也谈“电源电压取值范围”论文

也谈“电源电压的取值范围”

缩编2011年××市中考物理31题：小明在探究“导体中的电流与导体电阻的关系”实验中，可选择的器材有：6v稳压电源、0～20ω滑动变阻器、电流表、电压表、4ω、5ω、6ω、l0ω、15ω、20ω、25ω、30ω的定值电阻各一个，导线若干。则：本实验中应该选择的电阻分别为：___；本实验要保持电阻两端电压相同，则控制不变的电压值u0应该在___v至___v范围之内选择。赋分答案：5ω、l0ω、15ω、20ω、25ω、30ω(6点、等距)；3.6～6。

现借贵刊一角、陈述如下浅见：

一、关于“6点、等距”

1.何谓“6点、等距”？怎么能把现行人教版课文里画图像的实验要求：“等分电压、测取6组数据”套到该题上来啦？只选用“5ω、l0ω和15ω”3个定值电阻（这跟“电阻圈”仪器的实际标准相吻合），配上“0～20ω滑动变阻器”，最好換成2节1号干电池、勿须用6v稳压电源，不能完成该项探究目的吗？

2.自上个世纪五十年代以来，包括现行人教版新教材、2002年1月第1次印刷本，在《欧姆定律》的课文里，均为测取3组对应的“i和u值”与“i和r值”，然后分析上述数据便得出“欧姆定律内容”。难道这些课文均因没有“6点、等距”地测取和分析6组数据全错啦？本题只要求探究“导体中的电流与导体电阻的关系”、并沒要求“画出i－r关系图像”，为什么还要求考生死背现用课文里编写的内容、也要测取6组对应的“i和r值”？若按照此理，

是否课文里编写的：“探究串、并联电路的电流规律”和“电压特点”等实验，均要增测6组数据？……唉！这真是“书里写的、老师讲的、试卷考的和答案给的，都必须是一模一样”啊！中考“指挥棒”这样地指挥下去的后果将会怎样？哪年神州大陆上才能培养出荣获诺奖的科学家呀？我们认为：如果该题的赋分答案是选用“5ω、l0ω和15ω”3个定值电阻和“只测取3组对应的i和r值”；而死背书本里“测取6组数据”答题要扣分，这才显示出命题人高水平的创新意识！

二、关于“u0的取值范围”

1.依据“探究性电学实验，要尽量采用‘低电压、弱电流’的原则”（其好处有：在通电时间一定时，每次实测时消耗的电能少、特别是使用干电池做实验时，电源电压衰减能慢些；能减小由于电流的热效应、而使金属阻值变大产生较大的误差；能使表v和表a 均选用小量程、能提高测量的精确度）：

⑴最低u0的取值要同时满足3个条件：

①连入最大定值电阻30ω时、测出的电流不得小于表a最小的分度值0.02a：∵ i=u/r，∴u01=0.02a×30ω=0.6v；

②加在最大定值电阻30ω两端的电压，不能低于“电源电压6.0v 与滑动变阻器实际承担的最高电压之差”！此时通过滑动变阻器的电流i30=u/（r30+r滑）=6.0v/（30ω+20ω）=0.12a；滑动变阻器实际承担的电压为u1=0.12a×20ω=2.4v；加在30ω电阻两端的实际电压u02=6.0v－2.4v=3.6v、已经超出表v应选用的“0～3v”

量程！

③还要兼顾连入最小定值电阻5ω时，其两端的电压不能超出“电源电压6.0v与滑动变阻器实际承担的最高电压之差”！此时通过滑动变阻器的电流i =u/r=6.0v/（5ω+20ω）=0.24a，滑动变阻器实际承担的最高电压u1=0.24a×20ω=4.8v；加在5ω两端的电压不能低于u02=

6.0v－4.8v=1.2v＜3.6v！故得：u0的下限为3.6v、有违“低电压、弱电流”的原则！

⑵u0的最高值也要同时满足3个条件：

①加在5ω两端时，通过它的电流不能超过0.6a！故知u0高

1=0.6a×5ω=3.0v；

②要确保表v能够选用“0～3v”的量程、跟⑵-①恰好吻合；

③还要兼顾连入最大定值电阻30ω时，加在其两端的电压，不能低于“电源电压6.0v与滑动变阻器实际承担的最高电压之差”！参看上述可知：此时30ω电阻两端的实际电压u30=

6.0v－2.4v=3.6v＞3.0v！故知采用“低电压、弱电流”时，无法确定u0的取值范围、此题将无解！

2.若釆用高电压、大电流时：

⑴最低电压u0的取值要同时要满足2个条件：

①连入最大定值电阻30ω时，测出的电流不得小于表a最小的分度值0.1a，∵ i=u/r，∴ u01=0.1a×30ω=3.0v；

②连入最大定值电阻30ω时，其两端电压u30不能低于“电源电

压6.0v与滑动变阻器实际承担的最高电压之差”！由上可知：此时u30=3.6v＞3.0v：可知u0的下限为3.6v。

⑵u0的最高值也要同时满足2个条件：

①加在5ω两端时，通过它的电流不能超过它“允许的最大电流

1.5a”：∵i=u/r=6v/5ω

=1.2a＜1.5a；

②通过5ω的电流不能超过表a的最大测量值：∵i=u/r=6v/5ω=1.2a＜3.0a。∴电源电压6.0v符合要求。

故知采用“高电压、大电流”时：u0的取值范围应是“3.6 v～6.0v”。

3.值得质疑的问题有：

⑴该题要求是“本实验要保持电阻两端电压相同”！而在“3.6v～

6.0v”的范围内，找不到一个不变的u0值电压，顺次接在上述6

个电阻两端时，在“0～3a”量程的电流表盘上，均能显示出准确的电流值！例如：6.0v/25ω=0.24a、仅为估读值！试问：只能分析没有一组都是准确的测量值，如何得出“当u一定时，i跟r成反比”的探究结论呢？

⑵3.6 v～6.0v的u0电压加在5ω电阻两端时，通过它的电流将为“0.72～1.2a”！通电后5ω的电阻将会变成约“2.6～7.2w”的电热器！加在10ω电阻两端时，通电后它也会变成约“1.3～3.6w”的电热器！这对5ω和10ω阻值变大的影响，都是可以忽略不计的吗？……

因此我们认为：该题不论做为中考压轴的综合题、或是一般的实验题均是欠妥的！仅向提出修改建议的多位课题组成员致谢！以上谬误难免，敬请各位师长斧正。