高中電路實驗的疑點選析

丁明武 吳巧玲

(景德鎮一中 江西 景德鎮 333001)(景德鎮市電教館 江西 景德鎮 333000)

現行高中物理教材中有關電路的實驗，是根據實驗內容預先設計好電路，讓學生按電路完成對實驗器材連線、測量等項操作.但電路設計的根據，應如何選擇實驗器材及對實驗的相關要求均未做具體說明，在實驗中留下一些疑點.新課程的實施，雖然對電路實驗的內容做了一些調整，但對實驗的基本原理和基本測量方法的能力要求并未改變，而且注重學生在實驗中的探究過程.教師能夠指導學生有效地突破實驗中的疑點，會有利于學生探究能力的提高.

1 “描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗電路中變阻器的規格應如何選擇

圖1

圖1所示為“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗電路，滑動變阻器采用并聯分壓式連接.實驗中根據變阻器滑動觸頭P在不同位置讀出對應的電壓和電流.為了計算方便，不計電流表和電壓表內阻對電路的影響及電源的內阻.設電源電動勢為E，小燈泡的電阻為RL，滑動變阻器的總電阻為R，a、p間的電阻為Rx，a、p間的電壓為Ux.由閉合電路歐姆定律

則

化簡后得

這樣可得如圖2所示的Ux-Rx圖像中的曲線b.

圖2

2 “測定電源電動勢和內阻”的實驗中，電流表應該內接還是外接

“測定電源電動勢和內阻”的實驗，課本上采用的是伏安法，實驗電路圖如圖3所示，即采用了電流表外接的方式.有的同學在實驗中采用了電流表內接的方式，如圖4所示.這樣兩種不同方式連接的電路對測量有何區別？

圖3 圖4

由E=U+Ir，電流表采用外接的方式客觀上是將電壓表當作了電源的一部分，從原理上分析，實驗所測量的電動勢E′、內阻r′和實際值E、r的關系為

式中RV為電壓表的內阻，這樣測量值和實際值相比均偏小，所以這種連接方式適用于內阻較小的電源.

而電流表采用內接的方式，則是將電流表當作了電源的一部分，從原理上分析，測量值E′、r′和實際值E、r的關系為

E′=Er′=r+RA

式中RA為電流表的內阻，如果測量結果要較準確的符合實驗要求，必須滿足RA?r的條件，即這種電路適用于內阻較大的電源.

由于課本上電源用的是干電池，通常情況下，干電池的內阻大約為，所以用圖3的電路測量結果較為符合實驗要求.

3 “把電流表改裝為電壓表”的實驗中，半偏法測電流表內阻的實驗條件

半偏法測電流表內阻實驗電路如圖5所示.電路連接好，先將R1的滑動觸頭置于電阻最大位置.第一步，斷開S2、閉合S1，調整變阻器R1，使電流表○G的示數達到滿偏(Ig)；第二步，再閉合S2，保持R1不變，調整電阻箱R2，使電流表的示數達到半偏(Ig/2)；最后讀出R2的值，認為電流表內阻Rg=R2.

圖5

若不計電源內阻，由以上操作過程：

僅有S1閉合

S1、S2均閉合

且有

得

相對誤差

若實驗要求η≤5%，得

R1≥20R2

同時得電源電動勢應滿足

4 由電流表改裝的電壓表與標準電壓表進行刻度校對時，分析其示數和標準表相比是偏大還是偏小

根據半偏法測得電流表的內阻Rg′=R2，由實驗原理可知，與電流表實際值Rg相比Rg′

設改裝表的量程為U，根據電壓表改裝原理，電流表需串聯一個分壓電阻R，則

令

則

R=(n′-1)Rg′

改裝表的內阻

而同種規格標準電壓表的內阻

圖6

電壓表刻度的校對電路如圖6所示，根據并聯電路電流與電阻成反比的特點，實際流過改裝表的電流較流過標準電壓表的電流小，則改裝表的示數應比標準表的示數小.

綜上所述，高中物理中的電路實驗，雖然不很復雜，但卻含有一些疑難問題，這些正是教師引導學生進行探究性學習的良好素材，如能有效利用，對培養和提高學生實驗的綜合素質及分析和解決問題的能力大有裨益.