高中物理電學實驗中的電路設計探析

陳鵬宇

[摘要]高中的物理電學模塊，占據高中物理的半壁江山，是高考中的重要考試內容。在實驗學習的基礎上，要求學生能夠具體掌握物理電學的基本概念，了解實驗設計的基本原則、流程方法。本文旨在以實驗設計操作為實踐輔助，加深學生對物理電學知識點的梳理，以及進一步的內化、掌握。

[關鍵詞]高中物理 電學實驗 電路設計

電學實驗的電路設計首先需要學生具備扎實的電學基礎知識，在真正理解電路設計的原則的基礎上，進行標準化，規范化的電路設計操作。那么，我們在高中學習中已經初步涉及到了電路設計的理論內容，為提升高中教材的生活運用效果，并進一步落實學習效果，加深學習理解，本文結合高中學習的部分知識，開展了自主探究，以下是主要內容。

一、掌握基本物理電學知識

（一）元件與電路圖

元件和電路圖是構成整個電學實驗的基礎要素，根據平時上課所學的基礎物理知識，能夠讀懂各類電路圖的電路構成，能夠一眼看出該電路圖的連接方式、元器件的擺放位置誤區。在挑選適當的電源后，根據所給電路圖，挑選符合實驗的元器件型號，調整測量工具電表的指針，選擇合適的測量范圍。

（二）了解實驗器材的使用方法

實驗器材使用是否規范，決定著整個實驗的最終效果，因此，在進行正式的實踐操作前，需要對實驗手冊進行仔細研讀，熟記每一個實驗步驟的操作規范以及操作要點，減少實驗失誤，降低實驗失敗風險，避免因操作不當而造成的實驗器具的破壞。

二、實驗電路設計的原則

（一）安全性

雖然實驗室的電流都不足以對人體造成傷害，但物理電學實驗畢竟也是屬于有風險的實驗操作，同時我們高中生沒有太多的實驗操作經驗，容易出現實驗失誤。因此，這就要求我們學生在設計電路時，一定要考慮設計的安全性，規范性，電路設計圖必須要經過老師確認才能進行實際操作。

（二）整體性

電路設計需要考慮整體性，不能將電路部分單獨的拎出來進行設計，這樣會使學生在最終的電源、電流選擇上帶來一定的難度，造成實驗無法有效進行。因此，電路設計時，需要基于整體的設計思路，分模塊優化，逐漸向整體設計靠攏。

（三）功能性

電路實驗設計一定要滿足功能性，達到一定的實驗目的，學生在實驗室進行一個實驗操作，不僅僅只是一個操作，更重要的是需要從中實現實驗目的。比如探究并聯電路與串聯電路的電流異同點時，就需要對不同的電路電流進行測量，那么在電路設計時，就需要根據控制變量法，設計符合實驗目的的實驗，促使實驗具有實驗功能。

三、實驗電路設計的流程方法

（一）明確實驗目的

首先，需要對實驗目的進行明確，借助實驗目的，明確實驗導向，只有在這樣的基礎上，才能進行實驗材料選擇，實驗方案設計。那么實驗目的的明確除了增強實驗的導向作用外，還有一點好處，就是可以驗證實驗結果的正確性，可以根據實驗結果與實驗目的對比分析，來核查實驗流程的規范性，檢測實驗過程中的設計是否存在誤區，對于不準確的地方可以及時進行改進。

（二）選擇實驗材料

實驗材料的選擇需要能滿足實驗目的、實驗要求，由于現在實驗室的很多實驗器材都呈現的老化、陳舊的狀態，這就容易導致我們在進行實驗材料選擇時，容易誤選到一些不能滿足實驗功能的器材，因此我們學生在進行器材篩選過程中不僅需要挑選適合實驗的各種材料工具，更要檢測這些工具的是否滿足實驗要求。

（三）確定實驗設計

根據實驗目的要求，在現有實驗器材的選定后，憑借有限的實驗資源進行方案設計，眾所周知，不同的實驗設計方案會產生不同的實驗效果，設計優良的實驗方案不僅可以優化試驗流程步驟，還可以得到最佳的實驗結果。因此在實驗設計中需要確定電源大小的設定，是使用交流電，標準電壓220伏還是4 5伏低電壓，亦或者是使用直流電，用電池進行電路連接；確定電路的連接方式，是內接還是外接；確定滑動變阻器的選擇，是大電阻還是小電阻；確定電路的接法選用，是分壓式接法還是限流式接法。以上這些基本設計要素都需要進行著重考慮，仔細分析，各種要素進行優化組合后，選擇最佳的設計方案。

（四）優化電路方程

在進行實驗操作時，我們可能會遇到一些復雜的電路方程，這些電路方程往往具有很強的迷惑性、復雜性，如果直接對這些方程進行實驗應用，可能會給我們學生看來很大的計算量，這大大增加了實驗的操作難度，也很難進行最后的實驗結果整理。因此針對這些復雜性電路方程，需要進行一定的優化檢驗，剔除一些不必要的要素，降低電路紊亂的可能性，將電路方程化解為可理解的范圍之內，確保實驗能夠真正得到有效進行。

四、結束語

綜上所述，針對物理電學實驗的電路設計，需要滿足設計的原則，在研究透徹課本知識的基礎上，按照實驗標準、實驗流程進行操作，在這樣的基礎上才能真正的得到一個良好的實驗結果，將實驗的誤差降低到最小化。那么針對以上的研究仍處于高中教材發散的初級內容范圍內，沒有太過于詳細精細化的電學實驗設計流程，從專業的角度上來說還有些匱乏，還需要加強日后物理電學實驗的進一步學習探索。