浅谈对闭合电路欧姆定律实验的改进

　　摘 要:本文简单介绍了对闭合电路的欧姆定律实验的改进,通过该演示实验,学生能较直观地了解电池的构造原理,有利于加快对闭合电路欧姆定律的深刻理解和掌握进一步巩固所学的内容,从而取得良好的教学效果。 　　关键词:物理 闭合电路 欧姆定律 实验 改进 　　 　　师范物理学电学部分闭合电路的欧姆定律教学的关键,是做好教材给出的学生实验:研究闭合电路的欧姆定律。通常在教学中学生是在学习完理论课以后再去实验室做该实验。我们在教学过程中发现,这样并不利于学生尽快理解和掌握所学内容,为此,我们可以把实验稍加改造,在课堂教学中先进行演示实验,本节课结束以后,再让学生到实验室进行分组实验,独立完成实验,这样教学效果将会更加理想。 　　实验装置如图1所示,该装置主要由一个实验用电池、一个用来作为外电路的电阻箱R、两个分别用来测量外电路和内电路上电压即所谓外电压(又叫做路端电压)和内电压的电压表V1和V2组成。 　　 　　这里用的实验电池,要求既能看到它的结构,又能测量其内电压,最好还能改变它的内电阻。这种电池实验室中也曾有配备的,但是在使用中,许多教师反映效果不理想,只能看其结构,无法进行实验。为此本人自制了一个实验电池,经近年来多次试用,效果很好,能够较准确地反映出电源本身的性质,并能定量地说明闭合电路中内电压、外电压与电源电动势之间的关系。 　　该电池的构造如图中下部所示,A、B分别是电池的正极和负极,C、D是电池的两个探极,另外还有电解液和外壳等组成。 　　该电池的外壳,我们可以利用废旧蓄电池的外壳改制。在实验室中找一个报废的蓄电池,一般是6V 3组极片结构,掏出内部的极板和隔板,其内部分成三个小容器。用清水冲洗干净,再用弯头电烙铁从下半部,把每两个小容器之间的塑料隔壁各烫一个小孔,使三个小容器互相连通,实验电池的外壳就制成了。 　　该电池的正极板和负极板,我们可以从电瓶经营部购买两块电瓶用正、负极板代替,一般电瓶经营部中因为保修电瓶需要,都有销售的正、负极板和电瓶液。如果所购买的极板过宽,可以把极板的一侧(不引电极的一侧)剪去一部分,使其宽度大约7.5cm(视旧蓄电池外壳的尺寸而定)以使电极能恰好立于所制外壳中。这种极板主要是铅锑合金铸成栅格状。正极板涂四氧化三铅为主的填料,负极板涂氧化铅为主的填料。 　　探极的处理,我们选用直径为3mm左右的铜条,剪成比极板稍长一点的两段来代替。由于两根探极放置的离正、负极板越近,它们所反映的内电路中正、负极板附近的电势就越准确,因此通过两根探极测得的内电压就越准确,所以两根探极要尽量靠近两个极板放置。为此我们可以设法把两根探极分别竖直地固定在正、负极板上,并保持探极与两极板不相连。固定方法是:为了隔离极板和探极,在极板的中间先放上一条1cm宽适当长的塑料片,在塑料片中间沿塑料片方向放上探极,分两处用绝缘漆包线穿过塑料片和极板,把塑料片和探极固定在极板上,塑料片下端要把探极下端包起固定,以防止探极向下滑动。这里要注意,绝对不能使探极与极板短路,否则就无法准确测出电池的内电压。 　　把带探极的正、负两个极板,分别竖直插入已改制好的外壳中,使两个极板分别处在两端的小容器内,正极板上引出一个电极作为电池的正极,负极板上引出一个电极作为电池的负极,并在外壳上正、负电极处作出“+”、“�”号标记,以表示该电池的极性。 　　蓄电池的电解液一般需用密度为1.20～1.30g/ml的稀硫酸溶液,这里用来配制电解液的浓硫酸杂质要少,必须用蒸馏水稀释。另外,我们也可以直接用电瓶经营部出售的电瓶液,作为我们这个实验电池的电解液,它是密度为1.10g/ml左右的稀硫酸。 　　将电解液倒人上述电池内,使液面离容器上口约2cm即可,放置4～8h,使电解液渗入极板。这时如果电解液液面下降过多,可以稍补充一些,一般可以直接进行充电使用,这样电池就制成了。 　　充电时,电池的正极接充电器的正极,电池的负极接充电器的负极。连接好线路,打开充电器开关,调整充电器电流至0.5A,充电40h左右,停止充电。冷却后再改用1A左右充电电流,充电大约24h停止。电压稳定后,其正、负极间的电压(即电源的电动势E)在2.2V左右。 　　为使该电池的性能更稳定,第一次充电以后,应对电池放电,放电时可用小灯泡或电阻等作负载,当放电至1.7伏时,停止放电,再按上述方法充电。以后每次充电前或长时间不用时每隔一段时间,都要对电池进行正常充电。正常充电电流控制在1安左右。 　　本实验由于是一个演示实验,要求演示现象明显,可视性强,因此我们选用两台大型演示电表来测量电池的电动势、内电压和外电压。两电表均选用直流2.5伏量程,表盘选用最大刻度为2.5伏的,这样即使远处的学生也能看清楚电表的示数。电阻箱R我们选用J2362型学生电阻箱来代替。根据上图连接好电路,一个电压表V1用来测量外电压U外,其“+”、“�”接线柱,分别与电池的正、负极连接。另一个电表V2用来测量内电压U内,连接时需注意:电压表的“+”接线柱,要与电池负极板上的探极上端连接;电压表的“�”接线柱,要与电池正极板上的探极上端连接。 　　改变电阻箱R的阻值,两个电压表的示数都改变。把它们的读数记录下来,并且进行比较分析,可以看出,在误差允许的范围内: 　　电源的电动势E,等于外电压U外和内电压U内之和。即 　　E = U外+U内 　　同样当电源的内电阻改变时,内电压和外电压均发生变化,但其和总是一个恒量,总等于电源的电动势。 　　这里如果要改变电池的内电阻,只需要换用不同浓度的稀硫酸作电解液即可。电解液的浓度越高,电池的内电阻越小;电解液的浓度越低,电池的内电阻越大。 　　该装置中的实验电池若长期不用,可以把电解液倒入另一容器中保存,并将极板和外壳用清水冲洗干净,凉干保存。下次用时再将极板放回外壳中,注入电解液并充足电,即可使用。 　　通过该演示实验,学生能较直观地了解电池的构造原理,有利于加快对闭合电路欧姆定律的深刻理解和掌握,本节课结束以后,再让学生通过分组实验和课后练习,进一步巩固所学的内容,从而取得良好的教学效果。