利用dis演示电源输出功率随外电阻变化的应用探索

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1、利用DIS演示电源输出功率随外电阻变化的应用探索福建晋江季延中学曹郑凯15880760358关键字：DIS（DigitalInformationSystem）数字化信息系统建构主义摘要：通过研究电源输出功率实验在DIS辅助下的改进推广，可以将大计算量、高精度要求的实验引入探究式课堂教学。一些原本用传统实验无法在短时间内完成的，需要多次重复取平均值或多点作图的实验，能够被其应用于课堂演示，甚至分组探究。正文：闭合电路中的电源输出功率最大值的分析和计算是高中物理中的主干知识，高考的热点，不仅重要也很有难度。在常规授

2、课时候，我们往往利用书本给出的“电流——输出功率”图像或“外电阻——输出功率”图像，结合数学公式推导来给出结论，督促学生进行背诵记忆。诚然，对于知识点的理解应用，这样做已经可以说达到了目的。但对于学生学习习惯的培养，自我知识体系的构建，就显露出一些弊端了。这样由老师单方面强调给学生的知识，从某种意义上来说，并不是学生亲眼所见、实验得出的。事实上，我不愿意这样上这节课的原因还在于，这更像是在上数学课，而不是物理。学生并未感受到任何物理思维方式方法，没有思考，没有试验，没有分析总结，却偏偏要求记忆结论！事不目见耳闻

3、，却臆断其有无，可乎？建构主义认为，知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得。传统教学无法做到将这节课作为物理课来上的原因在于：一、电流、电压表读数、列表计算电源输出功率的数据量庞大。即便一些老师在实际操作时，借用了电脑excel表格的批量计算、自动生成图像的功能，实验操作时间也需要10分钟以上。而且，因实验时间很长造成的实验器材电阻变化等，一定程度上制约了课堂教学进度。二、由于电流、电压表在实际测量读

4、数时，过于偏向表盘两侧的数值不够准确。数据数量偏小，也增大了因滑动变阻器滑片与电阻丝接触不良而造成误差点的可能。三、电表自身内阻的影响。与前两者相比，这点影响最小。随着教学设备的改进，现在，我们可以利用DIS（DigitalInformationSystem），也就是数字化信息系统，完美地解决上述问题。将两节干电池、开关、10欧滑动变阻器、电流传感器串联起来，将电压传感器并联在滑动变阻器实际接入电路的两端。将电压传感器、电流传感器调零后，选择列表方式记录数据。将数据收集周期调节为0.01秒，在原本记录电流I1和

5、电压U2的基础上，添加公式R=U2/I1作为滑动变阻器接入电路的阻值，添加公式P=U2*I1作为电源输出功率。以上准备工作可以在课前完成，在课堂上，开始记录数据后，只需要用一般速度拖拽滑片，从一端拖到另一端，依据个人拖动速度不同，3至10秒即可完成实验操作。最开始，我所采用的是以时间轴作为横坐标，绘图生成“时间——输出功率”图像。但事后证明这种设计要求至始至终尽量匀速拖动滑片，在实际操作过程中，由于滑动变阻器的滑片与电阻丝接触很紧密，经常出现顿卡，所得到的图像突变很严重，无法说明问题。而后，我改用滑动变阻器实际

6、接入的外电阻R作横轴，作“外电阻——输出功率”图像，多次更改计数频率和调整拖动速度后，才找到最佳设定。调节后所得出的图像，是一条平滑曲线，与教材上的R——P图像几乎完全一致。而且，也可以更改横轴为电流I1，从而得出“电流——输出功率”图像，跟一些教参、练习册中给出的图像也基本一致。这两种作图方式，由于横轴与时间无关，因此有效地规避掉由于人为因素造成的图像顿卡、平滑性等问题。拖拽滑片的速度甚至接触不良都不会引起图像变形，所要注意的，只有选取计数频率这一点，通过几次实验，相信老师们会找出适合自己速度的计数频率。在器

7、材选取中，由于我校的滑动变阻器最小的最大阻值为10欧姆，与干电池内阻差距较大，因此所得图像中，只有不到1/3部分出现明显的极值图，而绝大部分被废弃掉了。这里有两种解决办法：一、使用废旧干电池做电源进行试验，废旧干电池内阻偏大，电源的输出功率极值易出现在图像中部。二、利用学生电源提供稳定电压，同时串联接入电阻箱或定值电阻代替电源内阻，这样做的好处是可以得到比较漂亮的图像，但不好的地方在于必须对电路进行解释，如果生源不够理想还是不宜在新课教学上采用。对于时间充沛、生源优秀的课堂，我们还可以进一步通过I1——U2图像

8、，测定电源的内电阻，这也是DIS的一大优势，随时增减教学项目，对旧知识进行回顾复习。在得到“外电阻——输出功率”或“电流——输出功率”图像后，我们即可对它进行分析，猜想极值所出现的原因，从数值上感性地认知、总结实验结论后，按照物理分析的一般过程去探索猜测原因，进而进行数学推导验证。至此，这才是正常的物理课，正常的物理知识认知流程，正常的科学探索方法。对于学生的科学思维、科学探究方式习惯