高中物理電學實驗中的電路設計探析

王愷銘

摘 要：作為高中生，在學習物理學科知識的過程中，特別是電學實驗的內容，很容易產生疑問，難以領悟其中的學習技巧。而電學實驗設計在高考中所占比重也始終較大，所以，需要提高對于電學實驗電路設計內容學習的重視程度。只有掌握電學實驗電路設計的方法才能夠更好地理解物理電學實驗，加深理解。

關鍵詞：高中物理 電學實驗 電路設計 探析

一、處理高中物理電學實驗電路設計問題的原則

在學習高中物理電學實驗的過程中，特別是電路設計問題，根據實際的學習過程，可以總結出電路設計問題的具體處理原則，如下：

1.明確實驗主要目的

在開展電學實驗電路設計方面的實驗時，最重要的就是要確定出實驗中所要測定的物理量，同時，深入了解物理規律，而這就是開展物理電學實驗的目的[1]。在對實驗目的進行確定以后，需要與既有物理知識進行結合，思考將要測定的物理量或者是物理規律是否與已經掌握的物理規律和現象存在關聯，是否是通過物理規律與現象，或者是定量所展現出來的。[1]

2.制定電路設計方案

在對物理實驗的電路進行設計時，應當站在多個角度思考方案設計的方法，并且考慮怎樣才能夠采用最佳設計方案。對實驗設計方案進行選擇的時候，一定要保證滿足三個條件：第一，應當確保所選擇的設計方案在實際操作的時候是安全和可靠的，而且所需要的實驗器材應當比較容易獲取；第二，在選擇的時候，應當全面分析設計方案的誤差，最終選擇出精準度較大的一種，保證可以進行多次測量；第三，在選擇實驗設計方案的過程中，還應當保證所選擇的方案在物理原理或者是實際操作方面相對簡單，而且物理量的測定比較容易。[2]

3.實驗器材和設計原理圖的選擇

當選擇電路實驗設計方案以后，應當考慮其他方面的問題，對于實驗方案中所需要采用的測量工具或者是裝置進行考慮[2]。同時，對于所測定的物理量以及定量關聯都應當進行全面考量，應通過什么儀器測定也是思考的重點。除此之外，在對上述問題進行考慮的同時，應當確定出具體的實驗器材，進而根據所需測量的物理量與實驗器材來對電路原理圖進行設計，只有這樣才能夠保證設計的更加合理。[3]

二、高中物理電學實驗電路設計的方法研究

在開展物理電學實驗的過程中，對于電路設計的方法也是學習的重點，只有對設計方法予以全面掌握才能夠保證更深入地理解電路知識，進而提升自身的物理學習能力與水平。以下通過兩個典型的案例，闡述了電路設計的一般方法：

例題1：實驗的器材包括電壓表、電流表、電源與滑動變阻器[3]。其中，電壓表內阻是3KΩ，而量程是3V。電流表量程為1mA，電源的電動勢是3V，且滑動變阻器的最大阻值為20Ω。問題：對上述實驗器材進行合理利用來設計出電路圖，保證可以準確地測量出電壓表內阻。

詳細分析：任何電路的組成部分都是測量電路和電源電路。對于該問題來講，如何獲得電源電路是需要考慮的問題。而在測量電路的時候，被測的對象就是電壓表，所以，一定要在測定電路中連接好電壓表，進而對電壓表內阻電壓予以直觀觀察，這樣就不需要進行相對復雜的分析。那么，如何對流過電壓表的電流進行測量也是實驗的重點。

解析：第一，可以使用滑動變壓器分壓式的接法，將其當作電源電路，如圖一所示：

第二，因為被測定的對象是電壓表，所以，可以與測量電路相連接，如圖二所示：

第三，應當在測量電路中將電流表串聯，進而獲得最終的電路圖，如圖三所示：

第四，對于上述所設計的電路圖，應當研究并分析其可行性。當電壓表的指針是滿偏的時候，可以計算出流過電流的數值。簡單地說，當電流表指針也是滿偏的時候，可以說明上述的電路設計可以正常地運行。

例題2：若測量某一電源電動勢E和內阻r，而所提供的實驗器材包括滑動變阻器、電壓表、電流表、固定電阻、電鍵與若干導線。問題：繪制出電路圖，并且確保實驗的結果是準確的；在實驗過程中，如果電流表的讀數是，而電壓表的讀數是，同時，電流表讀數為，電壓表讀數為，則請計算出電源電動勢和內阻值。

詳細分析：要想準確地測量出電源電動勢與內阻，就應當深入了解最基本的電路圖。根據上述題目所給的條件，其中，可以使用的實驗器材是滑動變阻器、電壓表和電流表，但是，同樣還提供了定值電阻。所以，可以想到研究該定值電阻，并且對合理性進行驗證。

解析：通過繪制電源內阻和電動勢的測量電路圖，可以深入地分析定元件參量。由此可以發現，電壓表的量程與具體規定是不吻合的，可以使用定值電阻來對電路圖進行改善。與此同時，如果把電壓表和定值電阻相互串聯，是否具有可行性，如果把電流表和定值電阻相互串聯，是否具有可行性，這些都是在電路設計中需要考慮到的問題。通過詳細地考慮與分析以后，最終繪制出最佳的電路圖。

在此基礎上，在學習電路設計的時候，還可以借助于多媒體手段與資源，這種學習方式能夠在學習的過程中使我們更集中。其中，可以通過PPT的方式，將電路的設計方法展示出來，進而能夠更加直觀地了解電學實驗的內容。同時，還可以在課余時間自己搜索與電學實驗相關的物理實驗視頻，通過視頻播放的方式，將實驗步驟呈現在眼前，而且可以反復觀看，進而更深入地掌握實驗的具體步驟。

另外，也可以通過仿真軟件創設實驗室，進而在虛擬實驗室當中進行連接實驗，不會發生危險，也不會破壞實驗儀器。這種軟件學習平臺對于我們學生來說是一種全新的學習方式，使自身的學習興趣不斷提高，更深入地掌握電路設計的技巧。

結語

綜上所述，在學習高中物理電學實驗的過程中，應當重視電路設計的問題，特別是在設計的過程中，一定要遵循基本原則，對實驗主要目的以及設計方案進行確定，同時，需要合理地選擇使用實驗器材，正確設計出電路原理圖。另外，還應當對既有的物理知識進行靈活的運用才能夠更好地理解物理知識。以上通過對電路設計原則的研究與分析，以兩個典型電路設計例題為重點，闡述了如何正確設計電路的方法，希望能夠通過我的學習經驗為其他學習物理電學實驗的學生提供寶貴的意見。

參考文獻

[1]吳敏.例談如何進行電學實驗的電路設計[J].物理教師：高中版，2011（11）：38-38，40.

[2]杜治國.電學實驗中的電路設計[J].中國教育技術裝備，2012（19）：130-131.

[3]王心應.高中物理電學實驗中的電路設計分析[J].中學生數理化（教與學），2015（4）：89-89.