斯特林火力发电机的电动势和电阻的测量

    

    

    

    摘? ? 要：测量电源的电动势和内阻是高中物理必考的电学实验之一。为了能激发学生学习物理的热情，提高动手能力和实验探究的兴趣，本研究采用斯特林火力發电机为电源，用安阻法测发电机的电动势和电阻，并用Excel处理实验数据，精确得到测量结果，真正优化物理实验，实现智慧物理课堂。

    关键词：斯特林火力发电机;电动势和电阻;安阻法;Excel数据处理;智慧校园

    中图分类号：G633.7 文献标识码：A ? ? 文章编号：1003-6148（2020）9-0047-2

    1? ? 引? 言

    本文对测电源的电动势和电阻实验进行改进，并优化实验方案。引入斯特林火力发电机激发学生学习的兴趣和探究的热情，让物理课堂变得更有科技性，更有趣味性，真正实现智慧课堂。

    本实验采用的斯特林单缸火力发电机是通过网络购得的，型号是N-SC-008，用于课堂实验探究。1816年，英国物理学家罗巴特·斯特林发明了斯特林发动机，其工作原理是通过气缸内工作介质（氢气或氦气）经过压缩、吸热、膨胀、冷却为一个循环周期来输出动力。后经改进，斯特林发动机工作时带动发电机一起运转，对外提供电能，斯特林火力发电机成为人类重要的备用电源之一。

    2? ? 测斯特林火力发电机的电动势和电阻

    测电源的电动势和内阻是高中物理人教版选修3-1第二章第10节的学生分组实验，教材上要求的是测量一节干电池的电动势和内阻，经过多次的改进与创新，有的测量水果电池的电动势和内阻，有的测量化学原电池的电动势和内阻，还有的测量太阳能电池的电动势和内阻……这些实验改进，虽然增加了实验本身的趣味性，但是这些电源的选取，还是脱离了我们生活的实际。

    在此，为了提高实验探究的趣味性，让物理实验与生活紧密联系，我们采用斯特林火力发电机为待测电源，如图1所示。我们的生活用电主要是水力发电或火力发电，斯特林发动机通过酒精灯加热，带动发电机一起转动，通过转换，将交流电转变为直流电。在课堂上让学生感受火力发电的科学技术，将先进的科学技术与物理课堂紧密结合，打造智慧物理课堂。

    实验原理是闭合电路欧姆定律E=I（R+r），实验方案为安阻法测电源的电动势和电阻，为了能准确获得所需的电流I和外电阻R的值，此处选用微安电流表和2个电阻箱为实验器材。实验原理图和实物连接图分别如图2和图3所示。

    首先，按照实验原理图将实验器材正确连接，将电阻箱的阻值调成18 000 Ω，点燃酒精灯预热斯特林发动机1至2分钟，用手拨动飞轮，启动发动机，让发动机带动直流发电机一起转动。待运转稳定后，闭合开关，改变电阻箱的阻值，记录五组电流表的示数和电阻箱的阻值，填入表格1中，并用Excel求出电流的倒数。

    调节酒精灯火焰的大小，可以改变斯特林发动机的转速，从而改变直流发电机的电动势和电阻。重复以上步骤，可以得到多组电动势和电阻。对比不同转速下电动势和电阻的大小，让学生感受发电机的电动势和电阻的变化。

    本实验的实验误差主要有两方面：一方面是酒精灯的火焰随着周围空气的流动随风飘动，导致发动机转速有稍微的变动，造成发电机的电动势和电阻有波动;另一方面，电流表采用的是微安电流表，电流表指针有轻微摆动，给电流读数带来一定的误差。

    3? ? 本实验的创新之处

    本分组实验采用火力发电机的模型，知识与生活紧密联系，将科技引入物理课堂，激发学生学习的兴趣和探究的热情。通过控制酒精灯火焰的大小，可以调节发电机的转速，发电机的转速不同，可以产生不同的电动势和内阻。干电池也有“类似”的特点，新电池化学反应物质较多，产生的电动势稳定，内阻较小，当电池用过一段时间之后，电动势变小，内阻变大。通过本实验的探究，加深学生对电动势和内阻的认识。

    4? ? 结束语

    高中物理深化教育改革正在前行的路上，有一些实验仪器还有待改进，实验方案还有待优化。在智慧校园建设的过程中，应该利用一切可以使用的器材，不仅要建设网络校园、智能校园，最终的目的是要建设智慧校园，充分引领科技、生活、物理之间的紧密联系，将科技带入物理课堂，开阔学生的眼界，让学生基于生活和科技更快乐地学习，增强创新的物理观念，提高自身的科学探究能力。

    参考文献：

    [1]王小庆，代黎娜.真正优化物理实验实现高效物理课堂： 探究牛顿第二定律实验装置的改进[J].中学物理教学参考，2015，44（12）：58-59.

    [2]赵凯华.新概念物理教程·电磁学[M].北京：高等教育出版社，2003：323-329.

    （栏目编辑? ? 王柏庐）