李之後

摘 要：在高中物理的學(xué)習(xí)過程中，電學(xué)實(shí)驗(yàn)是我們高中生實(shí)驗(yàn)課程的重點(diǎn)內(nèi)容，也是我們高中生在學(xué)習(xí)過程當(dāng)中必須接觸并且需要熟練掌握的一門課程，電學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)也是高考物理科目中的重點(diǎn)。高中電學(xué)實(shí)驗(yàn)的原理比較復(fù)雜，其中涉及的實(shí)驗(yàn)器材種類也繁多，而且在每一種器材中都有著相應(yīng)不同的量程，所以對(duì)電路和器材的選擇也成為電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：高中物理；電學(xué)實(shí)驗(yàn)；學(xué)習(xí)方法；策略研究

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-5312（2017）09-0204-01

總結(jié)近幾年學(xué)長們的高考物理，電學(xué)實(shí)驗(yàn)所涉及的范圍比較廣，并且考核的形式多樣，考核的內(nèi)容源于教材而又高于教材，需要我們?cè)谏羁填I(lǐng)會(huì)基本知識(shí)的同時(shí)應(yīng)用于新的實(shí)踐。本文著重從器材和電路的選擇上進(jìn)行探討。

一、基本器材的選擇

（一）電源的選擇

實(shí)驗(yàn)所需要的電源根據(jù)實(shí)驗(yàn)中的要求來進(jìn)行選擇。如“電火花計(jì)時(shí)器”一般使用220V的交流電源；“電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器”所使用的電源比較低，所以運(yùn)用4-6v低壓交流電源即可；“電場(chǎng)中等勢(shì)線的描繪”使用直流6V電源；而“測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻”則只需要使用電池即可。就物理實(shí)驗(yàn)的一般情況而言，選擇低壓電源是一般控制在6～12V的范圍內(nèi)。

（二）內(nèi)外接電路的選擇

判斷方法主要有3種情況：（1）已知RA則選擇內(nèi)接法，因?yàn)閮?nèi)接法時(shí)有R測(cè)= R真+ RA所以此時(shí)沒有系統(tǒng)誤差，理論上可得到RA的真實(shí)值；同理已知RV時(shí)則采用外接法，因?yàn)橥饨臃〞r(shí)有1/R測(cè)=1/ R真+1/ RV所以這時(shí)也沒有系統(tǒng)誤差。我們?cè)谶x用內(nèi)外接法時(shí)應(yīng)首先考慮此種方法；（2）比較法：若RV/Rχ>Rχ/RA，則選用外接電路；若Rχ/RA>RV/Rχ則用內(nèi)接電路。也可用試觸法選內(nèi)外接電路；（3）試觸法：我們分別把開關(guān)K與a，b接觸，得到兩組U，I數(shù)據(jù)，然后比較電壓與電流的變化率（不是變化量）的大小關(guān)系，電壓表變化率大，則說明電流表分壓明顯，則我們選擇外接法，電流表率大則說明電壓表分流明顯，我們選擇內(nèi)接法。

（三）電路的選用

電路的選用要考慮電路的結(jié)構(gòu)，這就需要考慮兩種電路，測(cè)量電路與控制電路，測(cè)量電路可以直接與電學(xué)儀表相連接，因此這里介紹的主要是對(duì)控制電路的選擇。

如果負(fù)載電阻Rx遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的總電阻R時(shí)，就需要選用分壓式的接法，這時(shí)限流式的接法對(duì)電路起不到調(diào)節(jié)作用.如果采用限流電路，那么電路中的最小電路仍然會(huì)超過電器的電壓或者是電流表的量程時(shí)，那么應(yīng)選用分壓式的接法。

如果負(fù)載電阻Rx小于或者是與滑動(dòng)變阻器的總電阻R相差不大時(shí)，并且電流、電壓表的讀數(shù)不是從零開始可以調(diào)解時(shí)，要選擇限流式的接法.兩種電路都可以選擇使用限流式的接法，因此，這種接法比較簡單，而且總功率比較小。

（四）滑動(dòng)變阻器的選擇

在滿足實(shí)驗(yàn)要求的條件下，要選用阻值比較小的變阻器（阻值越小，電阻的變化越平緩，不至于使測(cè)量電路中的電流或電壓增加的非常突然，在調(diào)節(jié)時(shí)比較容易控制測(cè)量的物理量的變化，即調(diào)節(jié)方便）。一般情況下分壓式電路，在保證安全的前提下，電阻阻值越小越好；而限流式接法一般要求變阻器的阻值為被測(cè)電阻的2—5倍為宜。

二、基本原則

（一）安全性原則

安全性指的是，在實(shí)驗(yàn)過程中保證電流電壓的穩(wěn)定性，在使用時(shí)不會(huì)對(duì)人員或者設(shè)備產(chǎn)生損害。而在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，其安全性主要表現(xiàn)在電流表、電壓表使用中，其注意事項(xiàng)為“正、負(fù)接線柱正確鏈接”；“各電表的讀數(shù)不能超過其量程，電阻類元件的電流不能超過其最大允許電流等”；“電源的最大輸出電流不超過其額定電流等“。

例題2 為了測(cè)定一段金屬絲的電阻（阻值大約為10Ω），主要備選儀器如下：

A.電動(dòng)勢(shì)是6V的直流電源

B. 0～600mA的量程、內(nèi)阻為2Ω的電流表

C. 0～100mA的量程、內(nèi)阻為15Ω的電流表

D. 0～3V的量程、內(nèi)阻為3kΩ的電壓表

E. 0～15V的量程、內(nèi)阻為15kΩ的電壓表

F. 0～10Ω的量程、額定電流為1.0A的滑動(dòng)變阻

①電流表應(yīng)選用______。

②電壓表應(yīng)選用______。

解：首先必須估算出電路中可能的最大電流值及電路兩端的最大電壓值，當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻為零時(shí)，電路中電流最大。根據(jù)閉合電路歐姆定律可得：Imax≈ε/R=0.6A。故應(yīng)選電流表B。同理，當(dāng)電路中電流達(dá)到最大時(shí)，電阻兩端的電壓也為最大，其值可能達(dá)6V，故伏特表應(yīng)選E。

（二）適用性原則

在物理的實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，其數(shù)據(jù)的要求比較高，所以所選取的設(shè)備必須要能保證實(shí)驗(yàn)正常地順利地進(jìn)行，應(yīng)使實(shí)驗(yàn)的測(cè)量范圍符合實(shí)驗(yàn)要求。

例題3 有一改裝的安培表A1需要與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)安培表A2進(jìn)行核對(duì)，采用如圖3所示電路，其中ε為直流電源（三節(jié)蓄電池串聯(lián)而成），R0為一定值電阻，R為一可變電阻，S為電鍵。實(shí)驗(yàn)中已有的器件及儀器的規(guī)格如下：

A.固定電阻（阻值8Ω，額定電流2A）

B.固定電阻（阻值15Ω，額定電流2A）

C.滑動(dòng)變阻器（阻值范圍0～20Ω，額定電流2A）

D.滑動(dòng)變阻器（阻值范圍0～200Ω，額定電流2A）

已知兩個(gè)表的刻度盤上都將量程均分為6大格，要求從0.1A起對(duì)每條刻度線一一進(jìn)行核對(duì)。為此，從備用的電阻器中R0應(yīng)選用______，R應(yīng)選用______（用字母代號(hào)填入）。

解：定阻電阻器R0在電路中稱為限流電阻，它的作用是限制電路中的最大電流。使之不超出安培表的量程過多，從而對(duì)安培表起保護(hù)作用?；瑒?dòng)變阻器R為調(diào)節(jié)電阻，它的作用是調(diào)節(jié)電路中的電流強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電路中的電流強(qiáng)度起控制作用。從題中的要求看，即電流應(yīng)在0.1～0.6A的范圍內(nèi)，I=U/R，即電阻的最小值小于10Ω，最大值應(yīng)大于60Ω，即R0應(yīng)選用A，R應(yīng)選用D。

（三）方便性原則

所謂方便性原則，就是在保證實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝽樌M(jìn)行的條件下（安全性、適用性符合要求），如何恰當(dāng)?shù)剡x擇器材或?qū)嶒?yàn)裝置使實(shí)驗(yàn)操作方便易行。這一原則在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中也很突出，主要表現(xiàn)在滑動(dòng)變阻器的選擇、分壓電路與限流電路的選擇等。

滑動(dòng)變阻器在電路中有兩種接法：分壓式接法和限流式接法。 當(dāng)滑動(dòng)變阻器用作限流時(shí)，是把滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電路中，用以控制或調(diào)節(jié)電路中的電流。此電路中待測(cè)電阻Rx兩端的電壓的調(diào)節(jié)范圍是[E·Rx/（Rx+R）]～E。

當(dāng)滑動(dòng)變阻器用作分壓時(shí)，是從滑動(dòng)變阻器上分出一部分電壓加在待測(cè)電阻上。其優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)它的滑片從a端向b端滑動(dòng)時(shí)，待測(cè)電阻Rx兩端的電壓可從零開始連續(xù)變化到所需電壓（限流式則不能），且電壓的調(diào)節(jié)范圍是0～E，比用作限流時(shí)要大。

變阻器的接法的選擇可以根據(jù)以下條件判斷：（1）以下幾種情況一般選分壓電路： ①要求被測(cè)電阻兩端電壓變化范圍較大，如有些實(shí)驗(yàn)要求畫出U-I圖象的，或要求電壓從零開始連續(xù)可調(diào)的；②若用限流接法接成電路，電路中的最小電流仍大于待測(cè)電阻的額定電流或電路中電流的額定值的；③滑動(dòng)變阻器的電阻RRx，為使電流有明顯的變化也應(yīng)用分壓電路；（2）若滑動(dòng)變阻器的阻值R>Rx，兩種電路都符合要求，選限流接法，具有省電、電源負(fù)擔(dān)輕、電路連接簡便的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用限流法；（3）限流式適合測(cè)量阻值小的電阻（跟滑動(dòng)變阻器的總電阻相比相差不大或比滑動(dòng)變阻器的總電阻還?。?。分壓式適合測(cè)量阻值較大的電阻（一般比滑動(dòng)變阻器的總電阻要大）。

三、結(jié)語

物理實(shí)驗(yàn)在高考當(dāng)中所占據(jù)的比例越來越大，對(duì)于實(shí)驗(yàn)的具體應(yīng)用知識(shí)所涉及的也越來越廣泛，所以高中生在學(xué)習(xí)的過程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)從實(shí)踐應(yīng)用入手對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深刻的領(lǐng)悟并及時(shí)總結(jié)和創(chuàng)新。

指導(dǎo)教師：江蘇省宜興第一中學(xué)謝繼超

參考文獻(xiàn)：

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