高中物理電學(xué)實驗中的電路設(shè)計探析

王愷銘

摘 要：作為高中生，在學(xué)習(xí)物理學(xué)科知識的過程中，特別是電學(xué)實驗的內(nèi)容，很容易產(chǎn)生疑問，難以領(lǐng)悟其中的學(xué)習(xí)技巧。而電學(xué)實驗設(shè)計在高考中所占比重也始終較大，所以，需要提高對于電學(xué)實驗電路設(shè)計內(nèi)容學(xué)習(xí)的重視程度。只有掌握電學(xué)實驗電路設(shè)計的方法才能夠更好地理解物理電學(xué)實驗，加深理解。

關(guān)鍵詞：高中物理 電學(xué)實驗 電路設(shè)計 探析

一、處理高中物理電學(xué)實驗電路設(shè)計問題的原則

在學(xué)習(xí)高中物理電學(xué)實驗的過程中，特別是電路設(shè)計問題，根據(jù)實際的學(xué)習(xí)過程，可以總結(jié)出電路設(shè)計問題的具體處理原則，如下：

1.明確實驗主要目的

在開展電學(xué)實驗電路設(shè)計方面的實驗時，最重要的就是要確定出實驗中所要測定的物理量，同時，深入了解物理規(guī)律，而這就是開展物理電學(xué)實驗的目的[1]。在對實驗?zāi)康倪M行確定以后，需要與既有物理知識進行結(jié)合，思考將要測定的物理量或者是物理規(guī)律是否與已經(jīng)掌握的物理規(guī)律和現(xiàn)象存在關(guān)聯(lián)，是否是通過物理規(guī)律與現(xiàn)象，或者是定量所展現(xiàn)出來的。[1]

2.制定電路設(shè)計方案

在對物理實驗的電路進行設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)站在多個角度思考方案設(shè)計的方法，并且考慮怎樣才能夠采用最佳設(shè)計方案。對實驗設(shè)計方案進行選擇的時候，一定要保證滿足三個條件：第一，應(yīng)當(dāng)確保所選擇的設(shè)計方案在實際操作的時候是安全和可靠的，而且所需要的實驗器材應(yīng)當(dāng)比較容易獲??；第二，在選擇的時候，應(yīng)當(dāng)全面分析設(shè)計方案的誤差，最終選擇出精準(zhǔn)度較大的一種，保證可以進行多次測量；第三，在選擇實驗設(shè)計方案的過程中，還應(yīng)當(dāng)保證所選擇的方案在物理原理或者是實際操作方面相對簡單，而且物理量的測定比較容易。[2]

3.實驗器材和設(shè)計原理圖的選擇

當(dāng)選擇電路實驗設(shè)計方案以后，應(yīng)當(dāng)考慮其他方面的問題，對于實驗方案中所需要采用的測量工具或者是裝置進行考慮[2]。同時，對于所測定的物理量以及定量關(guān)聯(lián)都應(yīng)當(dāng)進行全面考量，應(yīng)通過什么儀器測定也是思考的重點。除此之外，在對上述問題進行考慮的同時，應(yīng)當(dāng)確定出具體的實驗器材，進而根據(jù)所需測量的物理量與實驗器材來對電路原理圖進行設(shè)計，只有這樣才能夠保證設(shè)計的更加合理。[3]

二、高中物理電學(xué)實驗電路設(shè)計的方法研究

在開展物理電學(xué)實驗的過程中，對于電路設(shè)計的方法也是學(xué)習(xí)的重點，只有對設(shè)計方法予以全面掌握才能夠保證更深入地理解電路知識，進而提升自身的物理學(xué)習(xí)能力與水平。以下通過兩個典型的案例，闡述了電路設(shè)計的一般方法：

例題1：實驗的器材包括電壓表、電流表、電源與滑動變阻器[3]。其中，電壓表內(nèi)阻是3KΩ，而量程是3V。電流表量程為1mA，電源的電動勢是3V，且滑動變阻器的最大阻值為20Ω。問題：對上述實驗器材進行合理利用來設(shè)計出電路圖，保證可以準(zhǔn)確地測量出電壓表內(nèi)阻。

詳細(xì)分析：任何電路的組成部分都是測量電路和電源電路。對于該問題來講，如何獲得電源電路是需要考慮的問題。而在測量電路的時候，被測的對象就是電壓表，所以，一定要在測定電路中連接好電壓表，進而對電壓表內(nèi)阻電壓予以直觀觀察，這樣就不需要進行相對復(fù)雜的分析。那么，如何對流過電壓表的電流進行測量也是實驗的重點。

解析：第一，可以使用滑動變壓器分壓式的接法，將其當(dāng)作電源電路，如圖一所示：

第二，因為被測定的對象是電壓表，所以，可以與測量電路相連接，如圖二所示：

第三，應(yīng)當(dāng)在測量電路中將電流表串聯(lián)，進而獲得最終的電路圖，如圖三所示：

第四，對于上述所設(shè)計的電路圖，應(yīng)當(dāng)研究并分析其可行性。當(dāng)電壓表的指針是滿偏的時候，可以計算出流過電流的數(shù)值。簡單地說，當(dāng)電流表指針也是滿偏的時候，可以說明上述的電路設(shè)計可以正常地運行。

例題2：若測量某一電源電動勢E和內(nèi)阻r，而所提供的實驗器材包括滑動變阻器、電壓表、電流表、固定電阻、電鍵與若干導(dǎo)線。問題：繪制出電路圖，并且確保實驗的結(jié)果是準(zhǔn)確的；在實驗過程中，如果電流表的讀數(shù)是，而電壓表的讀數(shù)是，同時，電流表讀數(shù)為，電壓表讀數(shù)為，則請計算出電源電動勢和內(nèi)阻值。

詳細(xì)分析：要想準(zhǔn)確地測量出電源電動勢與內(nèi)阻，就應(yīng)當(dāng)深入了解最基本的電路圖。根據(jù)上述題目所給的條件，其中，可以使用的實驗器材是滑動變阻器、電壓表和電流表，但是，同樣還提供了定值電阻。所以，可以想到研究該定值電阻，并且對合理性進行驗證。

解析：通過繪制電源內(nèi)阻和電動勢的測量電路圖，可以深入地分析定元件參量。由此可以發(fā)現(xiàn)，電壓表的量程與具體規(guī)定是不吻合的，可以使用定值電阻來對電路圖進行改善。與此同時，如果把電壓表和定值電阻相互串聯(lián)，是否具有可行性，如果把電流表和定值電阻相互串聯(lián)，是否具有可行性，這些都是在電路設(shè)計中需要考慮到的問題。通過詳細(xì)地考慮與分析以后，最終繪制出最佳的電路圖。

在此基礎(chǔ)上，在學(xué)習(xí)電路設(shè)計的時候，還可以借助于多媒體手段與資源，這種學(xué)習(xí)方式能夠在學(xué)習(xí)的過程中使我們更集中。其中，可以通過PPT的方式，將電路的設(shè)計方法展示出來，進而能夠更加直觀地了解電學(xué)實驗的內(nèi)容。同時，還可以在課余時間自己搜索與電學(xué)實驗相關(guān)的物理實驗視頻，通過視頻播放的方式，將實驗步驟呈現(xiàn)在眼前，而且可以反復(fù)觀看，進而更深入地掌握實驗的具體步驟。

另外，也可以通過仿真軟件創(chuàng)設(shè)實驗室，進而在虛擬實驗室當(dāng)中進行連接實驗，不會發(fā)生危險，也不會破壞實驗儀器。這種軟件學(xué)習(xí)平臺對于我們學(xué)生來說是一種全新的學(xué)習(xí)方式，使自身的學(xué)習(xí)興趣不斷提高，更深入地掌握電路設(shè)計的技巧。

結(jié)語

綜上所述，在學(xué)習(xí)高中物理電學(xué)實驗的過程中，應(yīng)當(dāng)重視電路設(shè)計的問題，特別是在設(shè)計的過程中，一定要遵循基本原則，對實驗主要目的以及設(shè)計方案進行確定，同時，需要合理地選擇使用實驗器材，正確設(shè)計出電路原理圖。另外，還應(yīng)當(dāng)對既有的物理知識進行靈活的運用才能夠更好地理解物理知識。以上通過對電路設(shè)計原則的研究與分析，以兩個典型電路設(shè)計例題為重點，闡述了如何正確設(shè)計電路的方法，希望能夠通過我的學(xué)習(xí)經(jīng)驗為其他學(xué)習(xí)物理電學(xué)實驗的學(xué)生提供寶貴的意見。

參考文獻(xiàn)

[1]吳敏.例談如何進行電學(xué)實驗的電路設(shè)計[J].物理教師：高中版，2011（11）：38-38，40.

[2]杜治國.電學(xué)實驗中的電路設(shè)計[J].中國教育技術(shù)裝備，2012（19）：130-131.

[3]王心應(yīng).高中物理電學(xué)實驗中的電路設(shè)計分析[J].中學(xué)生數(shù)理化（教與學(xué)），2015（4）：89-89.