探究性学习报告
题目:《神奇的电压表系列之---三个电压表串联》
学校:青大附中
姓名:刘昭宇
指导老师:魏妙
一、问题来源于突发奇想
说来这是一个偶然,据物理老师所讲,电压表只能与用电器并联,不能与之串联,若串联,那么用电器不会正常工作。这是因为我们把电压表在理想状态下看成一个断路。但实际上,人家和其他用电器一样,都是电阻,不过电压表的电阻超大就是了。
所以我突然想到,若串联三个电压表会出现什么状况?有示数?无示数?示数很大?示数很小?带着这些问题,我展开了一场如火如荼的实验。
二、实验目的
若单纯的为了寻求问题的答案而进行试验未免太单调,通过这个实验,有以下目的:
1. 准确的重新认识电压表,研究它的工作原理
2. 弄清问题的答案
3. 培养创新与动手实践能力
4. 让我们一起热爱物理
三、实验器材
完全相同的电压表3个,导线无数,2节1.5伏的电池,开关一个
四、实验猜想
据我第一感觉判断,这三个电压表应该示数相同。
五、实验进行与步骤
1.首先,正确连接电路,串联三个电压表,使用电压表0-3伏的量程,闭合开关,读出各电压表示数并记录。
2.次之,在原来电路的基础上,将电压表的量程改换为0-15伏,连接好后,闭合开关,读出各电压表示数并记录。
3.再者,在原来电路的基础上,将两个电压表的量程改为0-3伏。另一个的量程为0-15伏。连接好电路后,闭合开关,读出各个电压表的示数
4.然后,在原来电路的基础上,将两个电压表的量程改为0-15伏,另一个的量程为0-3伏。连接好电路后,闭合开关,读出各个电压表的示数
5.重复上述实验各三次,总结归纳
六.实验数据表格
表格一
表格二
表格三
表格四
七.问题的分析
啊,实验结果终于出来了,我是越看越惊奇,发现了不少问题,按照我的预计分析,只有表一和表二符合我的观点,我对其的理解是:三个电压表是三个超大电阻,无论是什么电阻,终究是电阻,所以它符合串联电路的一切规律,按照串联电路的分压公式可知U=U1+U2+U3,
所以这三个电阻所分到的电压是相同的,所以示数应该是一样的,这对于表一和表二是正常的,因为它们的示数十分接近,误差是可以理解的。但表3和表4未免就太荒谬了,但又不得不接受,因为这就是事实!
沉下心来找规律,我又发现,这个示数和电压表的量程有关系,量程大的电阻大,量程小的电阻小,为什么这么说呢?我不难发现,相同量程的电压表无论是怎么连,示数都大致相同,而且示数小的量程就小,示数大的量程就大,但这却如何给予合理的解释呢?
继续沉下心来思索,又有了新的发现,我在不断重复实验的过程中,可以清楚地发现,这三个电压表无论怎么连,示数可能不同,但指针的偏转角度是大致相同的,这就说明这些指针一定受到了一个相同的作用,这种相同的作用导致指针偏转的角度相同,而这种相同的作用会是什么呢?在串联电路中电流是永久不变的,这个相同的作用会是电流吗?
只有问题没有收获是不行的,我的收获很简单,换一种思维来想,量程的不同导致电压表的电阻发生根本性的改变,但这只能粗略地解释一些问题。你看:在表3中,0-15伏的电压表的电阻大,分到的电压就多,所以示数就大一些,在表4中,0-3伏的电压表的电阻小,分到的电压就小一些,这样的话,表格的问题就可以得到解释了,但偏转角度的问题怎么说呢,只是一个巧合吗?
还是陷入了沉思。
八.问题的进一步探索
光想不动手是科学的大忌,所以在出来如此众多和繁琐的问题后,我不得不做一件事:解 剖 电 压 表!
解剖是最简单最愉快的事情了,因为只要搞一个螺丝刀,那就没有问题了,但是解开后的任务就比较难了。
解开后,电压表的内部结构大致是这样的:
1. 一张塑料片,上面刻着刻度
2. 0-3伏的接线处下接着一个电阻,0-15伏接线处下又接了一个电阻(电阻看上去是相等的),两个电阻串联,直通核心。
3. 核心是一块类似于铁的东西,上下柱上缠绕着一些类似于铜丝(学名叫线圈)的东西,上柱的铜丝上绑了一个指针,这一块铁的竖着还有一层金属片包着它。???
这就是大概的东西了。
我现在唯一有勇气搞懂的就是这块铁,这肯定不是一块普通的铁,拿掉下来的螺丝往上面靠,发现它被吸住了,这是一块磁铁!
问题终于又有了新发现,看到磁铁就想到了磁的知识,而磁和电唯一能够联系起来的无非就是电生磁、磁生电了。
九.问题的解决
解决问题靠的是知识,而知识我是远不够的,在这种情况下,我只能依靠网络。
经过认真地研究发现,这叫做电流的磁效应,通俗点来讲就是一个导体通电后,周围就会产生磁场,即拥有了吸力。
那么就很好解释了,对照着迷你图,我们来一次旅行,当电流通过时,磁铁两边的线圈就相应地产生了磁场,那么在这块磁铁的互相作用下,吸力使线圈转动,所以带动着线圈上的指针发生偏转,在配上相应的刻度示数,一个电压表就搞出来了。
如此一来,一切全通了,示数与指针有关,指针与线圈转动大小有关,线圈转动大小与通过的电流有关,等量代换一下,指针的偏转与电流有关,因为串联电路电流处处相等,所以个电流表指针的偏转程度是一样的,但因为量程可能不同,指针所对应的示数会不同,但偏转是一定的,这就可以解释一切了。
十.总结与经验
实验总是令人快乐无比,在这次探究中,我学会了逐步分析一个问题,要会把问题与所学紧密联系在一起,一步步有层次的思索探究,切记不要无头无序的乱想。总而言之,让我们热爱物理吧!!
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