高中物理學習過程中電學實驗的學習方法研究

李之後

摘 要：在高中物理的學習過程中，電學實驗是我們高中生實驗課程的重點內容，也是我們高中生在學習過程當中必須接觸并且需要熟練掌握的一門課程，電學實驗知識也是高考物理科目中的重點。高中電學實驗的原理比較復雜，其中涉及的實驗器材種類也繁多，而且在每一種器材中都有著相應不同的量程，所以對電路和器材的選擇也成為電學實驗設計的難點。

關鍵詞：高中物理；電學實驗；學習方法；策略研究

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1005-5312（2017）09-0204-01

總結近幾年學長們的高考物理，電學實驗所涉及的范圍比較廣，并且考核的形式多樣，考核的內容源于教材而又高于教材，需要我們在深刻領會基本知識的同時應用于新的實踐。本文著重從器材和電路的選擇上進行探討。

一、基本器材的選擇

（一）電源的選擇

實驗所需要的電源根據實驗中的要求來進行選擇。如“電火花計時器”一般使用220V的交流電源；“電磁打點計時器”所使用的電源比較低，所以運用4-6v低壓交流電源即可；“電場中等勢線的描繪”使用直流6V電源；而“測量電源電動勢和內電阻”則只需要使用電池即可。就物理實驗的一般情況而言，選擇低壓電源是一般控制在6～12V的范圍內。

（二）內外接電路的選擇

判斷方法主要有3種情況：（1）已知RA則選擇內接法，因為內接法時有R測= R真+ RA所以此時沒有系統誤差，理論上可得到RA的真實值；同理已知RV時則采用外接法，因為外接法時有1/R測=1/ R真+1/ RV所以這時也沒有系統誤差。我們在選用內外接法時應首先考慮此種方法；（2）比較法：若RV/Rχ>Rχ/RA，則選用外接電路；若Rχ/RA>RV/Rχ則用內接電路。也可用試觸法選內外接電路；（3）試觸法：我們分別把開關K與a，b接觸，得到兩組U，I數據，然后比較電壓與電流的變化率（不是變化量）的大小關系，電壓表變化率大，則說明電流表分壓明顯，則我們選擇外接法，電流表率大則說明電壓表分流明顯，我們選擇內接法。

（三）電路的選用

電路的選用要考慮電路的結構，這就需要考慮兩種電路，測量電路與控制電路，測量電路可以直接與電學儀表相連接，因此這里介紹的主要是對控制電路的選擇。

如果負載電阻Rx遠遠大于滑動變阻器的總電阻R時，就需要選用分壓式的接法，這時限流式的接法對電路起不到調節作用.如果采用限流電路，那么電路中的最小電路仍然會超過電器的電壓或者是電流表的量程時，那么應選用分壓式的接法。

如果負載電阻Rx小于或者是與滑動變阻器的總電阻R相差不大時，并且電流、電壓表的讀數不是從零開始可以調解時，要選擇限流式的接法.兩種電路都可以選擇使用限流式的接法，因此，這種接法比較簡單，而且總功率比較小。

（四）滑動變阻器的選擇

在滿足實驗要求的條件下，要選用阻值比較小的變阻器（阻值越小，電阻的變化越平緩，不至于使測量電路中的電流或電壓增加的非常突然，在調節時比較容易控制測量的物理量的變化，即調節方便）。一般情況下分壓式電路，在保證安全的前提下，電阻阻值越小越好；而限流式接法一般要求變阻器的阻值為被測電阻的2—5倍為宜。

二、基本原則

（一）安全性原則

安全性指的是，在實驗過程中保證電流電壓的穩定性，在使用時不會對人員或者設備產生損害。而在電學實驗中，其安全性主要表現在電流表、電壓表使用中，其注意事項為“正、負接線柱正確鏈接”；“各電表的讀數不能超過其量程，電阻類元件的電流不能超過其最大允許電流等”；“電源的最大輸出電流不超過其額定電流等“。

例題2 為了測定一段金屬絲的電阻（阻值大約為10Ω），主要備選儀器如下：

A.電動勢是6V的直流電源

B. 0～600mA的量程、內阻為2Ω的電流表

C. 0～100mA的量程、內阻為15Ω的電流表

D. 0～3V的量程、內阻為3kΩ的電壓表

E. 0～15V的量程、內阻為15kΩ的電壓表

F. 0～10Ω的量程、額定電流為1.0A的滑動變阻

①電流表應選用______。

②電壓表應選用______。

解：首先必須估算出電路中可能的最大電流值及電路兩端的最大電壓值，當滑動變阻器接入電路的電阻為零時，電路中電流最大。根據閉合電路歐姆定律可得：Imax≈ε/R=0.6A。故應選電流表B。同理，當電路中電流達到最大時，電阻兩端的電壓也為最大，其值可能達6V，故伏特表應選E。

（二）適用性原則

在物理的實驗當中，其數據的要求比較高，所以所選取的設備必須要能保證實驗正常地順利地進行，應使實驗的測量范圍符合實驗要求。

例題3 有一改裝的安培表A1需要與一個標準安培表A2進行核對，采用如圖3所示電路，其中ε為直流電源（三節蓄電池串聯而成），R0為一定值電阻，R為一可變電阻，S為電鍵。實驗中已有的器件及儀器的規格如下：

A.固定電阻（阻值8Ω，額定電流2A）

B.固定電阻（阻值15Ω，額定電流2A）

C.滑動變阻器（阻值范圍0～20Ω，額定電流2A）

D.滑動變阻器（阻值范圍0～200Ω，額定電流2A）

已知兩個表的刻度盤上都將量程均分為6大格，要求從0.1A起對每條刻度線一一進行核對。為此，從備用的電阻器中R0應選用______，R應選用______（用字母代號填入）。

解：定阻電阻器R0在電路中稱為限流電阻，它的作用是限制電路中的最大電流。使之不超出安培表的量程過多，從而對安培表起保護作用。滑動變阻器R為調節電阻，它的作用是調節電路中的電流強度，從而實現對電路中的電流強度起控制作用。從題中的要求看，即電流應在0.1～0.6A的范圍內，I=U/R，即電阻的最小值小于10Ω，最大值應大于60Ω，即R0應選用A，R應選用D。

（三）方便性原則

所謂方便性原則，就是在保證實驗能夠順利進行的條件下（安全性、適用性符合要求），如何恰當地選擇器材或實驗裝置使實驗操作方便易行。這一原則在電學實驗中也很突出，主要表現在滑動變阻器的選擇、分壓電路與限流電路的選擇等。

滑動變阻器在電路中有兩種接法：分壓式接法和限流式接法。 當滑動變阻器用作限流時，是把滑動變阻器串聯在電路中，用以控制或調節電路中的電流。此電路中待測電阻Rx兩端的電壓的調節范圍是[E·Rx/（Rx+R）]～E。

當滑動變阻器用作分壓時，是從滑動變阻器上分出一部分電壓加在待測電阻上。其優點是當它的滑片從a端向b端滑動時，待測電阻Rx兩端的電壓可從零開始連續變化到所需電壓（限流式則不能），且電壓的調節范圍是0～E，比用作限流時要大。

變阻器的接法的選擇可以根據以下條件判斷：（1）以下幾種情況一般選分壓電路： ①要求被測電阻兩端電壓變化范圍較大，如有些實驗要求畫出U-I圖象的，或要求電壓從零開始連續可調的；②若用限流接法接成電路，電路中的最小電流仍大于待測電阻的額定電流或電路中電流的額定值的；③滑動變阻器的電阻RRx，為使電流有明顯的變化也應用分壓電路；（2）若滑動變阻器的阻值R>Rx，兩種電路都符合要求，選限流接法，具有省電、電源負擔輕、電路連接簡便的優點，應用限流法；（3）限流式適合測量阻值小的電阻（跟滑動變阻器的總電阻相比相差不大或比滑動變阻器的總電阻還小）。分壓式適合測量阻值較大的電阻（一般比滑動變阻器的總電阻要大）。

三、結語

物理實驗在高考當中所占據的比例越來越大，對于實驗的具體應用知識所涉及的也越來越廣泛，所以高中生在學習的過程當中應當從實踐應用入手對實驗進行深刻的領悟并及時總結和創新。

指導教師：江蘇省宜興第一中學謝繼超

參考文獻：

[1]曹會.高中物理電學實驗資源開發與能力培養的初步研究[D].蘇州：蘇州大學，2010.

[2]謝國興.電阻箱在高中物理電學實驗中的使用分析[J].中學物理（高中版），2012（02）.