从万用表的组装看设计性实验对学生综合能力的培养*

姜加梅(贵州大学理学院，贵州贵阳550025)

从万用表的组装看设计性实验对学生综合能力的培养*

姜加梅
(贵州大学理学院，贵州贵阳550025)

时代的发展和科学技术的进步，对大学物理实验的要求提上了一个新的高度，设计性实验对学生的综合能力的培养在众多实验中较为突出，本文通过对万用表的组装实验浅析设计性实验的重要作用，提高学生的综合能力.

万用表组装;综合能力;实验;培养

物理学是一门实验科学，物理学在人的科学素质培养中具有重要的地位，而物理实验在物理学的建立和发展过程中起着重要和直接的推动作用，它是物理学的基础，在人才科学素质培养中起着不可替代的重要作用.大学物理实验作为理工类大学生进校后的第一门科学实验课程，不仅应让学生受到严格的、系统的、科学的实验技能培训，更主要的是培养学生严谨的科学、创新、创造、勇于实践的思维能力和精神，培养学生理论联系实际、分析问题、提出问题和解决问题的能力，特别是与科学技术的发展相适应的综合能力，适应时代发展、科技进步的创新思维能力.

近年来，素质教育的提出越来越看重学生的实践创新能力，对物理实验教学的要求也上了一个新台阶，因此设计性实验的表现显得较为突出.设计性实验是一种介于基础教学实验和实际科学实验之间的，具有对科学实验全过程进行初步训练、培养较高层次的教学实验，是基础性、验证性及综合性实验的延伸，具有综合性、典型性、探索性和部分设计性等特点，本文通过对万用表的组装实验来分析设计性实验在高校教育中的重要作用.

1 万用表组装实验

1.1 万用表组装设计提示

万用表是一种通用的多用途电表，其特点是量程多，使用范围广.指针式万用表一般可利用微安表加上一些电子器件进行改装而成.

在将微安表改装成万用表之前首先弄清楚表头量程IG和内阻RG.表头量程从刻度盘即可看出，若不能看出，可通过实验方法测定.内阻在改装前进行测定，用替代法可很快测出.如图1所示，微安表G是实验要用的表头，G'是量程比表头G略大的标准微安表.

(1)将K2置于位置1位，合上K1并调节可变电阻RW1和RW2使表头G的指示电流值处于满刻度，同时记录标准微安表G'的读数.

(2)将K2置于位置2位，合上K1，保持RW1和RW2位置不变，调节标准电阻箱RW0使标准微安表G'的指示值和K2置于位置1位时一样，这时可得内阻为RG=RW0.

1.2 微安表改装万用表的方法

(1)多量程电流表

如图2所示，在表头上并联分流电阻RA即成为电流表，RA的大小可由下式计算:

式中n=I/IG称为扩程倍数或分流系数，I为扩程后的电流量程.

在表头上并联阻值不同的分流电阻便可制成多量程的电流表，但考虑到使用转换的方便，这些接入电路担任分流作用的电阻不是互相独立的，它们相互影响，一次计算发放略为不同.

图1 替代法测表头内阻

图2 分流原理

(2)多量程电压表

将微安表改成电压表，只要给表头串联一个大电阻作为分压电阻即可，设表头电压量程为UG(UG=IGRG)，扩成倍数为m=U/UG，则分压电阻RV的大小可由下式计算:

要制成多量程的电压表，只要按上式计算出不同的分压电阻串联在表头上，然后用转换开关来选择不同的电影量程.

(3)欧姆表

欧姆表测量电阻的电路原理如图3所示，图中E为干电池，其端电压为U.电源E与表头G和限流电阻R相串联，从a、b两点接入被测电阻RX.

选择限流电阻R，须使RX=0时，微安表满刻度偏转，所以R的电阻值应满足下式:

上式表明被测电阻RX与工作电流IX之间有着确定的对应关系.当RX→∞时，IX=0，指针偏转为零.可见，当被测电阻在零至∞之间变化时，表头指针在满刻度IG和零位之间变化，所以欧姆表的标度尺为反向刻度，且刻度不均匀.电阻较小时的刻度比较稀疏，电阻越大，刻度线越密.

此时表头的指针刚好转到满刻度的一半位置，即在刻度盘中央.因此，把RG+R称为欧姆表的中值电阻Rm，它也是欧姆表的内阻.

如图4所示，如果给微安表和限流电阻R并联一个分流电阻Rp，则根据欧姆表中值电阻的意义，有

令R'm=Rm∕10，由上式可得RP≈0.11 Rm，即串联一个0.11 Rm的分流电阻后，欧姆表的中值电阻R'm为原中值电阻Rm的十分之一.对于同一刻度尺来说，刻度值为原刻度值的十分之一，不过它的量程仍然是0→∞.

图3 欧姆表原理

图4 中值电阻原理

在实际使用欧姆表的时候还必须解决欧姆表的调零问题.因为电池的端电压U会逐渐下降，多量程换挡时还会产生附加电阻的影响，从而使得RX=0时IX≠IG，这些都会使欧姆表的零点不准确而产生很大误差.

2 实验要求

首先熟悉实验目的，制定实验方案，用替代法测量表头参数IG和RG.通过实验自行设计电路，利用表头和其他电学仪器组装万用表，并测试固定电阻的电阻值，测量低压电源的输出电压，测量设计电路中的电流大小.

3 对学生综合能力的培养

通过对万用表组装实验的实践，培养学生查阅各种参考资料、基本电路原理的了解、电学器件的学习使用、电路的设计以及实验采用的最佳实验方案，最后进行数据处理，通过实验自行设计和组装万用表，独立的进行操作和测量、观察和记录实验现象和实验数据并进行比较分析、研究实验过程中发现的种种问题，提出改进意见，最后完成实验，写出比较完整的实验报告.

在设计性实验中，学生通过学习、实践，在老师的指导下，启发了学生在实验过程中的逆向思维能力，拓展了学生的知识面，使一些比较抽象的概念或数字得到学生亲自验证，这不仅是理论创新，也是实践的创新.在实践的过程中，使学生积极、主动地去进行探索、思考、锻炼，学生把已经学到的知识综合、全面、灵活地加以应用与发挥，充分调动了学生的主观能动性，提高学生的学习兴趣和创新思维能力，学生的创新意识和创新思维能力在实验中得到了培养，探索实践能力也得到了相应的提高，对以后的学习和工作奠定了良好的基础.

4 结语

大学物理实验教学是大学生实践学习的重要环节，它对高素质创新人才的培养有着不可替代的作用.而设计性实验能够较好的模拟社会工作的形式，在这个过程当中可以使学生的各项品质、创新思维能力等方面得到较为全面的培养，还可以使学生体会到科学史上的每一次进步都要付出艰辛的努力才能够实现.培养具有创新、创造、实践、研究能力的综合型人才是教育和发展的重点，而这些能力的培养必须在实践教育中才能实现，物理实验在培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技进步发展的综合运用能力等方面具有重要的作用.

［1］劳令耳，黄英才.大学物理实验［M］.贵阳:贵州科技出版社，2005.

［2］蒋达娅，肖井华，朱洪波，等.大学物理实验教程(第2版)［M］.北京:北京邮电大学出版社，2005.

［3］沈元华.改革实验教学培养创新人才.实验科学与创新能力［M］.南京:南京大学出版社，2000.

［4］毛金宁，葛宇宏.重视实验思想方法教学，意在创新思维能力培养［J］.大学物理实验，2010，(5).

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