培养创新能力，促进深度学习

陈克服

【摘要】高中物理实验是培养学生创新能力和促进深度学习的重要途径．本文以“测量电源电动势和内阻”实验的创新方案为例，探讨实验的创新思路，激发学生的创新思维，提高学生的实践能力和深度学习效果，为高中物理实验教学提供有益的参考.

【关键词】高中物理；深度学习；实验教学

高中物理实验是物理教学中的重要组成部分，它不仅能够帮助学生理解和掌握物理知识，还能够培养学生的科学探究能力和创新实践能力．然而，传统的高中物理实验教学往往存在着一些问题，如实验器材陈旧、实验方法单一、实验教学过程缺乏创新性等．这些问题限制了学生创新能力的发展和深度学习的效果．因此，教师需要探索一些新的实验创新方案，以提高高中物理实验教学的质量和效果．

1 创新实验方案，拓展思维

例1 叠层电池的性质与普通干电池相同，但它具有体积小、输出电压高的特点．为测量某叠层电池的电动势E和内阻r，该同学利用下列器材设计了如图1所示的测量电路：A．待测电池；B．定值电阻R0（30.0Ω）；C．理想电压表V1（量程为15V）；D．理想电压表V2（量程为3V）；E．滑动变阻器R（最大阻值为500Ω）；F．开关一个，导线若干．

回答下列问题：

（1）闭合开关前，应将滑动变阻器R的触头置于   （选填“最左端”或“最右端”）；

（2）实验中，调节R触头的位置，发现当电压表V1读数为6.0V时，电压表V2读数为1.96V，此时通过电源的电流为   mA；（结果保留3位有效数字）;

（3）多次改变R接入电路的电阻，读出多组V1和V2的示数U1，U2，将（2）中的点描在图2中，连同已描出的点作出U1-U2的图象；

（4）由U1-U2图象可知该叠层电池的电动势E =   V，内阻r =   Ω．（结果保留3位有效数字）

解析 （1）为保护电压表，闭合开关前，应将滑动变阻器有效阻值调至最大，故R的触头置于最左端．

（2）电压表为理想电表，则电流为I=U2R0=1.9630A≈65.3mA.

（3）描出U1为6.0V，U2为1.96V的点，结合已描出的点，让尽可能多的点分布在线上，或均匀分布在线的两侧，作出U1-U2的图象如图3所示．

（4）因E=U1+U2R0r，得U1=E－rR0U2，可知U1-U2图象的纵轴截距等于电源电动势，则有E =14.0V，U1-U2图象斜率的绝对值为k=rR0=14.0－1.03.2，解得r=14.0－1.03.2×30.0Ω≈122Ω．

2 抛砖引玉，促进深度学习

例2 电子秤是人们生活中常用的一种称量工具．某同学根据所学知识制作了一台简易电子秤，原理图如图4所示，图中电压表可视为理想电压表（量程为3V），滑动变阻器的滑片为P，最大阻值为R =12Ω，该同学用刻度尺测得滑动变阻器滑片能滑动范围的长度为L=2m．

请回答下列问题．

（1）该同学先利用图5所示电路测定电子秤里两节纽扣电池（如图6）的电动势和内阻，根据多次测量得到的数据，作出的U′-I图象如图7所示，可知这两节纽扣电池串联后的电动势为E =   V，内阻为r =   Ω．

（2）该同学想得到电压表的示数U与被测物体质量m之间的关系，设计了如下实验：

①调节图4中滑片P的位置，使电压表的示数恰好为零；

②在托盘里缓慢加入细砂，直到滑片P恰好滑到滑动变阻器的b端，然后调节电阻箱R0，直到电压表达到满偏，实验过程中弹簧一直处于弹性限度内，则此时电阻箱的读数为R1=    Ω；

③已知所用的弹簧的劲度系数为k=1.96×103N/m，重力加速度为g=9.8m/s2，则该电子秤所能称量的最大质量为m=   kg．

（3）结合上面实验内容，可得电压表的示数U与被测物体质量m之间的关系式为U =   ．（用题目中给出的物理量符号表示）

解析 （1）对图5所示电路，根据闭合电路欧姆定律可得E=U′+Ir，即U′=E－Ir，U′-I图象与纵轴交点的纵坐标等于电源电动势，图线斜率的绝对值等于电源内阻，由图7可知，电源电动势为E=4V，

内阻为r=2.0－4.04.0Ω=0.5Ω．

（2）②电压表达到满偏时滑动变阻器接入电路的阻值为R =12Ω，根据欧姆定律可得UR=ER+r+R1，解得R1 = 3.5Ω;

③滑片P滑到滑动变阻器的b端，弹簧的形变量增加了2cm，由平衡条件有k·Δx=mg，则该电子秤所能称量的最大质量为m =4kg．

（3）根據闭合电路欧姆定律和力的平衡有

Umgk×RL=Emgk×RL+R1+r，

解得U=mgREmgR+R1+rkL．

3 结语

高中物理实验的创新方案是培养学生科学探究能力、创新能力和促进深度学习的重要途径．通过改进实验设计方案，创新实验教学手段，拓展了学生的科学探究能力，激发了学生的创新思维，提高了他们的实践能力、合作意识和深度学习的效果．在实际教学中，教师应根据学生的特点和教学需求，开发适合学生发展的创新实验方案，为培养具有创新精神和实践能力的人才做出应有的贡献．

【本文系福建省厦门市教育科学“十四五" 规划 2021年度重点课题“ 基于科学思维和探究提升的高中物理校本教具开发与应用” （课题编号：21017）的阶段性成果.】

参考文献：

[1]唐世琦.测量电源电动势和内阻的创新方法例析[J].中学教学参考，2021（35）：56-58.

[2]熊亮.基于信息技术的高中物理实验教学创新设计——以“测量电源电动势和内阻”为例[J].物理通报，2020（S1）：82-84.