孙东振

摘   要：电学图象可以帮助学生更加直观深刻地理解电路，是学生电学学习的语言和工具。以典型电学题为例，通过Dislab实验画出其图象，解析图中的各种物理意义。体现传感器在电学实验教学中探究性强的特点，让课堂教学更加生动，更加高效。

关键词：初中物理;电学图象;Dislab

學生对图象的理解是一个由具体到抽象的思维过程，需要学生具备一定的抽象思维的能力，这个理解过程除了常见的基础实验在实验中得出图象之外，其他的图象通常都是老师在黑板上推导得出的，有时学生难以理解是很常见的[ 1 ]。在平时的教学过程中，教师要更多的立足于实验探究的基础上，来帮助学生理解物理概念，也体现了物理学科核心素养的理念。

1  提出问题

【例题1】如图 1电路中，电源电压不变，R1 为定值电阻，R2为滑动变阻器.闭合开关S，移动滑片P，多次记录电压表示数U和对应的电流表示数I，则绘出的U﹣I关系图象正确的是（     ）。

问题：这道题是一个非常典型的电学图象题，学生对欧姆定律实验非常的熟悉，当电阻一定时，电流与电压成正比，所以定值电阻R1的U-I图象是一条倾斜向上的直线。但是对实验电路图中滑动变阻器的U-I图却非常的困惑，原因就是滑动变阻器的阻值、流过滑动变阻器的电流以及滑动变阻器两端的电压这三个量在这个动态过程中都在变化，很多教师在教学过程中自己也没有理解，学生就更不好理解。很多的同学把表达式写成U=RI，然后和数学里面的一次函数表达式y=kx联系起来，认为滑动变阻器滑动，阻值的变化反应的是U-I曲线斜率的变化，若将滑片从右往左滑动，R变小，对应曲线倾斜程度越来越小，所以选B。

这种理解存在两个问题，首先是k=y/x只有是一个定值时可以表示过原点的一次函数图象直线的斜率，一般情况只能表示图象中每个点与原点连线的斜率，曲线的某一点的斜率必须用k=Δy/Δx表示。另外B图中曲线的斜率明显是个负数，而实际电阻阻值是不可能为负值的。

解析：实际上这题答案是A，分析电路首先可以判断当滑动变阻器的阻值减小，其两端电压减小的时候，电路中的电流会增大，也就是电流增大时电压会变小，那就排除了C和D两个选项。再考虑滑片在两端的情况，滑片在最左边时阻值为零，电压表示数为零，此时电流为最大值。当滑片在最右端时，电流为最小值，电压达到最大值，此时电压是一个定值，而不会象B选项一样趋近于无穷大，所以就只能选A。应用排除法可以帮学生做对题，但却达不到让学生理解电路图象的目的。

2  用Dislab传感器实验画出电学图象

为了让学生更好地理解，更多时候我们可以立足实验，在实验探究的基础上再去思考和理解，可以让学生更深入地读懂物理。Dislab实验系统中有电流和电压传感器，在传统的电学实验器材基础上，使用电流、电压传感器将电路动态过程中的电流、电压值用图象实时的显示出来，会使整个电学实验的效率大大提高，非常适合教师在平时对一些复杂化之后的电路进行实验探究，非常方便。课上现场搭的实验装置如图2所示。

实验采用了学生实验电源，电源电压调到6 V，定值电阻10 Ω，滑动变阻器最大阻值20 Ω。实验先将滑动变阻器调到最大阻值，然后慢慢滑动滑片，电流传感器与电压传感器将数值传到计算机显示出来，数据为表1，图象如图3所示。

由实验数据和图象可以很清楚的看到，滑动变阻器的U-I图象是一条倾斜向下的斜线段。

3  深入分析，挖掘图象更多信息

【例题2】如图4，电源电压保持恒定，电路中R1为定值电阻，R2为滑动变阻器，最大阻值20 Ω。将滑动变阻器的滑片从最左端向右移动到某位置的过程中，电压表V的示数变化量为ΔU2，电流表A的示数变化量为ΔI，测得值_______（填“増大”“减小”或“不变”）。滑片在最左端时，电压表示数是0，电流表示数是0.6 A;滑片在最右端时，电压表示数4 V，电流表示数0.2 A，求R1=              Ω，电源电压U=_______V。

分析与解答：R1和R2串联，滑片向右移动R2阻值增大，两端电压增大，电路电流减小，该动态过程中，由图2可知滑动变阻器U-I图象是条直线段，而显示为该直线段的斜率绝对值，所以不变。然后由滑动编组器在最左端时电源电压等于R1电压，在最右端时电源电压等于R1两端电压加R2两端电压之和。列两个关于电源电压U和R1阻值的二元一次方程组，解方程得R1=10 Ω，U=6 V。

由于在初中阶段，学生没有电源内阻的概念，更没有做过测量电源电动势和内阻的实验，所以对这类题目的分析只能用最简单的电路各物理量之间的关系来解决。对图象再深入分析解题可以简单很多，R1电压与R2的电压之和始终等于电源电压，所以R1两端电压变化量与R2两端电压变化量互为相反数，而它们电流又相等，所以有|ΔU2/ΔI|=ΔU1/ΔI=R1，所以ΔU2/ΔI值不变。另外，如果假设R2是一个可以继续向右滑动的变阻器，那么R2两端的电压会继续增大，无限趋向于电源电压U，所以做辅助线延长R2的U-I线段，与纵坐标的交点即为电源的电压6V，如图5所示。

为了帮助学生理解，可以将R2用更大的滑动变阻器替代，如换成最大阻值为200 Ω的滑动变阻器之后，用Dislab传感器实验得到R1的U-I图象如图6所示，R2的图象如图7所示。由实验图象可以看到，实验图象与理论图象非常相符，R2线段的向左的变化更加趋近与（0 A，6 V）这个点。理论推导联系实践实验之后学生对电学图象就有了更加深刻的理解。

4  总结

将Dislab传感器应用于电学实验，可以提高课堂教学效率，可以帮助学生更好地理解电路动态过程中的图象，特别是初中阶段，学生对电学的学习不能过于抽象，需要多在实验探究的基础上分析解决问题，从而加深物理观念和科学思维的形成。

参考文献：

[1]杨宇红.电学非常规实验数据的图象法处理[J]].物理教学探讨，2015（11）：46-47.