multisiM9電路仿真在高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究

張曉坤

摘要：Multisim9作為一款電子電路仿真軟件，它為我們提供了較為合適的虛擬電子實(shí)驗(yàn)環(huán)境，操作簡(jiǎn)單，降低了實(shí)驗(yàn)成本，被廣泛應(yīng)用于高校電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)習(xí)中。在高中物理新課程教學(xué)中，multisiM9電路仿真實(shí)驗(yàn)為電路教學(xué)提供了較為合適的實(shí)驗(yàn)手段和分析方法，仿真實(shí)驗(yàn)效果明顯，操作簡(jiǎn)單，學(xué)生容易掌握，教學(xué)效果很好。電子電路仿真軟件提供了虛擬電子電路實(shí)驗(yàn)環(huán)境，操作簡(jiǎn)單、降低了實(shí)驗(yàn)的成本和實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)。筆者在學(xué)校物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的過(guò)程中，指導(dǎo)學(xué)生利用電路仿真軟件對(duì)高中階段的一些電學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的模擬并記錄下來(lái)供教學(xué)工作者共同研究。

關(guān)鍵詞：multisim9電路仿真;高中物理;電學(xué)實(shí)驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-1578（2018）12-0255-01

引言：實(shí)物實(shí)驗(yàn)特別是學(xué)生探究性的實(shí)驗(yàn)，由于各種干擾因素是客觀存在的，其偶然誤差、系統(tǒng)誤差都不可避免。而理想實(shí)驗(yàn)沒(méi)有“儀器、操作”，原理和方法也是理想化的條件下通過(guò)“想象”來(lái)進(jìn)行，不存在實(shí)驗(yàn)誤差。這樣理想實(shí)驗(yàn)為實(shí)物探究實(shí)驗(yàn)的誤差分析、實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)等提供了可以做為類(lèi)比的理論基礎(chǔ)。

1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討

為了突出實(shí)驗(yàn)課程的重要性，安徽廣播影視職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子電路類(lèi)實(shí)驗(yàn)從理論課中分離出來(lái)，獨(dú)立設(shè)課，有獨(dú)立的考試和學(xué)分，有專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗(yàn)老師以及配備相關(guān)的輔導(dǎo)教師，保證實(shí)驗(yàn)課的數(shù)量和質(zhì)量.然而，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法是學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求在實(shí)驗(yàn)室里用給定的元器件自己搭建實(shí)驗(yàn)電路，甚至部分實(shí)驗(yàn)采用現(xiàn)成的電路板，用儀器測(cè)量數(shù)據(jù)或觀察波形，得出結(jié)論.由于實(shí)驗(yàn)課時(shí)畢竟有限，使得學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室忙于趕工完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，而設(shè)計(jì)電路、思考問(wèn)題的時(shí)間被占用.不僅實(shí)驗(yàn)效果差，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣也會(huì)消退.再者，為了滿足電子電路實(shí)驗(yàn)的要求，需要配置大量的電子設(shè)備、儀器、儀表、電子元器件、工具等.因此學(xué)校有限的教學(xué)資源與學(xué)生日益增長(zhǎng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)需求形成了一個(gè)較難解決的矛盾，所以在目前的教學(xué)條件下如何提高實(shí)驗(yàn)的開(kāi)出率一直是一個(gè)重點(diǎn)也是一個(gè)難點(diǎn)。

實(shí)例1：建立電路。

在Multisim9的工作界面中建立電路，如圖1所示。

（1）仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果在Multisim9的工作界面中，建立電路之后，仿真并閉合開(kāi)關(guān)，會(huì)看到如圖1所示現(xiàn)象，即燈L₁亮，燈L₂幾乎不亮。在Multisim9界面中，仿真效果明顯，燈L₁呈黃色。

（2）結(jié)果分析為什么會(huì)出現(xiàn)如圖1中的現(xiàn)象呢？

我們用課本中的相關(guān)知識(shí)來(lái)分析：由公式P=U₂R推出R=U₂P，則燈泡L₁的電阻為R₁=U_額2P=12210ψ=14.4ψ，燈泡L₂的電阻為R₂=U_額2P=12225ψ=5.76ψ，串聯(lián)電路中的總電流為I=ER₁+R₂=1214.4+5.76A≈0.60A。在串聯(lián)電路電路中，通過(guò)燈L₁、L₂的電流相等，則兩者的功率分別為P₁=I₂R₁=0.602×14.4W≈5.18W，P=L₂R₂=0.602×5.76W≈2.07W。通過(guò)上面的計(jì)算可得，燈L₁比燈L₂的實(shí)際功率大，因此較亮。

（3）拓展在實(shí)例1中，當(dāng)電源電壓為24V時(shí)，仿真結(jié)果如圖2所示，燈L₁過(guò)亮，很可能被燒毀。此時(shí)的電流I=ER₁+R₂=2414.4+5.76A≈1.19A，則P₁=I₂，R₁=1.192×14.4W≈20.39W，P₂=I₂，R₂=1.192×5.76W≈8.16W。由計(jì)算可知，燈L₁的實(shí)際功率已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其額定值，燈絲可能被燒毀。在Multisim9界面中，燈L₁的亮度明顯高于燈L₂，呈深黃色。

實(shí)例2;分析自感現(xiàn)象中，開(kāi)關(guān)閉合、斷開(kāi)瞬間的現(xiàn)象。

（1）分析自感現(xiàn)象1根據(jù)電路在Multisim9中建立如圖3所示電路，并用虛擬示波器XSC1測(cè)量燈泡L₂兩端電壓變化.閉合開(kāi)關(guān)，可在示波器中觀察到燈泡L₂兩端的電壓變化，如圖4所示，從而得出開(kāi)關(guān)閉合時(shí)的現(xiàn)象：燈泡L₂逐漸變亮。

（2）分析自感現(xiàn)象根據(jù)電路在Multisim9中建立如圖5所示電路，其中R₂作為電源內(nèi)阻，并用虛擬示波器XSC1測(cè)量燈泡L₂兩端電壓變化。

開(kāi)關(guān)閉合和斷開(kāi)過(guò)程，可在示波器中觀察到燈泡L₂兩端的電壓變化，如圖6所示，從而得出開(kāi)關(guān)閉合時(shí)的現(xiàn)象：燈泡L₂先亮然后逐漸變暗，最后保持一定的亮度.開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)的現(xiàn)象：燈泡瞬間變亮然后熄滅，并且可觀察到斷開(kāi)后燈泡L₂電壓反向，也就是電流反向流過(guò)燈泡根據(jù)電路在中建立電路其中作為電源內(nèi)阻，并用虛擬示波器測(cè)量燈泡兩端電壓變化。開(kāi)關(guān)閉合和斷開(kāi)過(guò)程，可在示波器中觀察到燈泡兩端的電壓變化圖，從而得出開(kāi)關(guān)閉合時(shí)的現(xiàn)象燈泡先亮然后逐漸變暗，最后保持一定的亮度。開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)的現(xiàn)象：燈泡瞬間變亮然后熄滅，并且可觀察到斷開(kāi)后燈泡電壓反向，也就是電流反向流過(guò)燈泡。

2.結(jié)語(yǔ)

利用Multisim9進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，可以彌補(bǔ)在教學(xué)過(guò)程中某些實(shí)驗(yàn)無(wú)法演示的遺憾，同時(shí)也可以作為學(xué)生課外實(shí)驗(yàn)探究的一個(gè)手段，培養(yǎng)學(xué)生的電路建立和調(diào)試的能力，有效促進(jìn)學(xué)生動(dòng)手能力的提高掌握研究物理問(wèn)題的這一基本方法，同時(shí)豐富自己的想象力，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維能力。multisim9電路仿真在高中物理電學(xué)教學(xué)中發(fā)揮了極大的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁振華.multisim9電路仿真在高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].物理教學(xué)探討，2011，29（08）：53-55+57.