=U0R0，由于串联的小灯泡正常发光，所以小灯泡的额定电流

　　I额=I0=U0R0，

　　则小灯泡的额定功率P额=U额I额=U额U0R0.

　　（5）实验完毕，整理器材.

　　2.实验反思改进设计

　　师：你们觉得刚才这个电路设计在实际测量中有没有比较麻烦的地方？

　　生：该实验中存在着不足，就是电压表在实验中要拆下重新连接比较麻烦.

　　师：再给你两个单刀单掷开关，改进电路设计，使电压表在实验中不需要拆下重新连接.你们先自己设计，然后再交流展示.

　　生：展示如图3.

　　师：上面给你的两个单刀单掷开关的作用就相当于一只单刀双掷开关，运用一只单刀双掷开关那又如何设计？还是请你们先自己设计，然后再交流展示.

　　生：展示如图4.

　　图3、图4的实验步骤由学生口述，教师引导学生评价补充，并要求写出实验表达式P额=U额（U-U额）R0，其中U为小灯泡正常发光时灯L与R0两端的总电压.

　　3.总结方法提升能力

　　（1）与“伏安法”测量小灯泡的额定功率相比较，由于只有一只电压表，没有电流表，因此不能直接用电流表测出小灯泡正常发光时的电流，直接运用“伏安法”行不通.有一点要明白，没有电流表只是不能直接测量电流，能否间接知道电流的大小呢？根据学过的欧姆定律知识，运用电压表测量出已知定值电阻两端电压，运用欧姆定律一样能知道电流大小.如何根据定值电阻的电流大小来知道小灯泡中电流的大小呢？可以运用串联电路的知识，将它们串联起来.如何使串联电路中小灯泡正常发光呢？看来应当发挥滑动变阻器在串联电路中的调节电压的作用，因此我们还应当在小灯泡和定值电阻的串联电路中再串联一只适当的滑动变阻器.因此只有一只电压表一样可以测量小灯泡的额定功率.

　　（2）当电压表与已知定值电阻并联作为一个整体使用时，其就相当于一只电流表.

　　案例二已知电流表（0～0.6A、0～3A）一只，开关S一只，定值电阻R0=20Ω，滑动变阻器R（10Ω1A），电源电压为6V，小灯泡的额定电压为3.8V（小灯泡正常发光时的电阻约为10Ω），导线若干，请写出你设计的测量这个小灯泡额定功率的实验方案.

　　教师对学生的思路引导、实验设计、设计改进、实验总结参照上例，这里不再骜述，重在设计思路的解析，过程如下：

　　与“伏安法”测量小灯泡的额定功率相比较，由于只有一只电流表，没有电压表，不能直接用电压表观察小灯泡两端的实际电压是否达到额定电压，直接运用“伏安法”也行不通.没有电压表只是不能直接测量电压，能否间接知道电压的大小呢？根据学过的欧姆定律知识，运用电流表测量出已知定值电阻中通过的电流，运用欧姆定律变形公式一样能知道电压大小.如何借助定值电阻两端电压的大小来知道小灯泡两端的电压大小呢？可以运用并联电路的知识，将它们并联起来，定值电阻两端的电压就等于小灯泡两端的电压大小.要使小灯泡正常发光，就要使定值电阻两端电压等于小灯泡的额定电压U额，即与定值电阻串联的电流表示数必须调到U额R0.如何使并联电路中定值电阻的电流等于U额R0，从而使小灯泡正常发光呢？看来应当发挥滑动变阻器在串联电路中的调节电流的作用，因此还应当在小灯泡和定值电阻的并联电路的基础上再串联一只适当的滑动变阻器.

　　实验电路的设计与改进过程如下图.

　　选择电路图6说明实验步骤.

　　（1）按照电路图6连接实物；

　　（2）将滑动变阻器的滑片移动至最右端，闭合开关S和S1，再调节滑动变阻器的滑片使电流表的示数为U额R0；

　　（3）断开开关S1，保持滑片位置不变，再闭合开关S2，记下电流表的示数为I；

　　（4）数据处理.小灯泡的额定功率P额=U额（I-I额）；

　　（5）实验完毕，整理器材.

　　总结当电流表与已知定值电阻串联作为一个整体使用时，其就相当于一只电压表.

　　总之，教师要有计划有步骤地充分挖掘并使用好课本实验资源，科学引导启发学生尽可能运用不同的原理、不同的方法、不同的器材等完成同一实验内容的实验设计，这样不仅有利于加深学生对课本实验设计思想方法的理解和实验器材性能的认识，也非常有利于学生实验设计能力的提高，同时也有利于学生发散思维能力和创新意识的培养，并能实现课本实验资源教育价值的最大化.