让合作探究走进实验课堂

湖北省丹江口市六里坪镇中学（442716）何来国

1实验准备

教师预先将全班学生5人1组，分成若干组，每组实验桌面上放置的仪器有：电源（6 V）、滑动变阻器（0~20 Ω）、电阻箱、定值电阻R0（20 Ω）、阻值约10 Ω的定值待测电阻Rx各1个，电流表、电压表各1只，开关、导线若干等。

首先，引导学生回顾电阻的相关知识，如：电阻的定义、符号、单位，影响电阻大小的因素；滑动变阻器改变电路电阻的原理、连接方法、元件符号；电阻箱的符号及其连接和读数方法。

其次，引导学生回顾一个实验，即伏安法测电阻，复习伏安法测电阻的原理，电路图如图1所示。学生依据电路图连接实物，着重指出实验注意事项，认真讨论滑动变阻器在电路中的作用。

2合作探究

在此基础上，引导学生动手操作、实验测量，并依据欧姆定律，实际计算出Rx的阻值。

教师接着问：“如果现实中缺少电流表，该如何测量未知电阻Rx呢？”

学生马上想到“串联电路电流处处相等”，于是就会想到如图2所示的设计方案。

学生代表解释说：“如图2所示，先用电压表测出R0两端的电压U0；再测出Rx两端电压Ux。先依据I=U0/R0，计算出通过R0的电流I，由于R0与Rx串联，故通过R0的电流也就是通过Rx的电流，利用欧姆定律：

Rx=Ux/Ix=Ux/（U0/R0）=UxR0/U0。

待阐述完毕，各组根据该同学的讲述，选择桌面上的仪器，实际操作。教师适时点拨，利用滑动变阻器，再测量两组数据，实现多次测量求平均值从而减少误差的目的，并与已测得的Rx比较，验证该办法的正确性。

教师又问：“若缺少电压表呢？”

学生马上想到利用“并联电路各支路两端电压相等”来完成实验。

各组学生积极投入到设计实验中。不一会儿，有学生发言：如图3所示，先用电流表测出通过R0的电流I0，再用电流表测出通过Rx的电流Ix，由于R0与Rx并联，根据欧姆定律和并联电路的特点，推算出：Rx=Ux/Ix=U0/Ix=I0R0/Ix。

接着，教师见学生探究的积极性高，乘胜追问道：“上述方法我们都进行了两次测量，并利用了串、并联电路特点，利用欧姆定律测出了Rx的值。下面大家开动脑筋，能否仅连接一次测量出Rx的值呢？”

学生都积极投入探索之中，教师适时巡视点拨，一会儿功夫，探究成果便出来了。

学生1：如图4所示，开关S闭合时，Rx短路，电路中仅有R0工作，故电流表此时的示数是通过R0的电流即I合。根据欧姆定律，电源电压为：U=I合R0；当S断开时，电流表的示数是通过Rx和R0的电流，即I断，故此时电源电压为：

U=I断（R0+Rx）

由于前后电源电压不变，有：

I合R0=I断（R0+Rx），

所以Rx=R0（I合-I断）/I断。

学生2：如图5所示，当开关S闭合时，电路中仅Rx工作，电压表的示数为Rx两端电压U合；当S断开时，R0与Rx串联，电压表的示数为Rx，此时分得的电压为U断，根据串联电路特点，此时R0分得的电压为U0=U合-U断，故通过R0的电流为：I0=（U合-U断）/R0。

即此时通过Rx的电流，故Rx的值为：

Rx=U断R0/（U合-U断）

学生3：如图6所示，当开关S断开时，电流表的示数是通过R0的电流I断；当S闭合时，R0与Rx并联，电流表的示数是Rx与R0的总电流I合；由于电源电压不变，根据并联电路特点与欧姆定律得：

Rx=U/（I合-I断）=R0I断/（I合-I断）

学生4：如图7所示，由于R0为滑动变阻器，且阻值为0～20 Ω，所以，当滑片P在a端时，电流表的示数是通过Rx的电流Ia；当滑片P滑到b端时，电流表的示数是通过Rx与R0的电流Ib；由于电源电压不变，故有：IaRx=Ib（Rx+R0最大）。

所以Rx=IbR0最大/（Ia-Ib）。

学生5：如图8所示，开关S闭合后，滑片P在a端时，电压表的示数为Rx两端电压，即电源电压为Ua；当滑片P滑至b端时，由于Rx与R0串联，此时电压表的示数仅为Rx分得的电压Ub，根据串联电路特点和欧姆定律得：Rx=UbR0最大/（Ua-Ub）。

教师分析、表扬后，接着问：“你们能否利用电阻箱测出未知电阻Rx?”学生很快讨论、设计出实验方案，并积极发言。

学生6：如图9所示，把开关S接a点时，读出此时电流表的示数为I；再把开关S接b点，调节电阻箱，使电流表的示数仍为I，读出此时电阻箱的示数R0。因为（R0+Rx）I=（R0+R）I，所以Rx=R0。

教师总结说：“电路计算题关键是根据电路中开关的断开和闭合，正确判断电流的流向，从而得出用电器的串、并联情况，然后根据串、并联电路特点和欧姆定律灵活解决电学有关计算问题。同学们只要掌握方法，牢记规律，一定没有解决不了的问题。”

3结束语

一节合作探究实验课，紧紧围绕“电阻”的相关知识，让学生分组探究，有效地复习了欧姆定律和串、并联电路特点，并实际操作，反复验证，对本章节的“一定律”、“两规律”、“一实验”作了详尽回顾，既培养了学生自主探究、分组协作的能力，又激发了学生的创新意识，并体验了成功的快乐。

收稿日期：2014-03-31