用自制可控内阻电源演示电路规律.doc

第 31 卷 第 5 期物 理 实 验 V o l.31 No .52011 年 5 月 PH YSICS EXPERIMEN TATION M ay , 2011用自制可控内阻电源演示电路规律基础教育研究袁丽丹 ,黄卫良(乐余高级中学,江苏张家港 215621)摘 要:用实验室中的铅蓄电池和干电池来做电路规律实验操作比较复杂, 实验数据规律不明显.为了更好地演示 电路规律, 自制了可精确控制内阻的电源, 教学中使用方便可靠, 实际测量数据非常理想, 可以很好地让学生探究并发现 规律.关键词:可控内阻;电源;电路规律中图分类号:G 633 .7 文献标识码:A 文章编号:1005-4642(2011)05-0015-031 引 言闭合电路规律是高中物理的重点教学内容, 其中的电学实验往往是高考考查的重点 .因此, 在新课教学中确保让学生通过独立探究得出清晰 的实验结论至关重要 .但笔者在物理实验室管理 工作中发现教师和学生在探究闭合电路欧姆定律 规律实验中存在着诸多实际问题:1)实验室配备的可控内阻铅蓄电池可操作性 较差 .很多学校实验室都配备可控内阻蓄电池来 演示闭合电路外电压、内电压之间的关系.但笔 者发现该铅酸蓄电池使用前要加注稀硫酸并进行 充电 ,使用后必须定期进行充放电维护 ,否则非常动势和内阻会发生明显的变化, 往往这个班级实 验时规律还算明显 , 接下来的班级做实验时规律 已经不明显了 .鉴于此,笔者自制了能够满足高中物理电学 实验教学要求的精确可控内阻电源 .2 实验原理如图 1 所示 ,方框内的核心部件是 2 个全新 锂电池(型号为 14500 ,5 号电池外形,充满电后电 动势约为 4 V , 标称 3 .7 V 是正常放电范围内的 平均值), 由于锂电池的内阻极小 , 只有 50 80 m ,故可以把其看成是内阻几乎为零的理想 电源.在 2 个锂电池之间串联 10 /2 W 的金属容易腐蚀变质失效, 几乎就是昂贵的一次性电源.膜电阻,因为该电阻阻值远远大于锂电池组的本同时该蓄电池通过内部的隔板高低来控制内阻的身内阻, 故该电池组的实际内阻就是 10 .当然大小 ,我们在实验中发现通过调节后内阻也往往也可视实验的要求选用其他阻值的电阻.加外很小且不够稳定, 实际操作中内电压测量误差较壳,即构成了内阻为 10 的新电源 .大,演示闭合电路规律可操作性较差.2)用干电池来做电路规律实验效果不明显.闭合电路中路端电压与电流的关系、路端电压与负载的关系是核心内容 ,其中规律需要学生通过学生实验来探究得出.实际操作中一般都选用 2号干电池作为电源.为了能观察到路端电压的明显变化,往往要求内阻较大,即最好用旧干电池做实验 ,但整个年级的学生实验需要这样的旧干电图可控内阻电源内部原理图池 100 多个 ,让这么多的干电池老化变旧可不是1容易的事情.同时教学中还发现, 旧干电池的电收稿日期:2010-12-03作者简介:袁丽丹(1982-), 女, 江苏张家港人, 乐余高级中学二级教师, 学士, 研究方向为中学实验室管理和教学仪器 的改进.16物 理 实 验第 31 卷3 电源外观、优点与制作教学中该电源充好电后其电动势约为 8 V , 且非常稳定,实际的一次电学实验由于放电电流 小于 0 .6 A ,放电时间少于 15 min ,其电动势波动 小于 0 .1 V .由于其内阻为 10 和普通负载电阻 较为接近, 故路端电压变化非常明显.由于短路 电流不到 1 A , 故该电源还可以演示短路状态下 电路规律 .充电时只要取出锂电池用手机万能充 电器充电即可, 充电 1 次可以满足 10 次以上实验 需要 .因为锂电池充放电次数可以达到 500 次, 故该电源可以长期供教学使用 .把 2 个锂电池和 10 大功率电阻放入塑料 外壳或木制外壳 ,由于电路简单,不用制作印刷电 路板 ,直接把它们固定在硬纸板上连接好再放入 外壳内 .拉出正极和负极 2 根导线和外壳上的正 负接线柱相连即可.4 自制可控内阻电源的实测数据4 .1 探究路端电压与电流关系实验电路如图 2 所示 ,实测数据如表 1 所示, Excel 数据处理分析及拟合图像如图 3 所示, 可 以发现实验数据非常理想 ,可以清晰得出实验结 论.由图 3 中的拟合方程的斜率和截距还可以得 出内阻 r =10 .021 , 电动势 E =8 .025 8 V .图 2 路端电压与电流的关系实验电路表 1 路端电压与电流关系测量数据组次 U/ VI/ A组次 U/ VI/ A17.97074 .960 .3027.530.0584 .520 .3537.160.1093 .980 .4046.480.15103 .540 .4556.000.20113 .030 .5065.490.25122 .530 .55图 3 Ex cel 处理后的散点分布图、拟合直线及方程4 .2 探究路端电压与负载的关系实验电路如图 4 所示 ,实测数据如表 2 所示, Excel 数据处理后散点图如图 5 所示.同样可以 发现数据很理想,规律非常明显.图 4 路端电压与负载的关系实验电路表 2 路端电压与负载关系测量数据组次 U/ VR/ 组次 U/ VR/10.04076 .866024.021086 .977035.522097 .108045.9930107 .179056.4140117 .3010066.6450127 .97图 5 Excel 处理后的散点分布图第 5 期袁丽丹, 等:用自制可控内阻电源精确演示电路规律17参考文献: 2 宋钢, 翟林华.用板式电势差计测量电池的电动势和内阻实验的改进 J .物理关验, 2004, 24(11): 1 杨化明.理论实验课的协同教学尝试 J .物理实41-43 .验, 2007, 27(4):30-31.Self-made controlled internal resistance of power sources to accurately demonstrate circuit ruleYUAN Li-dan , HUA NG Wei-liang(Leyu Hig h School , Zhang jiag ang 215621 , China)Abstract :Use the lead battery and dry battery to do the experiment ,ex perimental operation w as very com plicated , and circuit rule w as not easy to show .Fo r better dem onstrating circuit rule , w e made a co ntrolled internal resistance of powe r sources .It w as convenient and reliable in the teaching , and the practical m easuring data w ere ideal .Using the self-made co ntro lled internal resistance of pow-er source s , it was easy to let students explore and discover the circuit rule .Key words:contro lled resistance ;powe r so urces ;circuit rule 责任编辑 :尹冬梅(上接第 14 页)Effect of annealing on the morphology , structure and optical properties of TiO2 thin filmsXING Jiea , b , WEI Hui-yunb , ZHANG Xiao-yanb , GONG M ao-maob , ZHOU Wei-gongb , WU Xiu-w enb , ZHAO Chang-chunb(a .National Labo ratory of M ine ral Materials ;b .Scho ol of Ma terials Science and Technolog y , China University o f Geo sciences , Beijing 100083 , China)Abstract :TiO2 thin film s w ere deposited by rf mag netron sputtering o n fused-quartz substrates . The effect o f annealing temperature and annealing ambience o n the structure , m orpho logy and optical pro perties o f TiO2 film s w ere studied experimentally by X-ray diffractio n , scanning electronic micros-copy , Raman spectro sco py and transmission m easurements .It w as found that w ith the increase o f an-nealing tem perature in air ambience , the cry stalline g rains g rew evidently and cry stallizatio n im prov ed much .When the annealing temperature w as increased to 700 , the rutile phase had fo rmed .And an-nealing ambience w as very important to the fo rmatio n of rutile .Raman spectro sco py show ed that the rutile cry stalline phase w as suppressed seriously by annealing in A r am bience and the films we re main-ly anatase .The transmission of samples annealed in A r am bience in the visible light range w as evi-dently low er than that of samples annealed in air