電學(xué)實驗這“玩意”

李孔望

【摘 要】電學(xué)實驗紛繁復(fù)雜，本文通過對電學(xué)實驗分類列舉，循序漸進(jìn)地介紹實驗考查的類型和考查角度，提供解決每個類型題目的方法和關(guān)鍵點。

【關(guān)鍵詞】電流表內(nèi)外接；滑動變阻器分壓或限流接；伏安法測電阻

電學(xué)實驗一直都是高考的熱點和重點，高三復(fù)習(xí)中，學(xué)生覺得電學(xué)實驗變幻莫測，總是不得要領(lǐng)。在教學(xué)實踐中，筆者根據(jù)實驗特點和學(xué)生的思維習(xí)慣，做了以下總結(jié)，期待和同行交流，以期達(dá)到幫助學(xué)生邁過電學(xué)實驗這道“坎”。

電學(xué)實驗的核心內(nèi)容是伏安法測電阻，電路設(shè)計的關(guān)鍵是電流表內(nèi)外接和滑動變阻器分壓或限流，基本題型是儀器的選擇，包括電表量程的選擇，定值電阻和滑動變阻器的選擇，電路連接和誤差分析等題型；實驗?zāi)Ｐ头譃椋簻y定金屬的電阻率、測定電源的電動勢和內(nèi)阻以及練習(xí)使用多用電表三種類型。

一、測電阻及電阻率（內(nèi)外選擇是關(guān)鍵，分壓限流是妙招）

1.某同學(xué)測量阻值約為25kΩ的電阻RX，現(xiàn)備有下列器材：

A.電流表（量程122μA，內(nèi)阻約2kΩ）；

B.電流表（量程500μA，內(nèi)阻約300Ω）；

C.電壓表（量程15V，內(nèi)阻約100kΩ）；

D.電壓表（量程50V，內(nèi)阻約500kΩ）；

E.直流電源（20V，允許最大電流1A）；

F.滑動變阻器（最大阻值1kΩ，額定功率1W）；

G.電鍵和導(dǎo)線若干。

電流表應(yīng)選___，電壓表應(yīng)選___。（填字母代號）

該同學(xué)正確選擇儀器后連接了以下電路，為保證實驗順利進(jìn)行，并使測量誤差盡量減小，實驗前請你檢查該電路，指出電路在接線上存在的問題：

①___________________。②______________________。

分析：本題是非常典型的基礎(chǔ)實驗，涉及的內(nèi)容十分豐富：

（1）電壓表和電流表量程的選擇，基本方法是估算法，基本原則是安全性和精確性。

（2）電流表的內(nèi)外接的選擇，基本方法“大內(nèi)偏大，小外偏小”，即大電阻需要內(nèi)接，測量誤差偏大，小電阻需要外接，測量誤差偏小。

（3）滑動變阻器的分壓或限流的選擇，其方法是若電路要求被測元件電壓或電流從零起或變阻器的阻值比被測電阻小的多的時候一般采用分壓式，其它情況能限流的不分壓接。

掌握以上所述的方法，此題就迎刃而解；同時同學(xué)們對電學(xué)實驗的分析方法有了全面的認(rèn)識和透徹的理解。

2.待測電阻Rx的阻值約為20Ω，現(xiàn)要測量其阻值，實驗室提供器材如下：

A.電流表A（量程150mA，內(nèi)阻約為10Ω）；

B.電流表A（量程20mA，內(nèi)阻r=30Ω）；

C.電壓表V（量程15V，內(nèi)阻約為3000Ω）；

D.定值電阻R=100Ω；

E.滑動變阻器R，最大阻值為5Ω，額定電流為1.0A；

F.滑動變阻器R，最大阻值為5Ω，額定電流為0.5A；

G.電源E，電動勢E=4V（內(nèi)阻不計）；

H.電鍵S及導(dǎo)線若干。

（1）為了使電表調(diào)節(jié)范圍較大，測量準(zhǔn)確，測量時電表讀數(shù)不得小于其量程的，請從所給的器材中選擇合適的實驗器材______（均用器材前對應(yīng)的序號字母填寫）；

（2）根據(jù)你選擇的實驗器材，請你在虛線框內(nèi)畫出測量R的最佳實驗電路圖并標(biāo)明元件符號；

（3）待測電阻的表達(dá)式為R=_______，式中各符號的物理意義為_______。

分析：通過上題的分析，再看此題，電壓表量程太大，不能使用，需要用A改裝量程合適的電壓表，故本題考查了電表改裝原理，然后利用伏安法的基本規(guī)則設(shè)計電路圖，也是人們所說的“安安法”。

二、測電動勢和內(nèi)阻（千言萬語融三圖，只盼君來能讀懂）

分析：對于本實驗學(xué)生容易摸不到頭腦，只要把握教材給出三種基本測量方案即可，其它測量方法都是在基本方案上的變形。

3.用圖所示電路，測量一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻。電池的內(nèi)阻較小，為了防止在調(diào)節(jié)滑動變阻器時造成短路，電路中用一個定值電阻R起保護(hù)作用。除電池、開關(guān)和導(dǎo)線外，可供使用的實驗器材還有：

A.電流表（量程0.6A、3A）；

B.電壓表（量程3V、15V）；

C.定值電阻（阻值1Ω、額定功率5W）；

D.定值電阻（阻值10Ω、額定功率10W）；

E.滑動變阻器（阻值范圍0～10Ω、額定電流2A）；

F.滑動變阻器（阻值范圍0～100Ω、額定電流1A）。

那么：（1）要正確完成實驗，電壓表的量程應(yīng)選擇________V，電流表的量程應(yīng)選擇_______A；R應(yīng)選擇________Ω的定值電阻，R應(yīng)選擇阻值范圍是____Ω的滑動變阻器。

（2）引起該實驗系統(tǒng)誤差的主要原因是_______。

分析：本題是此實驗最基本的方案之一，涉及的內(nèi)容相當(dāng)豐富：

①類似于伏安法且電流表內(nèi)接的電路圖；

②用該電路圖處理數(shù)據(jù)的方法是畫出路端電壓與電流的圖像，看圖像斜率及截距得到電動勢和內(nèi)阻；

③測量誤差為“雙偏小”即電動勢和內(nèi)阻測量值都比真實值小，通過解析法和圖像法得到此結(jié)論。

三、多用電表的使用（贏得芳心——三劍客）

本實驗重點是對歐姆表原理的理解，掌握歐姆表內(nèi)部基本電路圖。

4.如圖是一個簡化的電路圖，電流、電壓和電阻的測量都各有兩個量（或分度值）不同的檔位。1、2兩個檔位為電流表檔位，其中大量是小量的10倍。已知表頭G的滿偏電流100μA，內(nèi)阻990Ω，圖中的電源E的電動勢均為3.5V，當(dāng)把轉(zhuǎn)換開關(guān)S旋到位置4，在AB之間接3500Ω的電阻時，表頭G剛好半偏，設(shè)測量過操作的順序和步驟都正確無誤，則R=_______Ω，R=_______Ω。

分析：本題考查兩量程多用電表，十分典型，要求學(xué)生對原理有深刻的理解，同時通過此題，能夠使學(xué)生更加徹底的認(rèn)識多用電表內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

當(dāng)然，電學(xué)實驗還包括黑箱問題、電表改裝及校對的問題等，由于篇幅有限，在此不再贅述。通過以上分類分析，會讓學(xué)生有撥開云霧看彩虹的感覺，對電學(xué)實驗有個整體把握，再碰到電學(xué)實驗題目就會有章可循。

【參考文獻(xiàn)】

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