浅谈“电压表教学的实验设计”

张晓军+侯玉波+苏福河

中图分类号：G622 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2016）14-109-01

电压表是重要的电学测量仪表，我们充分利用新授和复习等课时，先后安排下列学生实验，收到非常好的教学效果。现简介如下，用以跟同行交流探讨，并期望得到各位师长指教。

探究1：电流进出电压表的规律

教师首先展示教学用的大型电表指出：它的指针是固定在有转轴的线圈框架上，线圈通电就能偏转（其偏转规律，我们以后将会学到）。然后让学生选用“0～15V”的量程，用“试触法”接触低电压的两极：探究使表针顺时针偏转的规律。最后教师强调指出：“要使电流（从）正（接线柱）进、（从）负（接线柱流）出电压表内”（可以简称“电流要‘+进‘-出电压表内”），表针才能顺时针偏转，否则不仅不能测出电压值，反而会损坏电压表。以下各实验均要遵守这条规则！

探究2：电压表连入电路中的方式

①按图1电路示意图（不是电路图！图中省略了电源、开关等电路元件符号，只用来表示电路的连接方式和电流的路径，下同）接好电路：观察灯泡的亮度和电流表的示数；

②如图2所示：要测电压UL，把电压表串联在该电路中：

结果：除电压表有示数以外，再没有任何电现象！

③如图3所示：把电压表并联在LL的两端上：

结果：电压表有示数、电现象如① ；

结论：电压表必须并联在被测电路两端上，决不能把它串联在被测电路中测电压！

④把L反时针拧灭、相当于灯丝断了：

结果：显示现象同②：电压表有示数、再没有其它任何电现象！

拓展⑴：一个连线正确的电路，若闭合开关后，出现了只有电压表有示数，再无其它任何电现象（这是非常热门的中考电学试题内容之一），肯定是电压表串联在该电路中了！造成这种现象的根本原因，是跟电压表并联部分发生了“开路”（注：依据义教版教学大纲的规定、特别是根据全国自然科学名词审定委员会颁布的《基础物理学名词》的规定，“断路”应称作“开路”）！例如，跟电压表并联的：

①小灯泡的灯丝或电阻断了；

②或小灯泡松动、尾部脱离了小弹片（这种故障原因经常发生）；

③或连接小灯泡的导线断了；

④或接线柱接触不良；

⑤或电流表“内接”时发生了“开路”了；

⑥或家庭电路中灯头里的导线断了；……

拓展⑵：一个连线正确的电路，若闭合开关后，出现了没有任何电现象，肯定是该电路中发生了“开路”！

检查“开路”的方法是：用大量程的电压表跟每个电路元件（包括每条导线）并联（具体检查时，要顺次检查几段电路）：电压表无示数、说明电压表并联这段电路完好；若电压表有示数，则跟电压表并联这段电路有“开路”故障点：再逐渐缩短并联部分电路，直到查出“开路”故障点时为止。

说明：通过上述实验观察，学生不仅懂得了“电压表为什么必须要并联在被测电路的两端上”，而且还学会了“电路故障的判断和检查方法”，可谓“一举三得”！

探究3：串联电路的电压特点

如果只给你一只电压表、不允许改动电路连接导线，只靠闭合和断开数量充足的开关，如何“探究出串联电路的电压特点”？

同学们设计的测量方案，通过实验检验正确的探究方案约有9例，仅举如下2种：必须将L1和L2组成串联电路！必须遵守下列原则：在测量某段电路两端电压时，另段电路不准被“短接”、必须同时处于通路状态！

方案一：如图4所示：单刀2触1、5触4移动滑动变阻器的（以下简称）滑片，测出U1为便于计算值后，不准移动滑片！立即使单刀2触3、5触6测出U2，接着再使单刀2触1、5触6测出U；然后要更换不同规格的小灯泡或定值电阻，此时再移动滑片，至少再测取两组数据，即能得出“U= U 1+ U 2”的结论。

方案二：用4只单刀开关如图5所示：闭合S1和S3、断开S2和S4移动滑片，测出U1为便于计算值后，不准移滑片！立即闭合S2和S4、断开S1和S3测出U2；再立即闭合S1和S4、断开S2和S3测出U。然后要更换不同规格的小灯泡或定值电阻，此时再移动滑片，至少再测取两组数据，即能得出“U= U 1+ U 2”的结论。

说明：这是“只给一块电压表和已知阻值R0，测未知电阻RX或电功率P典型的正确测量方案！应该予以重视。2013年6月第1版九年级物理课本、p85的第4和5题的测量方案均是欠妥的（另文再述）！

探究4：电压表的新用途

从课文p57.“××××型直流电压表 使用说明书（节选）”可知：“表头电流为1mA”，这是实验室配备的电流表不能显示的最小电流值！故知电压表不仅能够并联在被测电路两端测取电压值，而且还能把它串联在被测电路中、显示出“?A”级的电流、分度值≈33.3?A！所以在某种条件下，可以使用电压表替代微安表做实验（如当电压表选用“0～3V”量程、若指针偏转10个小格时，不要读取1.0V、而要读取≈333?A）！用它显示“人体是导体”、“加热玻璃能变成导体”等学生分组实验效果颇佳！

向提供图片和提出很好修改建议的王秀峰高级教师致谢！以上谬误难免，敬请施教。