电阻定律实验教学改进研究
摘? ?要：物理是一门以实验为基础的自然科学，实验是教学中必不可少的一部分。如何提升演示实验的效率，节省时间以用之于课堂教学的其他环节，是我们物理教师在教学工作中应该探索、思考的问题。而课本中的电阻定律实验涉及到的变量多、实验需要的数据多，所以演示实验的操作若是效率不高，就不能保证在要求的课时之内完成教学内容。基于此，文章就从如何对课本现有实验进行改进创新入手，深度剖析和思考如何实现对电阻定律实验教学进行改进创新。
关键词：实验;电阻定律;效率;改进创新
中图分类号：G633.7 文献标识码：A ? ? 文章编号：1003-6148（2020）7-0053-3
1? ? 电阻定律实验简介
电阻定律实验在人教版物理选修3-1第二章《恒定电流》的第六节《导体的电阻》，课本上采用的演示实验装置如图1所示，或者也可以用图2（a）所示的演示实验装置和图2（b）所示的电路来完成演示实验。不管是采用图1还是图2所示的装置来完成本实验，都会存在可视性差、数据处理不方便、演示所用时间长等问题，而一节课的时间大约在40至45分钟，这样必然就会导致一节课不能完成本节教学内容。所以，笔者在图2的基础上对实验装置进行了改进。
2? ? 电阻定律实验改进
（1）实验电路如图3所示。
（2）实验装置如图4所示。
实验原理说明（控制变量法）：
①借助电压传感器和电流传感器利用伏安法测电阻（图5）。
②刻度尺测长度。
③螺旋测微器测直径。
④Excel表格处理数据：利用传感器得到的数据作出对应的U-I图像，取得拟合线的斜率即是对应的电阻值，其中一组数据如表1所示。
3? ? 实验操作
3.1? ? 研究导体电阻与导体长度的关系
将与Q连接的导线固定，与P连接的导线分别接在L3（镍铬合金）的不同位置。调节滑动变阻器，测出不同长度对应的电阻值，设计表格2记录数据，得出电阻丝的电阻与电阻丝长度的关系，具体实验数据如图6所示。
3.2? ? 研究导体电阻与横截面积的关系
将与P、Q连接的导线分别接在L3、L4、L5（镍铬合金）两端，调节滑动变阻器，测出分别对应的电阻值，设计表3记录数据，得出电阻丝的电阻与横截面积的关系，具体实验数据如图7所示。其中，L3是一根镍铬合金，L4是两根镍铬合金并联，L5是三根镍铬合金并联，这样可以实现横截面积成倍数增加，只要得到相应的电阻值就可以得到与横截面积之间的关系。
3.3? ? 研究导体电阻与材料的关系
将与P、Q连接的导线分别接在L1（铁丝）、L2（康铜合金）、L3（镍铬合金）两端，调节滑动变阻器，测出不同材料的电阻丝对应的电阻值，设计表4记录数据，分析结果，得出电阻丝的电阻与材料的关系，具体实验数据如图8所示。其中，除铁丝外都用合金，是考虑合金的电阻率较大，可以让测得的电阻尽量大一些;L3的电阻值用第二组实验中横截面积为S的数据，达到节省演示实驗所用时间的目的。
4? ? 创新点
（1）变平放实验装置为竖直放置，将实验室所用电流表和电压表换成大型的演示电流表和电压表，并将之固定在装置的上方，演示过程中方便学生观察和读数，增强了演示实验装置的可视性。
（2）装置中固定有刻度尺并且紧贴电阻丝，在得到表1中实验数据的过程中，需要的长度可以直接从刻度尺上读数，而长度的变化则用“鳄鱼夹”实现快速改变，在最短的时间内得到想要的数据，节省教学时间，提高教学效率。
（3）多次测量取平均值在这里体现得淋漓尽致，利用电流传感器和电压传感器可以在短时间内取得20组甚至更多的数据来作图，得到对应的电阻值，很好地降低了实验过程中的误差。
（4）利用数据处理软件Excel来描点作出不同情形下的U-I图像，并对图像进行拟合，得出拟合线的函数解析式，从斜率中直接得出对应的电阻值，在减小误差的同时，能最大地节约课堂教学所用时间。
（5）横截面积的改变直接用电阻丝并联来实现，实验过程中就可以不用测量横截面积，同样可以为教学节省时间。而电阻丝比较细，为了增加可辨识度，在电路中笔者增加了不同颜色的发光二极管，红色对应铁丝，绿色对应康铜合金，一颗蓝色对应横截面积为S的镍铬合金，两颗蓝色对应横截面积为2S的镍铬合金，三颗蓝色对应横截面积为3S的镍铬合金。在实验演示过程中，学生只需要观察发光二极管的颜色就知道对应的电阻丝材料和相应的变量是什么，解决了以往实验中难以看清楚材料是什么和研究的变量是什么的难题。
（6）电阻丝的固定不紧贴木板，而是和木板有一定的距离，可以方便实验操作。同时，游标卡尺固定于装置的后方，需要使用时取下即可。通过游标卡尺测出对应的直径后，可以直接带数据计算出相应的电阻率，再和课本给出的数据进行对比，达到相互呼应的效果。
5? ? 结束语
用改进的实验装置进行演示实验，完成电阻丝的电阻与长度、横截面积、材料三个变量的关系探究可以控制在20分钟之内，然后剩余的时间就可以对实验结果形成结论，得出电阻定律的内容，大大提升了演示实验的效率，为课堂教学的其他环节节省出了宝贵的时间。同时，还可以用本装置计算出对应材料的电阻率，和书本进行印证，达到理论联系实际的效果，体现出STS（科学、技术、社会）和物理之间的联系。
物理演示实验在物理教学中起到增强说服力、提升学生学习兴趣的作用，但是演示实验的过程必然会占用到正常教学所用的时间，若占用过多，必然导致教学计划不能按时和保质保量完成。而我们又不能舍弃掉演示实验，专门搞理论教育，这不符合新课改的要求，也会让学生在沉闷中学习，逐渐丧失学习物理的兴趣。所以，作为老师我们能做的就是不断对课堂演示实验装置进行改进创新，提升课堂演示实验的效率。我们还可以将演示实验的改进创新和社会生活联系起来，体现出物理“来源于生活，用之于生活”的特点。这一条路“任重而道远”，需要无数物理教师坚持不懈，方能让演示实验成为教学中的一大裨益。
（栏目编辑? ? 王柏庐）
收稿日期：2019-12-25
作者简介：杜良亚（1988-），男，中学一级教师，主要从事高中物理教育教学工作，曾获贵州省黔西南州物理实验创新技能大赛州级一等奖。
