突破設(shè)計(jì)性電學(xué)實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)

蔡義春

摘要：高考物理大綱要求考查五種能力，而設(shè)計(jì)性電學(xué)實(shí)驗(yàn)，能夠考查學(xué)生的多種能力。那么，物理教師應(yīng)該如何深化物理教學(xué)、提高學(xué)生的能力呢？筆者認(rèn)為把握本質(zhì)，學(xué)好基礎(chǔ)，學(xué)會(huì)選儀器、選電路，就可以突破設(shè)計(jì)性電學(xué)實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：高考物理；設(shè)計(jì)性電學(xué)實(shí)驗(yàn)；難點(diǎn)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1992-7711（2014）09-0133

高考物理大綱要求考查的五種能力是：理解能力、推理能力、分析綜合能力、運(yùn)用數(shù)學(xué)處理物理問題的能力、實(shí)驗(yàn)與探究能力。設(shè)計(jì)性電學(xué)實(shí)驗(yàn)，能考查學(xué)生的多種能力，因此絕大部分高考物理試題都有電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。那么，教師應(yīng)如何深化教學(xué)才能達(dá)到教綱、考綱的要求呢？

一、選儀器

1. 選儀器的原則

（1）安全：所選儀器的額定電流、電壓不得小于電路中的電流、電壓，以確保安全。從儀器安全的角度，要求電表的量程盡可能大一些。

（2）精確：在確保安全的條件下，量程越小越精確。

（3）簡潔：在確保安全、精確的條件下，原理、電路越簡潔越好。

例1. （2013年北京卷）某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定一個(gè)阻值約為5Ω的電阻Rx的阻值?，F(xiàn)有電源（4V，內(nèi)阻可不計(jì)）、滑動(dòng)變阻器（0～50Ω，額定電流2A）、開關(guān)和導(dǎo)線若干以及下列電表：

A. 電流表A1（0～3A，內(nèi)阻約0.025Ω）

B. 電流表A2（0～0.6A，內(nèi)阻約0.125Ω）

C. 電壓表V1（0～3V，內(nèi)阻約3kΩ）

D. 電壓表V2（0～15V，內(nèi)阻約15kΩ）

為了減小測(cè)量誤差，在實(shí)驗(yàn)中，電流表應(yīng)選用 ，電壓表應(yīng)選用 。

分析：從安全因素考慮，優(yōu)先選擇電壓表V2，而電源電動(dòng)勢(shì)為4V，則電路中最大電壓不超過4V，不到電壓表的三分之一，雖然安全，但精確度達(dá)不到要求，故選電壓表V1。雖然電源電動(dòng)勢(shì)為4V，電壓表的量程為3V，但可通過滑線變阻器控制在3V內(nèi)。由Im=■=■=0.6A′，故電流表選A2。所以答案為電流表選A2，電壓表選V1。

二、選電路

在設(shè)計(jì)性電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，測(cè)電阻、元件的伏安特性時(shí)電流表有內(nèi)接和外接兩種連接方式；滑線變阻器有分壓式、限流式兩種連接方式。如何才能作出正確的選擇呢？

1. 安培表內(nèi)、外接的選擇

（1）安培表內(nèi)接，如圖： ，由R測(cè)=■=■=R真+RA，若R真較大，即R真≥RA，則R測(cè)=R真+RA≈R真，誤差很小。若R真較小，則R測(cè)=R真+RA>R真，相對(duì)誤差較大，不能用內(nèi)接法測(cè)量。因此，當(dāng)被測(cè)電阻較大時(shí)，則安培表應(yīng)內(nèi)接。

（2）安培表外接，如圖： ，R測(cè)=■=■=■=■=■，若被測(cè)電阻較小，即R真≤RV，則R測(cè)=■<■=R真，誤差很小。若R真較大，則R測(cè)=■<■=R真，即R測(cè)

總之，安培表內(nèi)、外接的原則是：內(nèi)大外小，即內(nèi)接法測(cè)大電阻，外接法測(cè)小電阻。

2. 滑線變阻器分壓式、限流式的選擇

若有下列條件之一，滑線變阻器必采用分壓式連接：

（1）要求電壓表的示數(shù)從零開始。若限流，則■=■，電壓表的示數(shù)不可能從零開始，所以不能限流，只能分壓。

（2）實(shí)驗(yàn)要求測(cè)多組數(shù)據(jù)即電壓取值范圍盡可能大。

（3）被測(cè)電阻的阻值比滑線變阻器大得多。因?yàn)槿舨捎孟蘖?，則I=■，RX≥R線，I=■≈■，即在限流時(shí)，當(dāng)被測(cè)電阻比滑線變阻器大得多時(shí)，改變滑線變阻器，外電路的總電阻幾乎不變，因此電流表的示數(shù)幾乎不變。所以，當(dāng)被測(cè)電阻的阻值Rx比滑線變阻器的阻值大得多時(shí)，滑線變阻器只能分壓。

在分壓電路中，在安全條件下，滑線變阻器越小，越便于調(diào)節(jié)。

若不滿足上述條件，則優(yōu)先考慮限流，因?yàn)橄蘖麟娐繁确謮弘娐泛啙崱?/p>

例2. （2013年天津卷）要測(cè)繪一個(gè)標(biāo)有“3V 0.6W”小燈泡的伏安特性曲線，燈泡兩端的電壓需要由零逐漸增加到3V，并便于操作。備選用的器材有：

電池組（電動(dòng)勢(shì)為4.5V，內(nèi)阻約1Ω）；

電流表（量程為0250mA，內(nèi)阻約5Ω）；

電壓表（量程為03V，內(nèi)阻約3kΩ）；

電鍵一個(gè)、導(dǎo)線若干。

①實(shí)驗(yàn)中所用的滑動(dòng)變阻器應(yīng)選下列中的 。

A. 滑動(dòng)變阻器R1（最大阻值20Ω，額定電流1A）

B. 滑動(dòng)變阻器R2（最大阻值1750Ω，額定電流0.3A）

②實(shí)驗(yàn)的電路圖應(yīng)選用下列的圖

分析：由于測(cè)繪伏安特性曲線，需要測(cè)多組數(shù)據(jù)，因此滑線變阻器必選擇分壓式。要求便于操作，故滑線變阻器在安全的條件下盡可能小，所以滑線變阻器選R1。又因小燈泡電阻較小，由內(nèi)大外小的原則，則安培表外接。綜合上述電路圖選B。

掌握了上述特點(diǎn)，則處理設(shè)計(jì)性電學(xué)實(shí)驗(yàn)就顯得游刃有余了。

例3. 一阻值約為30kΩ的電阻R，要用伏安法（下轉(zhuǎn)第136頁）（上接第133頁）較準(zhǔn)確地測(cè)出它的阻值，實(shí)驗(yàn)室備有下列器材：

A. 電源（E1=16V，r=2Ω）

B. 電源（E2=3V，r=0.5Ω）

C. 電壓表V1（15V，內(nèi)阻約50KΩ）

D. 電壓表V2（3V，內(nèi)阻約10KΩ）

E. 電流表A1（500μA，內(nèi)阻約500Ω）

F. 電流表A2（1mA，內(nèi)阻約250Ω）

G. 滑動(dòng)變阻器（阻值0～200Ω）

H. 開關(guān)一只，導(dǎo)線若干。

①從上面器材中選出合適的器材為（用字母表示）

②畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。

分析：從安全因素考慮，優(yōu)先選擇電源E2，由I=■≈■=100μA，是電流表A1量程的五分之一，是電流表A2量程的十分之一，雖然從安全因素考慮可行，但從精確度考慮，沒有過量程的三分之一，達(dá)不到精確度。因此不能選擇電源E2，只能選擇電源選E1。由I=■≈■=533μA，若考慮滑線變阻器的作用，則電流I可控制在量程500μA內(nèi)，因此電流表選A1。所以選擇儀器的答案為ACEGH。由于被測(cè)電阻R約為30kΩ，是大電阻；由內(nèi)大外小的原則，則安培表內(nèi)接。又因?yàn)榛€變阻器的最大電阻為200Ω，遠(yuǎn)小于被測(cè)電阻，故滑線變阻器只能采用分壓式。測(cè)量電路如下圖：

總之，掌握了選擇儀器與選擇電路的原則，學(xué)生就可以輕輕松松地突破設(shè)計(jì)性電學(xué)實(shí)驗(yàn)。

（作者單位：浙江省泰順縣育才高級(jí)中學(xué) 325500）