實驗電路選擇的對比剖析與研究

葉李根

【摘要】高中物理實驗電路的選擇是高考的熱點也是易錯點，如何更加有效的進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生加深理解與快速正確選擇實驗電路與器材，是擺在我們廣大物理教師面前的難題。本文通過對實驗電路的選擇知識的剖析與研究為進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行教學(xué)探討及提供教學(xué)參考。

【關(guān)鍵詞】實驗電路選擇 歸納對比 教學(xué)剖析

【中圖分類號】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）22-0162-01

一、研究課題的來源

高考考綱中規(guī)定的電學(xué)實驗有五個。其中：測定金屬絲的電阻率、描繪小燈泡的伏安特性曲線、測定電源的電動勢和內(nèi)阻這三個實驗里面都涉及到了電學(xué)實驗電路的選擇問題（包括電流表的內(nèi)接法和外接法，以及滑動變阻器的限流、分壓接法），是高考實驗中的?？紵狳c與易錯點，在高中電學(xué)實驗中占有非常重要的地位。

但筆者在實際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生在學(xué)習(xí)如何選擇實驗電路時還只是簡單停留在記住口訣：電流表“大電阻內(nèi)接，小電阻外接”，簡稱“大內(nèi)小外”；要求電壓從零開始調(diào)節(jié)，滑動變阻器應(yīng)選分壓的程度上。在實際解題時有點盲目套用，特別是遇到測定電源電動勢和內(nèi)阻這個實驗時更是有點摸不著頭腦，分不清如何選擇電路。為解決這個問題，特別是讓學(xué)生在高三復(fù)習(xí)時對此部分得以突破，準(zhǔn)確做出選擇，筆者通過探索發(fā)現(xiàn)采用歸納對比的教學(xué)方法效果更為顯著。

二、研究歷程

1.對比、深入剖析，掌握方法

首先，我們來看看測定金屬絲的電阻率及描繪小燈泡的伏安特性曲線的實驗電路圖：

兩個實驗都采用了電流表外接法，原因是一般的金屬絲和小燈泡的電阻都較小，幾歐姆到幾十歐姆（此部分筆者采用了現(xiàn)場實測金屬絲與小燈泡的電阻，讓學(xué)生加深印象），待測電阻屬于小電阻，電流表采用外接法測量誤差較小。

滑動變阻器因描繪小燈泡伏安特性曲線這個實驗有要求電壓從零開始調(diào)節(jié)、測量多組數(shù)據(jù)而采用了分壓式接法，測定金屬絲電阻率實驗則無特別要求，因而從能耗及操作簡便上采用了滑動變阻器限流式接法。

那么測定電源電動勢和內(nèi)阻的實驗電路應(yīng)該選擇怎樣的呢？請看教材中采用的實驗電路圖，圖1：

很多學(xué)生會以為圖1是限流內(nèi)接，其實對于這個實驗我們首先要明確的是這個時候待測電阻是誰？是滑動變阻器嗎？不是，待測電阻是電源內(nèi)阻。所以從待測電阻是電源內(nèi)阻來看，這個圖1電路其實是限流外接。那么為什么不采用圖2所示電路呢？因為一般的電源內(nèi)阻都非常小，若采用圖2電路則電源內(nèi)阻r測=r真+rA，r真與rA若都是幾歐姆，百分比誤差會很大。值得注意的是若為測定“水果電池”的電動勢和內(nèi)阻，因水果電池內(nèi)阻比較大（一般幾百歐），所以此時電路則應(yīng)該選擇圖2誤差才會較小。

對比小結(jié)：①上述這三個實驗待測電阻分別是金屬絲、小燈泡、電源內(nèi)阻，多為幾歐姆的小電阻，因此電流表多采用外接法。②因描繪小燈泡伏安特性曲線實驗中有電壓從零開始調(diào)節(jié)要求，因而采用滑動變阻器分壓式接法，其它兩個實驗從能耗、操作方便角度考慮多采用限流式接法。

2.對比應(yīng)用，衍生拓展

通過上述的對比剖析，可能學(xué)生對實驗電路選擇已經(jīng)有了一定了解，那么如何將所得方法深入理解與掌握，使之舉一反三、觸類旁通呢？典型題目的對比應(yīng)用，衍生拓展顯得尤為重要。下面就以一道經(jīng)典的例題來與前面的方法對比闡述：

例.現(xiàn)準(zhǔn)備用伏安法測量一段未知材料的阻值，提供如下器材：

①待測材料（阻值約300Ω）

②電池組（6V，內(nèi)阻約10Ω）

③電流表（0-10mA，內(nèi)阻約50Ω）

④電壓表（0-3V，內(nèi)阻約30KΩ）

⑤滑動變阻器（阻值范圍0-20Ω）

⑥開關(guān)一個，導(dǎo)線若干

請根據(jù)上述器材的規(guī)格和實驗要求，設(shè)計實驗電路圖。

對比剖析：先看滑動變阻器接法的選擇，若接成限流式接法，因最大阻值都遠(yuǎn)小于待測材料的阻值，電表調(diào)節(jié)范圍不大，所以滑動變阻器應(yīng)采用分壓式接法；再看電流表接法的選擇，待測材料阻值與兩電表阻值相比，阻值和電壓表的阻值相差較大，所以電流表采用外接法。

綜上，測量電路圖應(yīng)采用“分壓外接”，電路圖略。

對比小結(jié)：實驗電路選擇時，須從兩個方面考慮，滑動變阻器是限流式接法還是分壓式接法以及電流表是外接法還是內(nèi)接法。實際教學(xué)中，電流表的接法判斷學(xué)生還是相對容易掌握的，滑動變阻器相對更難。解題時，滑動變阻器接法可參考如下內(nèi)容進(jìn)行判斷：

①若滑動變阻器阻值與待測電阻阻值相近或大一點，一般采用限流式接法。實際實驗操作中，選擇滑動變阻器時，一般選擇阻值為待測電阻阻值2-5倍的為好。

②若滑動變阻器阻值與待測電阻阻值相比小很多，為使電表讀數(shù)范圍大一些，一般采用分壓式接法。實際實驗操作中，選擇滑動變阻器時，一般選擇阻值為待測電阻阻值0.1-0.5倍的為好。

③當(dāng)然，如果有要求電壓從零開始調(diào)節(jié)則必須選擇分壓式接法。

三、教學(xué)啟迪與心得

上述例題考查了學(xué)生的實驗基礎(chǔ)知識的掌握程度、實驗知識有機整合的基本能力。近幾年高考電學(xué)實驗題經(jīng)常在課本的基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的創(chuàng)新與改編，一般重點考查實驗原理、步驟、方法與誤差分析。而學(xué)生對電學(xué)實驗往往感覺到比較陌生和不知所措，筆者多次嘗試在課堂教學(xué)設(shè)計中采用歸納對比剖析的教學(xué)方法，幫助啟發(fā)學(xué)生將學(xué)科內(nèi)的知識進(jìn)行聯(lián)系、歸納，構(gòu)建并完善知識體系，取得了較為顯著的成效。

參考文獻(xiàn)：

[1]李光宇.實驗設(shè)計題的對比剖析與研究[J].物理教學(xué)，2010（10）.

[2]廖伯琴，張大昌.物理課程標(biāo)準(zhǔn)解讀[M].湖北教育出版社.