师:各位同学,今天我们一起学习探讨串联电路的电流和电压规律。为简化问题,把课题拆分成两部分,实验一,探究串联电路的电流关系。为表达方便,在串联电路中任意选取a、b、c三个点,用三个电流表分别串联进去,记录读数,就能知道三处电流。请大家看这张实物图,从图中提取信息,你们有什么猜想?
生1:从图片看,靠近电源正极的小灯泡比靠近负极的亮,且书本说电源外部电流从正极经用电器流向负极。所以我猜想串联电路中靠近电源正极的a点电流大于b点电流,b点电流大于c点电流。
生2:上一章学习电路时,用电流表测简单回路,电流处处一样。图中电路虽用电器增多,但仍在同一回路,所以我猜串联电路中a、b、c三处电流大小相等。
师:感谢两位同学,猜想有理有据,这是好习惯,大家要学习,它能让学习事半功倍。按照电路图连接实物图,这里选用多用表,贴上电流表测电流,贴上电压表测电压。那么实验数据如何呢?看看谁猜对了。用电流表分别测量串联电路中a、b、c三处的电流读数,和你们猜想的一样吗?我们把数据记录在表格中,通过数据可得到关系:在串联电路中电流处处相等,即IA = IB = IC 。这时能宣布所有串联电路的电流关系都如此,适用于所有串联电路吗?
生3:老师,仅用一组数据、一次实验结果就推翻我的猜想,这不科学、不物理。谁能保证实验无错?我表示怀疑。
生4:我也觉得把这电流关系说成物理规律太草率,只做一次实验,如果真是物理规律,应在任何串联电路都成立。老师,我们是不是可以用不同类型的串联电路做实验,多获取些数据,比如用不同的用电器试一试?
师:我很欣赏你们的质疑精神,怀疑得对,科学推进需要不断反思质疑,有理有据的质疑更是难得。正如你们所说,仅一次实验数据推导结论可能有误差甚至错误。扩大实验数据样本很必要,刚才晓晓的思路和老师一样,就是换不同用电器多次实验。但除了这种方法,改变电流也能扩大样本。前面学的欧姆定律告诉我们,改变电流有多种方法,一是电阻不变,改变电压;二是电压不变,改变电阻;三是既改变电压又改变电阻。晓晓提供的是第二种思路。现在我们先用第一种方法验证。保持电路其他部分不变,只增加一节干电池,改变电路中的电压,看看串联电路的电流关系是否还符合推导的关系。实验时注意待电表读数稳定后记录数据。
从实验截图看,记录在表格中的数据和上一组有所对比。接着再增加一节干电池,对比两次实验数据并记录。上面用的是第一种改变电流的方法,接下来用第二种做法。电池不改变,换用两个相同的小灯泡做实验,结果怎样呢?记录数据在表格中。
最后用既改变电池(由3节变成2节),又改变用电器(把小灯泡变成定值电阻)的方法获取第四组数据。把所有实验数据汇总到一个表再分析。这里用到三种方法,第一、二、三组数据用的是只改变电压的方法;第三、四组数据用的是只改变电阻的方法;第四、五组数据用的是既改变电压又改变电阻的方法。
为证实物理规律,科学家常几十年如一日实验、反思、修正实验设计方案,收集大量数据汇总分析找普遍规律。我们现在学习的很多物理规律都是这样研究推导出来的,今天仅体验改进实验这一步。最后得到结论,串联电路中电流处处相等,和电压大小、用电器种类无关。串联电路电流规律找到,接下来是电压问题,请同学们拿出纸和笔,和老师一起做道题。选取刚才实验中的第5组数据,能计算出串联电路中5欧姆电阻和10欧姆电阻两端的电压吗?
生5:可以用欧姆定律计算。表格中记录的就是刚才实验测出的两个定值电阻的电流,代入公式u = i×r就能计算它们各自的电压。
