電學實驗設計題淺析
2008-01-01 00:00:00張亞蓮金楊明
物理教學探討 2008年3期
電學實驗設計題因其測量對象多種多樣，測量方法靈活多變，多角度處理數據，使之成為高考命題時的必選內容。二輪復習時，教師應對實驗知識加以提煉，幫助學生編\"阻\"成網，形成核心知識。以下從三個方面加以歸納。
●三個特性
1．測量對象的多樣性
通常測量對象有：待測電阻，電表內阻，電源電動勢和內阻。
2．測量方法的靈活性
（1）伏安法
伏安法是電阻測量方法中的根本，由它派生出許多方法。
如圖1(a)(b)為伏伏法（a-表V1、V2內阻均已知，b-表V2內阻已知），
如圖1(c)(d)為安安法（c-表A1內阻已知，d-表A1、A2內阻均已知）。
不同的方法，不同的電路設計，目的一樣，都是為了解決RX的兩端電壓U和電流I。
思考1：若給你兩只電壓表（內阻均未知）或兩只電流表（內阻均未知），你能測出RX的電阻嗎？若能，請設計說明。若不能，請指出還需什么器件？
思考2：除了用伏安法來測電流表○A1、電壓表○V1的內阻，還有什么途徑？
思考3：測電源電動勢和內阻時除常規伏安法外，你又會如何設計？
總結：上述多種方法，歸根究底都是伏安法的拓展，因此在設計思路上要體現如何合理正確地測出U、I。
（2）替代法
（3）半偏法測電表內阻（表1）
a. 電流半偏法（圖3） b. 電壓半偏法（圖4）
電路估算是以兩個歐姆定律為依托，對部分或全部電路估算。估算過程就是一次選擇過程，選擇的項目有：
1．電流表外接還是內接；
2．滑動變阻器分壓還是限流；
3．元件的量程或阻值合理選擇；
4．讀數要求特殊限制；
5．保護電阻的處置；
6．涉及額定功率、額定電壓、額定電流的計算。
●一個定值電阻
定值電阻在電路中的作用有：
1．擴大電表的量程； 2．擔當保護電阻；
3．增大電源的內阻； 4．間接當作電表；
例題 （2005·全國Ⅰ）測量電源B的電動勢E及內阻r（E約為4.5V，r約為1.5Ω）。
器材：量程3V的理想電壓表○V ，量程0.5A的電流表○A （具有一定內阻），固定電阻R=4Ω，滑動變阻器R′，電鍵K，導線若干。
（1）畫出實驗電路原理圖，圖中各元件需用題目中給出的符號或字母標出。
（2）實驗中，當電流表讀數為I1時，電壓表讀數為U1；當電流表讀數為I2時，電壓表讀數為U2，則可以求出E=______，r=______。（用I1，I2，U1，U2及R表示）
解析 回歸原實驗的電路圖，通過估算發現本題中不論滑阻如何調節，兩表總有一只超出量程，增加了一個定值電阻，共有四處可供選擇如圖5，擴大兩表量程失敗，估算得在③處放置相當于增加電源內阻，對兩表同時達到控制、保護。
利用等效電源的方法，通過串聯固定電阻R=4Ω進行分壓限流，如圖4即可安全的測定電源的電動勢和內電阻，干路上電流最大約為I=ER+r=4.54+1.5A=911A，依據U=E-Ir′測量多組數據求出E、r′，實驗中，當電流表讀數為I1時，電壓表讀數為U1；當電流表讀數為I2時，電壓表讀數為U2。
綜上所述，以實驗原理為中心，測量對象為目標，測量方法為手段，電路估算為選擇途徑，讓考生在電路設計時有思路，有方法，必然會在分析能力上提高一個層次。
(欄目編輯王柏廬)
注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。
