淺談如何進行電路設計

摘要：實驗是物理學的基礎，近幾年高考對實驗的考查力度始終不減，甚至有逐年加重的趨勢。本文主要討論了實驗中的儀器選取和電路設計的問題。

關鍵詞：電學實驗；電路設計思想方法

定西市教育科學規劃課題研究成果（課題編號DX﹝2012﹞GHB94）

在高中物理電學實驗中，電路設計是一個很重要的問題，只有合理地設計電路才能完成實驗，達成實驗目的。但要根據具體的題意設計出能完成實驗的電路，并不是一個簡單的問題。本文主要就這方面的問題用幾道例題加以闡述。

一、電路設計

一個實驗電路主要由三大部分組成，電源部分、電路的控制部分和最主要的用于測量所需物理量的測量部分。既然電路主要由三部分組成，那么我們電路設計的主要工作也就是要設計這三大部分。在高中階段，電路的控制部分主要涉及到滑動變阻器的限流式接法和分壓式接法，電路的測量部分主要涉及的是安培表的內接法和外接法的問題。而電源的設計比較簡單，根據題意選擇合適的電源即可。學生主要感覺到困難的是在什么情況下滑動變阻器采用限流式接法，在什么情況下用分壓式接法，或者什么情況下電流表采用內接法，什么情況下用外接法。筆者根據多年的教學經驗，對這個問題做了總結，一般情況下存在下列判定依據：

當內、外接法相對誤差相等時，有，臨界值 （因為 ?）。

限流式接法的優勢是耗電少，電路結構簡單，但這種接法的缺點也很明顯，它的調節范圍不大，有時不能滿足題目的條件。而分壓式接法正好相反，它的調節范圍很大，但它的電路結構較為復雜，尤其是聯系到實物圖的連接，很多學生不會連接滑動變阻器上的三根線。另外，它不太節能，耗費的能源較多。在要求不太嚴謹的條件下，我常常這樣總結：當滑動變阻器的阻值較小時，一般情況下就把電路設計成分壓式；如果滑動變阻器的阻值較大時，一般就把電路設計成限流式。

二、器材的選取

器材的選取要結合試驗要求的精度和儀器的量程決定。有時試驗所給的器材也影響了電路的設計，我們必須根據所給出的器材合理地設計電路，完成試驗。有時我們也會根據電路的設計來選用能完成實驗的器材，這是一個互相影響的問題。

三、實物圖的連接

實物圖的連接必須堅持先連串聯支路、再連并聯支路的原則，連完后必須和原理圖查對一遍，以保證不會出錯，電勢相等的各點可合并成一點。

實物圖的連接看似簡單，但實際上學生做錯的很多，常會造成不必要的失分。其原因主要是學生對實驗儀器不太熟悉，不知道線該接在何處。同時這也與教師的不重視有很大關系。很多教師認為按照原理圖連接實物圖是很簡單的，可能在初中階段就已經掌握了，殊不知很多學生在這個看似簡單的地方卻栽了大跟頭，失分十分嚴重。要避免這樣的事情再次發生，除了教師要高度重視外，我根據多年的教學經驗，認為最好把學生帶到實驗室，在實際的實驗儀器上完成幾個電路原理圖的連接，這樣能讓學生熟悉器材，真正理解實驗。

例1.現在要測一個電阻的阻值，實驗室給了如下器材：

要運用這些器材設計一個電路完成實驗。

[解題思路]這個實驗中只給出了一個電源，所以電源毫無選擇的余地，然后我們就要考慮是選用分壓式接法還是限流式接法。我們看到滑動變阻器的阻值變化范圍是，阻值不大，據前分析，我們該選擇分壓式接法。接下來考慮選用內接法還是外接法，我們看到待測電阻的阻值和直流毫安表的內阻接近，而遠遠小于直流電壓表的內阻，所以應該選用外接法，這樣電路設計就已經完成了。

例2.測待測電阻的阻值，請選擇器材并設計電路：

[分析]該題既要選擇線路結構，又要選擇儀器。先確定測量電路，額定電壓，應選擇伏特表，額定電流，應選擇安培表，由知，應選擇外接法。在確定控制電路，由 知，應選擇限流式電路。

電路設計既是考查的重點，又是學生學習的難點，本文試通過一些自己總結的規律，希望為學生學習這方面的內容提供方便。當然這里面還有很多的問題沒有談到，需要以后繼續探討。