改变传统教学模式 注重实验引导 ——从一道“灯泡串联”题目引发的思考

改变传统教学模式 注重 实验引导 ——从一道“灯泡串联”题目引发的思考

黄新希

广东省汕头市世贸实验学校 （ 广东 汕头 ） 515041

摘 要：一道关系到比较重要的物理知识，又很常见的典型题目，我们一直沿用的解答与客观事实竟然相去甚远，说明以前对这个题目的教学确实不够严密，失去了教学内容本应具备的科学性，所以应该及时认真地纠错改正。同时这道题错解的纠正过程，本身实在是物理教学中一个极好又难得的范例。

关键词：物理实验、教学、重要性

在九年级“电功率”的教学中， 有这样一道常见的典型题目：“甲、乙两盏灯泡，甲标着‘PZ220—25’，乙标着‘PZ220—60’，如果把它们串联后接到照明电路上，哪盏灯较暗？为什么？”

对于这一道题目的常见解答大致是如下两种：

解法1：根据两灯的额定条件计算得：

R_甲=U_额²/P_额甲 =（220伏）²/25瓦=1936欧；

R_乙=U_额²/P_额乙 =（220伏）²/60瓦=807欧；

所以，两灯串联时总电阻R_总=R_甲+R_乙

=1936欧+807欧

=2743欧

由于串联，通过两灯的电流相等，所以

I=U_总/R_总=220伏/2743欧=0.08安

两灯实际功率是：

P_甲=I² R_甲=(0.08安)²×1936欧=12.4瓦

P_乙=I² R_乙=(0.08安)²×807欧=5.2瓦

两灯的实际功率比较：P_甲＞P_乙

所以，甲灯较亮，乙灯较暗。

解法2：灯泡的电阻R =U_额²/P_额

由于两灯额定电压相等，而P_额甲＜P_额乙，所以R_甲＞R_乙

根据Q=I²Rt

因为串联时通过两灯的电流I相等，又R_甲＞R_乙

所以相同时间内电流通过两灯时产生的热量：Q_甲 ＞Q_乙

所以，甲灯较亮，乙灯较暗。

表面上看起来，上面列出的两种解法并没有错误，不存在值得怀疑之处。为了加强教学效果，我就把这样的两盏灯串联和并联起来，接入照明电路，对比演示让学生观察。可是一试，就试出了问题。

两灯的并联实验结果完全在预料之中，可是进行两灯串联的实验时，却发现结果出乎意料。观察到的实验结果是：甲灯仅比额定电压下正常工作时稍微变暗了一些，不注意比较还难于察觉，没有出现甲灯从25瓦减小到12.4瓦时应该能够明显表现出来的亮度变化。原来计算时实际功率为5.2瓦的乙灯，这时观察的现象更不一致，它是完全不亮了。调换灯泡，重新试了两次，结果都一样。仔细一想，恍然大悟。原来解题时根本没有考虑到白炽灯泡的基本特性之一，那就是在灯丝两端电压改变时，由于相应发生的灯丝温度变化，导致灯丝的电阻表现出非线性变化。而且串联的两盏灯泡，从刚开始通过的电流到稳定发光的短暂瞬间内，随着两灯炮灯丝温度的改变，两灯灯丝电阻之比R_甲 /R_乙随之改变，两灯的端电压之比U_甲 /U_乙也相应改变，随着两灯灯丝温度由室温升高，由于室温时R _甲>R_乙，起始时刻P _甲>P_乙，甲灯灯丝温度比乙灯灯丝温度升高幅度大，甲灯灯丝电阻就比乙灯灯丝电阻增大幅度大，两灯灯丝电阻之比R_甲 /R_乙随之增大，两等的端电压之比U_甲 /U_乙也相应增大，又甲乙两灯端电压之和保持不变，甲灯丝端电压增大，而乙灯丝端电压减小，这一趋势的变化一直进行到最终达到稳定状态。对于本题中“PZ220—25”和“PZ220—60”灯泡串联，在稳定状态时乙灯的灯丝电阻非常小，结果乙灯和甲灯在串联后，虽然通过的电流和甲灯相等，但是由于乙灯的电阻实在已经太小了，乙灯的实际电功率或相同时间内电流通过灯丝产生的焦耳热也就顺理成章地减小到非常小，以至于乙灯完全不发光，而甲灯由于实际电流比额定状态下只是稍有减小，实际电功率在相同时间内，电流通过灯丝产生的热量也只比额定状态稍有减小，所以才出现了甲灯稍微变暗，乙灯完全不亮的实验结果。因此，这个题目的正确答案应该修改成“甲灯变亮稍有减弱，乙灯不亮”，才会和实际情况相互。

本题中“220V，25W”和“220V，60W”这一组灯泡串联实验的结果是否具有普遍性？带着这个问题，我用几个额定电压都是220但额定功率大小不等的灯泡，进行了不同的串联组合后，接入照明电路对比额定状态实验观察，并进行实际测量。（测量时照明电路电压调压为220伏，室温为10摄氏度）

由实验可以发现，假设灯丝电阻不随温度而改变计算的实际功率，和根据实验数据算出的结果之间两相比较，只有在两灯额定功率相对差别较小时(如25W+40W、40W+60W两种组合)，组合中额定功率较大灯泡的实测功率值，才和假设灯丝电阻不随温度而改变计算的数值较好地吻合，而在两灯额定功率相对差别较大时（如15W+40W、15W＋60W、15W+100W、40W+100W、60W+100、等等组合），两者误差很大，但是在两灯额定功率相等时又存在很大的误差，其中是否存在一定的规律？还是随机变化？鉴于本文篇幅所限，对这个问题将另文叙述。

一道关系到比较重要的物理知识，目的在于培养学生认真的态度、科学的方法，和实际结合得很紧密，又很常见的典型题目，我们一直沿用的解答与客观事实竟然相去甚远，说明以前对这个题目的教学确实不够严密，失去了教学内容本应具备的科学性，所以应该及时认真地纠错改正。同时这道题错解的纠正过程本身实在是物理教学中一个极好又难得的范例。验证实验方法简单、效果明显；解题原理也不是很复杂，即使是初中学生，通过观察实验现象，在教师的引导下认真进行适当分析之后，也完全能够初步理解掌握。通过对这道题目错解纠正，学生还能够深刻体验到实验对于物理教学的意义，所以这道题的错解纠正教学，可以作为电功率、焦耳定律教学中的一个典型范例。根据学生的实际学习能力，把握好教学时机、方法和教学内容的深度和广度，可以达到举一反三的好效果。

由于解题要求学生能熟练掌握应用电功率公式，或焦耳定律进行计算或比较，而且初中物理教材中的典型例题中，已经安排了本题中这两盏灯泡，正常发光时通过的电流和灯丝电阻的计算，之后才讲授焦耳定律。所以我认为在初中物理课中，可以把它安排在电功和电功率全章结束后的习题课，作为重点复习题。复习课前一节先把题目留给学生作为课后思考题，并只提示两灯都不能正常发光，让学生们课后思考讨论解题方法。习题课时先讨论学生的解法，完成应用电功率确切地说公式和焦耳定律进行计算或比较的复习巩固，然后以验证为名演示实验，在学生发现实验现象和原来的计算结果明显不同后，及时激发并引导学生根据学过的知识进行比较仔细的分析和讨论，最后引导学生归纳学习所得，可以取得更好的教学效果。在促进学生更加重视科学实验的同时，也有利于培养学生养成认真的科学态度，不畏困难，敢于否定自己，否定成规，求真求实的科学精神，使学生的自主性、创造性得到发挥。

物理学作为一门以实验为基础，和实验紧密联系的科学，面对科学发展的今天，在教学中，我们必须始终坚持科学性和理论联系实际的教学原则；对教学内容认真研究，充分发挥物理实验手段在教学过程中的作用；充分展示物理学知识特有的生动直观性，来启发学生积极思维，积极引导学生逐步发展，对常规敢于质疑的态度，发展学生用实验手段研究物理问题的能力，努力培养学生勇于进行科学研究的精神。

参考文献：

[1] 张璐. 略论有效教学的标准[J].教育理论与实践，2000(11):38-41.

[2] 鲍里奇著，易东平译. 有效的教学方法[M] .江苏:江苏教育出版社,2010.2

[3] 曾华育. 浅谈初中物理实验教学[EB/OL].新东方企业网2010-06-17.

[4] 盛书. 初中物理科学探究式教学的实施[EB/OL].育龙网2009-02-24.

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