對高中物理常見電學實驗問題的探究

劉楚樺

【摘要】 在高中物理學習過程中，電學知識是重點也是難點。要想學好高中物理，電學實驗的學習是關鍵的一環。基于此，從電學實驗難點形成的原因入手，分析其中存在的主要問題，并提出相應的解決措施。

【關鍵詞】 高中物理 電學實驗 問題探究一、電學實驗難點形成的原因

其一，對于電流表、電壓表的讀數規則認識模糊，造成讀數的有效數字出現錯誤。電流表的量程一般有兩種，一種是0.1～0.6A，另一種是0～3A，電壓表的量程也有兩種，0～3V和0～15V。由于同一個電流表、電壓表有不同的量程，因此，對應不同的量程，每個小格所代表的電流、電壓值也就不相同，所以電流表和電壓表的讀數會比較復雜，測量值的有效數字位數比較容易出錯。在讀數時，電流表和電壓表的量程為0～3A和0～3V，最小刻度為0.1A和0.1V，讀數規則比較簡單，只需要在精確度后加估讀數，就可以了。其二，對滑動變阻器的限流、分壓兩種控制電路的原理把握不準，導致控制電路選擇不當。其三，對實驗測量電路、電學儀器的選用原則把握不準，導致電路、儀器選擇錯誤。其四，對電學實驗的重點內容“電阻的測量”方法沒有進行明確的歸類，導致在做題時思路混亂。其五，對創新型實驗設計平時缺少對實驗思想方法的歸納，在全新的實驗情景下，找不到實驗設計的原理，不能設計出合理的方案，并且我們受傳統思維定勢的影響，缺乏對已經學過的實驗原理的運用，不能有效使用儀器，缺少創新意識。

二、電學實驗難點問題的有效分析

（一）滑動變阻器的應用分析

滑動變阻器是電學實驗中比較常用的一種儀器，滑動變阻器能夠對電路起到保護的作用，還能夠有效調節電流和電壓，在電學實驗中具有重要的作用。滑動變阻器可以分為限流接法與分壓接法，在限流接法中，當R0小于或者等于R1時，在移動滑動觸頭的過程中，電流的變化范圍較小，總電流幾乎不變，U1也幾乎不變；當R0大于或者等于R1時，滑動觸頭從左向右滑動過程中，開始電流表和電壓表的示數變化不大，后來在很小的電阻變化范圍內，電流表和電壓表的讀數變化很快，也不方便讀數，只有當R1和R0差不多大小時，才能對電流和電壓有明顯的調控作用，在同樣能夠達到目的的前提下，限流法比較省電，電路連接也比較簡單。在以下幾種情況下要選擇分壓式接法：其一，當回路中某部分電路電流或者電壓能夠實現從零開始聯系調節時；其二，當電器的電阻RL遠大于滑動變阻器的最大值R0時，必須采用分壓接法；其三，若采用限流接法，電路中實際電壓的最小值仍超過RL的額定值時，只能采用分壓接法。

（二）實驗電路和電學儀器的選擇分析

1.電路的選擇。首先，安培表內、外接電路的選擇。由于電壓表的分流作用和電流表的分壓作用，造成表的示數與通過負載的電壓或電流真實值之間產生誤差，為了減少誤差，要盡可能選擇電流表的內外接法，選擇的方法可以分為：其一，直接比較法。當待測電阻阻值R1小于或者等于R2時，伏特表分流很小，要選擇安培表外接電路；當待測電阻阻值R1大于或者等于R2時，安培表分流很小，要選擇安培表內接電路。其二。試觸法。把電流表提前接好，拿電壓表的一個接線柱分別去試觸M、N兩點，觀察兩次試觸時兩個電表的示數變化情況。如果電流表的示數變化比電壓表示數變化明顯，說明接M點時電壓表分流作用引起的誤差大于接N點時電流表分壓作用引起的誤差，這時應該采取內接法。如果電壓表的示數變化比電流表示數變化明顯，說明接N點時電流表分流作用引起的誤差大于接M點時電壓表分流作用引起的誤差，這時應該采取外接法。

其次，電路實驗器材和量程的選擇。其一，電源的選擇。要選擇直流電源，根據用電器的需要進行確定，一般要考慮用電器所需的電壓、電路中的電流、電源電動勢等，在不超過待測器材允許的最大電壓值情況下，選擇電動勢較大的電源，在相同電動勢情況下，通常選擇內電阻較小的電源，測電源內阻除外。其二，電表的選擇。在不超過電表量程的條件下，選擇量程較小的電表。其三，滑動變阻器的選擇。要由電路中所要求或可能出現的電流、電壓的范圍來選定變阻器，實際流過變阻器的電流不得超過其額定值；如果通過變阻器的電阻改變來讀取不同的電流、電壓值時，要注意避免變阻器滑片稍有移動電流或電壓就會有很大變化出現，也要避免出現滑片從一頭滑向另一頭，電流或電壓幾乎變化的情況。若控制電路確定為限流接法，則滑動變阻器應選擇與實驗電路中其它電阻的總阻值相差不大的，若控制電路確定為分壓接法，要選擇在額定電流允許的條件下阻值較小的滑動變阻器。

2.選擇器材的主要方法是：先確定實驗條件，然后按電源、電壓表、電流表、變阻器順序進行選擇，根據不使電表受損和盡量減少誤差的原則選擇電表。首先保證流過電流表的電流和加在電壓表上的電壓均不超過使用量程，然后合理選擇量程，要使指針有較大偏轉，以減少測讀誤差。根據電路中可能出現的電流或電壓范圍選擇滑動變阻器，注意流過滑動變阻器的電流不超過它的額定值，對大阻值的變阻器，如果是滑動頭稍有移動，使電流、電壓有較大變化的，不應該采用，應該根據實驗的基本要求來選擇儀器，針對這種情況，只有熟悉實驗原理，才能做出合適的選擇。

（三）電阻測量的方法分析

在高中電學實驗學習中，涉及最多的問題就是電阻的測量，電阻的測量方法比較多，其一，歐姆表測量。是最直接測電阻的儀表，但一般用歐姆表測量只能進行粗測，為下一步的測量提供參考依據，用歐姆表可以測量白熾燈泡的冷電阻。其二，替代法。替代法的測量思路是等效的思想，可以是利用電流等效，也可以是電壓等效，替代法測量電阻精確度較高，不需要計算，并且方法比較簡單，但要有可調的標準電阻才能有效進行。其三，伏安法。伏安法的測量依據是歐姆定律，需要的基本測量儀器是電壓表和電流表，當只有一個電表時，可以用標準電阻進行代替；當電表的內阻已知時，根據歐姆定律電壓表可以當電流表使用，同樣電流表也可以當電壓表使用。

其四，比例法。主要指要測量某一物體的某一物理量時，可以把它與已知準確數值的標準物體進行比較，例如，使用天平稱量物體的質量，就是把被測物體與砝碼進行比較，砝碼就是質量數準確的標準物體。天平的結構是等臂杠桿，因此當天平平衡時，被測物體的質量與標準物體的質量是相等的。如果有可以作為標準的已知電阻的電表，可以采用比例法測電表的電阻，用比例法測電表內阻時，兩個電流表一般是并聯，兩個電壓表一般是串聯。例如，測電流表和電壓表的內阻，如果有可以作為標準的已知電阻的電表，都可以使用比例法，采用比例法測電阻的依據是串聯電路電壓與電阻成正比，并聯電路電流與電阻成反比。電壓表可顯示電阻兩端的電壓值，電流表可以顯示電阻中通過的電流，所以測電流表內阻應把兩電流表并聯，測電壓表內阻應把兩電壓表串聯。

三、結語

電學實驗是高中物理中的重點，電學知識的復雜性給我們學習帶來一定的難點，我們應該對電學方面的理論知識進行充分的掌握，才能在實踐中積累經驗，進而為電學實驗打下堅實的基礎。對于高中生來說，我們不僅要掌握理論知識，還要學習實驗操作，進而提高我們的綜合能力。

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