探討物理電學(xué)實驗器材和電路的選擇

向艏博

電子科技大學(xué)實驗中學(xué)2014級2班

探討物理電學(xué)實驗器材和電路的選擇

向艏博

電子科技大學(xué)實驗中學(xué)2014級2班

電學(xué)實驗在高中物理實驗教學(xué)中占有十分重要的地位，而電學(xué)設(shè)計性實驗也是歷年物理高考的熱點。高中電學(xué)實驗中涉及的原理與器材種類眾多，且不同的器材對應(yīng)有不同的量程。作為電學(xué)實驗設(shè)計的難點，實驗器材和電路的選擇主要是針對電源、電表、變阻器的選擇。筆者從高中生角度出發(fā)，淺談了物理電學(xué)實驗器材和電路的選擇。

電學(xué)實驗 器材 電路 選擇

作為物理高考的必考題，電學(xué)實驗題型較為開放，考察內(nèi)容多源于教學(xué)內(nèi)容中的電學(xué)實驗基礎(chǔ)，但又不局限于書本知識。因此，學(xué)生要想在這類題型中獲得高分不僅需充分掌握基本知識，還需將所學(xué)知識靈活運用于新的實踐中。合理選擇實驗器材和電路正是高中物理電學(xué)實驗的重點，我們學(xué)生與教師均需對此加以重視。

1 實驗器材和電路選擇的基本原則

1.1 安全原則

在進行物理電學(xué)實驗學(xué)習(xí)時，我們有時候會碰到電流表電壓表燒毀、接線柱接反、讀數(shù)超量程等安全問題，進而將會產(chǎn)生實驗器材損壞、實驗結(jié)果不準確等后果，嚴重情況下還會對實驗人員的人身安全造成威脅。正因為此，我們在進行物理電學(xué)實驗時必須要遵循安全原則。

1.2 適用原則

適用原則即我們所選擇的器材或電路應(yīng)充分保障實驗的順利進行，以避免讀數(shù)超量程等問題的發(fā)生。

1.3 方便原則

方便原則即所選擇的實驗器材和電路需為實驗的順利進行提供便利，因此我們需在遵循安全原則和適用原則的基礎(chǔ)上合理選擇實驗器材和電路，盡量對實驗連線圖加以簡化。

1.4 準確原則

準確原則即電學(xué)實驗的數(shù)據(jù)和結(jié)果在最大限度上保證精準。準確原則主要包括實驗器材選擇的準確性和實驗電路選擇的準確性這兩個部分。為了確保實驗的準確性，我們可依據(jù)電學(xué)實驗給出的已知條件粗略估算出電流電壓的數(shù)值，然后再進行器材和電路的選擇。

2 實驗器材選擇

在進行電學(xué)實驗時，我們需選擇電源、電壓表和電流表、滑動變阻器等實驗器材。

2.1 電源

作為電學(xué)實驗的關(guān)鍵器材，電源的選擇是否合理直接關(guān)系到實驗?zāi)芊癯晒?。我們在選擇交流電源與直流電源時需以實驗的實際要求為依據(jù)，在確定電源大小時則需以實驗電路的用電需求為依據(jù)。我們在大量物理實驗中可以總結(jié)出，打點計時器通常使用低壓交流電源，電火花計時器通常使用50Hz交流電源，描繪等勢線的實驗則一般使用6V的直流電源，干電池則是測量內(nèi)電阻或電動勢的常用選擇。

2.2 電壓表和電流表

高中物理電學(xué)實驗中最常見的兩類實驗器材是電流表和電壓表，我們在選擇時需對電壓表和電流表的最大滿偏值、電流流經(jīng)的方向加以關(guān)注，同時還需按照下面三個基本原則進行：

（1）電源參數(shù)：我們依據(jù)電源參數(shù)即可將電壓表或電流表的量程范圍基本確定下來。我們在進行測電源內(nèi)阻實驗時，通常會使用干電池作為實驗電源，此時選用一個3V的電壓表即可滿足實驗需求。

（2）最大電流：在物理電學(xué)實驗中，我們可通過接入的實驗器材、電路器材和電路連接方式將電路電流的最大值初步確定下來，接下來只需選擇量程適當(dāng)大于最大電流的電流表即可。

（3）額定電流或電壓：在有些特定的電學(xué)實驗中，實驗器材具有一定的額定電流、電壓以及功率等，對于這一情況我們可依據(jù)其額定值進行電壓表或電流表的選擇。

2.3 滑動變阻器

在選擇滑動變阻器時，電壓和電流在試驗中的確切變化范圍可作為關(guān)鍵的參考依據(jù)。一方面，我們所選擇的滑動變阻器需與電壓和電流變化范圍相符；另一方面，選擇滑動變阻器時還需考慮到實驗的安全性，由于滑動變阻器的組織是可變的，滑片沒有明確的阻值標定，所以在實驗操作中極易因阻值調(diào)節(jié)范圍超出預(yù)定情況而出現(xiàn)儀表器材毀損的現(xiàn)象。除此以外，在使用滑動變阻器時還需滿足準確性的要求，即在確定滑動變阻器的接法時需依據(jù)電學(xué)實驗的實際需求，以免因接入方法不合理而導(dǎo)致實驗結(jié)果出現(xiàn)誤差。

3 電路選擇

3.1 分壓電路

分壓電路所需的實驗器材有電源、滑動電阻、定值電阻、電壓表、電流表和開關(guān)。在分壓電路中，滑動變阻器可承擔(dān)一部分電壓，定值電阻可承擔(dān)一部分電壓?？傠妷寒a(chǎn)生分流的方式有利于定值電阻電壓損失的降低，進而也可促進電學(xué)實驗精度的提升。在具體實驗中，分壓電路往往串聯(lián)著滑動電阻和定值電阻，電壓表加在定值電阻兩側(cè)，電流表和定值電阻則進行串聯(lián)，具體接入法如圖1所示。

圖1 分壓電路實驗接線示意圖

從圖中我們可以看出，a、b兩端可對定值電阻進行供電，滑動變阻器（R）滑片可對電壓進行調(diào)節(jié)。使用分壓接法時，定值電阻（R1）具有較大的阻值，滑動變阻器可在有效范圍內(nèi)對其進行調(diào)節(jié)。我們通過基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)和相關(guān)電學(xué)實驗可總結(jié)出分壓電路的如下特點：

（1）電流變電流、電源電流、定值電阻電流、滑動電阻電流均為一致；（2）各電阻的電壓和等于總電壓；（3）各電阻之和等于總電阻。

3.2 限流電路

通過比較分壓電路與限流電路可得出，限流電路可對電路的電流進行限制，通過對滑動變阻器的調(diào)節(jié)可改變定值電阻的電流。在限流電路中，滑動變阻器和定值電阻是并聯(lián)的，因此改變定值電阻電路中的電流只需通過調(diào)節(jié)滑動變阻器的接入阻值即可實現(xiàn)。限流電路的具體接入法如圖2所示。

圖2 限流電路實驗接線示意圖

3.3 基本實驗流程設(shè)計

在開展電學(xué)實驗前，我們首先需明確實驗?zāi)康?，其次才是實驗方案的設(shè)計。電學(xué)實驗方案的設(shè)計需確保可行性，即利用現(xiàn)有實驗器材可完成本次實驗內(nèi)容并達到實驗?zāi)康?。在進行方案設(shè)計時需針對實驗器材的選擇方法和標準制定出相關(guān)規(guī)定，同時還需對實驗設(shè)計方案進行優(yōu)化，通過電路設(shè)計和器材的使用來降低實驗操作難度。

3.4 操作實驗

高中物理電學(xué)實驗操作過程可分為三個步驟，即挑選器材、連接電路與測量數(shù)據(jù)。我們在開展電學(xué)實驗時需認真執(zhí)行這三個基本步驟，如此才能確保實驗的安全性與準確性。

綜上所述，我們在進行高中物理電學(xué)實驗前，首先需進行器材和電路的選擇，在選擇過程中應(yīng)遵循安全、適用、方便、準確的基本原則，但仍需依據(jù)具體的實驗要求將其確定下來。電學(xué)實驗是物理高考的重點內(nèi)容，我們在學(xué)習(xí)過程中需對其加以重視。

[1]李紅偉.立足實驗基礎(chǔ)知識提升實驗創(chuàng)新能力——2014年高考物理電學(xué)實驗試題分析暨2015年電學(xué)實驗復(fù)習(xí)策略[J].物理教師,2015,07:89-92+97

[2]李清.論高中物理電學(xué)實驗教學(xué)策略[J].課程教育研究,2015,33:161-162

[3]王挺,楊曉雷.高中物理電學(xué)實驗教學(xué)設(shè)計的探索[J].中小學(xué)實驗與裝備,2012,02:6-10