“用惠斯通电桥测量中值电阻”的问题学案

田国瑞

（扬州科技学院电子工程学院 江苏 扬州 225009）

1 引言

物理教学是一门综合艺术，其教学活动的基本要素有［1］：

（1）目标；（2）内容；（3）方法；（4）组织形式；（5）评价；（6）教师；（7）学生.

因此，可用“物理教学结构图”（图1）来表示.在应用物理实验教学中，为了培养学生形成符合大纲要求的、良好的知识－技能结构，教师可以设计一个问题学案，把教师应该解决的问题系统、全面地汇总起来，它反映的问题不仅仅停留在表面上，还能反映更深层次的问题.这样，上课时不仅可以问学生，而且也可以回答学生的提问.

因此，教师应该做到厚积薄发.

图1 物理教学结构图

2 “用惠斯通电桥测量中值电阻”的问题学案

2.1 问题学案

表1 用惠斯通电桥测量中值电阻问题学案

2.2 几点说明

2.2.1 电桥平衡的调节及电桥的灵敏度

（1）电流Ig公式的推导及电桥平衡的调节

惠斯通电桥示意图如图2所示.由基尔霍夫节点电流定律和回路电压定律得

图2 惠斯通电桥示意图

将式（1）代入式（5），式（3）代入式（6）、（7），式（1）、（2）代入式（7）得

即

式（8）×R2－式（9）×Rx得

式（8）×R3－式（9）×R4得

将式（11）、（12）代入式（10）得

讨论：

（2）电桥的灵敏度

由理论可知［4］

式中SG为检流计灵敏度，Rg＝R5.

（3）不确定度［5］

是仪器误差引起的不确定度与电桥灵敏度引起的不确定度的合成.

2.2.2 检流计阻尼开关的作用

（1）动力学方程

检流计相关示意图如图3，4所示.

图3 检流计的工作原理示意图

图4

a.由安培定律公式dF＝I0dl×B 得

方向由左手定则确定.式中N 为线圈的匝数，B为外磁场的磁感强度，I0为所通电流.

产生的力矩

方向由右手定则确定.

产生的力矩

故电磁转动力矩

弹性扭力矩

其中D 是悬丝的扭转系数.

电磁阻尼力矩

其中

所以

J 为转动惯量.

（2）过阻尼开关可使电流计短路，它可使摆动不止的电流计的线圈立刻停下来

过阻尼

A，B 为由初始条件决定的常量.因此，当t↑θ→α.

它也可在实验结束后用来保护电流计以免仪器受到突然冲击时产生的振动［6］.

图5 过阻尼开关示意图

2.2.3 N，B，S，p，J 等相关参数的测定

（1）若检流计通以电流I1，而偏转的角度为θ1，则

（2）若外电路开路，有

测出振动周期T，就可以得到转动惯量J.

3 讨论

通过上述讨论可知，只有教师的认真备课，学生的认真预习，才能在各层次教学中使得学生“吃得了，吃得饱，吃得好”，使学生从不懂到懂，再到会，再上升到熟和巧［7］.只有心灵，才能做到手巧.

1 王维臣.现代教学（理论和实践）.上海：上海教育出版社，2012.8

2 马葭生，等.大学物理实验.上海：华东师范大学出版社，2001.63～71

3 苏启录.自组惠斯登电桥测量中值电阻有关测量精确度问题探讨.福州师范高等专科学校学报，2000，20（6）：50～53

4 曹惠贤.普通物理实验.北京：北京师范大学出版社，2007.166～167

5 李朝荣，等.基础物理实验.北京：北京航空航天大学出版社，2010.75

6 潘学军.大学物理实验（基础物理部分）.北京：电子工业出版社，2006.130～232

7 梁旭.复习课的功能与目标.物理教学，2013，35（12）：35～38