談?wù)勯]合電路實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)習(xí)

胡平洋

電路實(shí)驗(yàn)基于兩個(gè)基本的實(shí)驗(yàn)原理，即R=U/I，和E=U外+U內(nèi)。考查的形式上看，對(duì)于實(shí)驗(yàn)電路儀表的選取通常我們第一步先依據(jù)電源電動(dòng)勢(shì)的大小或待測(cè)量?jī)x器的功率或額定電壓選取好電壓表。第二步在結(jié)合實(shí)驗(yàn)要求依據(jù)測(cè)量功率選好電流表。但往往難點(diǎn)就主要集中在給的兩表不能直接拿來(lái)使用，需要改裝。本文將主要從基本儀器使用與儀表選擇改裝，電路設(shè)計(jì)原理，誤差分析數(shù)量處理等方面展開(kāi)研究。

一、電表的改裝原理

1.○G表改裝為電流表的原理：并聯(lián)電阻反比分流

改裝的目的：擴(kuò)大電流表量程，測(cè)量更大的電流。IgRg=（I總-Ig）R。

故量程擴(kuò)大的倍數(shù)越高，并聯(lián)的電阻值越小，電流表的內(nèi)阻越小。

說(shuō)明：

改裝后的電表中通過(guò)電流計(jì)G的最大電流Imax與兩端的最高電壓Umax變?yōu)槎嗌?。裝后的電壓表或電流表，雖然量程擴(kuò)大了，但通過(guò)電流表的最大電流或加在電流表兩端的最大電壓仍為電流表的滿偏電流Ig和滿偏電壓Ug，只是由于串聯(lián)電路分壓及并聯(lián)電路的分流使表的量程擴(kuò)大了。

2.○G表改裝為電壓表的原理：并聯(lián)電阻正比分壓，U總=Ig（Rg+R）

改裝的目的是：擴(kuò)大電壓表量程，測(cè)量更大的電壓

方法：若量程擴(kuò)大n倍，則應(yīng)給電流表串聯(lián)一個(gè)電阻。故量程擴(kuò)大的倍數(shù)越高，串聯(lián)的電阻值越大 ，電壓表的內(nèi)阻越大。

3.○G表改裝為歐姆表的原理：閉合電路歐姆定律

甲：短接調(diào)零：E=Ig（Rg+r+R）;乙：斷開(kāi)I=0;丙：測(cè)量電阻E=Ig（Rg+r+R+R測(cè)）

注意：歐姆表的黑表筆跟表內(nèi)電池的正極相連。紅表筆跟表內(nèi)電池的負(fù)極相連。用歐姆表判別二極管好壞時(shí)用到這一點(diǎn)。

二、電流表的內(nèi)接與外界

針對(duì)電流表的內(nèi)接與外界結(jié)合現(xiàn)在學(xué)生的理解能力和使用不成正比，通過(guò)學(xué)生實(shí)際和個(gè)人經(jīng)驗(yàn)特別總結(jié)出使用規(guī)律，即：大內(nèi)偏大，小外偏小。

三、電路的設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)通常要依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢x表的選擇來(lái)設(shè)計(jì)電路，主要通過(guò)滑動(dòng)變阻器的在電路連接來(lái)控制調(diào)節(jié)負(fù)載的電流和電壓，但在相同條件下調(diào)節(jié)效果不同，實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)具體情況恰當(dāng)?shù)倪x擇限流接法和分壓接法。

（1）通常情況下（滿足安全條件），由于限流電路能耗較小，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此應(yīng)優(yōu)先考慮。

（2）在下列情況下必須采用分壓接法。

①要使某部分電路的電壓或電流從零開(kāi)始連續(xù)調(diào)節(jié)，只有分壓接法才能滿足。

②如果實(shí)驗(yàn)所提供的電表量程或其它元件允許通過(guò)的最大電流很小，若采用限流接法，無(wú)論怎樣調(diào)節(jié)，電路中實(shí)際電流（或電壓）都會(huì)超過(guò)電表量程或元件允許的最大電流（或電壓），為了保護(hù)電表或其它元件，必須采用分壓接法。

四、測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)及內(nèi)阻

對(duì)于實(shí)驗(yàn)電路無(wú)論是測(cè)任何物體的電壓及內(nèi)阻其原理與測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)的方法類(lèi)似，在此就結(jié)合所學(xué)的做總結(jié)歸納。

（一）、伏安法測(cè)E，r（干電池內(nèi)阻小，電流表外接）

（1）閉合電路滑動(dòng)變阻器R發(fā)生變化，通過(guò)電壓表和電流表示數(shù)的變化來(lái)測(cè)量電源的E及r.

原理：E=U+Ir ? ?或 ?U=-Ir+E

斜率： ，常量項(xiàng)：b=E，當(dāng)外電路短路時(shí)，與橫軸交點(diǎn)表示短路電流。

誤差：電壓表具有分流作用，使測(cè)量電流偏小。

步驟：（1）確定測(cè)量物理量I，U;

（2）寫(xiě)出電源電動(dòng)勢(shì)方程E=U外+U內(nèi);

（3）化簡(jiǎn)縱坐標(biāo)函數(shù)U= ?？ ?;

（4）結(jié)合圖像確定斜率和截距，求E和r。

（二）安阻法測(cè)電源E和r

由圖可知，電阻箱R變化，則電流表I變化。

原理：E=IR+Ir，即： ?截距： ;斜率：

誤差：由于電流表具有分壓作用，實(shí)際該滿足E=IR+I（r+RA），得到 。

所以E測(cè)=E真，r測(cè)=E·b>r真=E·b-RA。

（三）伏阻法測(cè)電源E和r

由圖所示閉合電路中滑動(dòng)變阻箱R發(fā)生變化時(shí)，使電壓表U不同，通過(guò)測(cè)量電壓U和變阻箱R，求取電源E和r。

原理： ? ? 得到

截距： ，斜率 。

誤差：電壓表具有分流作用

實(shí)際： ， 得到 ，其中自變量 ，因變量為 。

通過(guò)對(duì)以上三種測(cè)量電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的方法的整理，可以按照以下步驟進(jìn)行：

A.依據(jù)儀器確定測(cè)量“U、I、R”之中的兩個(gè)量;

B.寫(xiě)出電動(dòng)勢(shì)E=U外+U內(nèi)方程，在此特別注意電流表的分壓和電壓表的分流作用不容忽略;

C.依據(jù)坐標(biāo)化簡(jiǎn)方程，求縱坐標(biāo);

D.在圖中找斜率及截距，求E和r。

五、實(shí)物的連接

關(guān)于連接實(shí)物電路圖。筆試雖不能考實(shí)驗(yàn)的實(shí)際操作，但可以通過(guò)考查學(xué)生電路實(shí)物連線和插針?lè)ǖ倪B線來(lái)彌補(bǔ)，從2016年到2020年出現(xiàn)次數(shù)較多。如2016年全國(guó)Ⅱ卷23題、2017年全國(guó)Ⅱ卷23題測(cè)微安表的內(nèi)阻、2019年全國(guó)Ⅰ卷23題改裝微安電流表、2020年全國(guó)Ⅱ卷23題探究小燈泡伏安特性曲線。連接電路實(shí)物圖的規(guī)則：

（1）原則：正確、清晰;（2）細(xì)節(jié)：接線到柱、線不能交叉、表的正負(fù)接線柱和電源的正負(fù)極、開(kāi)關(guān)控制總電路、開(kāi)關(guān)閉合前滑動(dòng)變阻器的滑片位置;（3）步驟：先畫(huà)出相應(yīng)的電路原理圖，然后標(biāo)出表的正負(fù)接線柱、量程和電源正負(fù)極;最后連接順序?yàn)橄冗B接主回路，從電源的正極出發(fā)，經(jīng)開(kāi)關(guān)及其它元件到電源負(fù)極。再連接分支回路。要特別注意分壓電路。

通過(guò)對(duì)物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)考查形式的研究，結(jié)合現(xiàn)在學(xué)生所學(xué)內(nèi)容，做出整理歸納，其主要目的就是為教學(xué)確定方向，為學(xué)生將來(lái)參加高考鋪平道路，通過(guò)研究可以看到高考的靈活性，新穎性，高考更注重基礎(chǔ)和實(shí)踐能力。結(jié)合問(wèn)題探究處理方法，將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為所學(xué)模型進(jìn)行處理。