對高中物理常見電學實驗問題的幾點探究

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(吉林省柳河縣第一中學)

電學是高中物理課程中的重要組成部份，而實驗是讓學生掌握課程知識、培養科學思維的重要手段。《普通高中物理課程標準(實驗)》明確要求學生要熟悉掌握對各種電路的連接方式以及對量程的選擇，還要求學生們對滑動變阻器的靈活使用并且理解和掌握它的主要作用，根據實驗的要求來進行相應儀器的選擇，同時針對各種儀器所得到的數據進行合理的處理。通過實驗，可以讓學生們掌握更加牢固的知識理論，建立實事求是的科學態度、嚴謹的做事風格，使學生的科學素養得到進一步提高。

一、基本元器件的使用問題

(一)電流表與電壓表讀數問題

在高中物理電學的實驗中，大部分學生還是初次接觸這兩種測量儀器，而在實驗中這兩種儀器不僅僅是只有測量功能，還存在一定的電阻作用。所以，學生在采用這兩種儀器進行相應的測量和取值時就需要進行正確的估讀。例如，某學生在使用量程為零點六安培的電流表時，這種電流表的最小分度值是零點零二安培，所以在進行電流表百分位讀數時要進行估讀。以小半格為中心，若指針沒有達到最小分度值的半格時則舍去，超過最小分度值的半格則用它的一半來進行取值。學生在使用電壓表進行讀數是也是一樣的道理，如學生在使用量程為三伏特的電壓表時，它的最小分度值就是零點一伏特，不難看出電壓表的誤差值就是最小分度值的后一位。所以，在取值時同樣要對電壓表的百分位進行估讀，超過小半格則取零點一的一半，沒有超過則不取值。

(二)電流表與電壓表的對應接法

在電學實驗的過程中，電流表與電壓表的不同接法也會對數據誤差率造成一定的影響，如在使用“伏安法”來對電阻進行測試時，就需要考慮采用“電流表內接法”還是采用“電流表外接法”。在什么情況下采用內接法，什么情況下采用外接法，就需要進行以下兩種判斷：

第一種：當電流表和電壓表的待測電阻值和內阻值已知時，就采用倍數法來判斷，當(Rx/Ra)>(Rv/Rx)時使用內接法，反之，則是使用外接法。

第二種：當電流表和電壓表的待測電阻值和內阻值未知時，就使用試觸法，假設一個電阻與一個電流表串聯(電阻在前電流在后)，將電壓表的一頭固定在電阻前端，另一頭在電阻與電流表之間和電流表之后進行接觸，若兩次顯示數值無明顯變化則選擇外接法。反之，選擇內接法。

(三)測量大數值電流、電壓表的使用

在電學實驗中，大部分使用的電流表和電壓表它們的滿偏電流以及滿偏電壓比較小，所以在進行超過儀器范圍內的數值測量時，往往會通過相應的增加一個電阻來實現大數值的測量。例如，在測量大電流時可通過電流表并聯一個電阻來實現，測量大電壓時通過電流表串聯一個電阻來實現。

二、多用電表的使用問題

(一)多用電表的基本原理

在電學實驗中，儀器的使用原理是要求學生們必須要牢記的，學生們只有清楚儀器的使用原理、使用方法，才會順利的把實驗開展下去。以多用電表為例：就要了解多用電表的屬性，知道多用電表是一個可以測量交、直流的電壓與電流以及電阻的儀器，當開關導通1號接口和2號接口時是測試電流大小，導通到3號接口和4號接口時是測試電阻大小，導通到5號接口和6號接口時是測試電壓大小，但要注意的是在1、3、6接口是分別測試較大量程的電流、電阻和電壓。

(二)多用電表的使用方式

在多用電表使用前，老師要對學進行相應的引導，把多用電表進行機械調零。這時，若測試電阻：首先，老師就要引導學生們把開關旋轉到3號或4號接口上，也就是俗稱的“歐姆檔”，再進行歐姆清零，使用表的兩支筆分別放在待測電阻的兩端，把得來的量程被率數與標準數相乘就得出了待測電阻的電阻大小。

若對直流電進行相應的測量時，老師就引導學生把開關旋轉到“直流電流檔”也就是1號、2號檔口，把被測試電路與多用電表進行串聯，再讓學生們把紅色的筆放在高電勢那一端，把黑色的筆放在低電勢那一端。讀出相應的數值，就是所測的電流大小了。

若測試相應的直流電壓也是同樣的道理：首先老師引導學生把開關轉到5號、6號檔口，“紅高黑低”讀出相應的數值即可。但需要注意的是，這兒的多用電表與被測電路是并聯狀態。

三、使用滑動變阻器的問題

滑動變阻器對于電路的調節靈活多變，在滑動變阻器的使用過程中又出現了兩種接法，分別為“限流式”和“分壓式”。這兩種方法對于負載兩端電壓調節范圍和負載電流調節范圍分別是：限流式接法，ER/(R+R0)<=U<=E ER/(R+R0)<=I<=E/R;分壓式接法，0<=U<=E 0<=I<=E/R。若在實際的電路實驗中沒有實際要求，不知道使用哪種方式進行電路連接，本文基于實例總結了三點經驗：

第一，對于實驗的電壓范圍的實際變化沒有很大的波動，兩種方式都可以使用。

第二，使用較大阻值的變阻器是，建議使用限流式連接方法；使用較小阻值的變阻器，建議分壓式連接方法。

第三，當滑動變阻器的電阻小于待測電路或電流中串聯的其他電阻值時，采用分壓式接法。

四、實際操作問題

在電學實驗中除了對電器元件以及儀器的使用問題外，最主要的就是對于學生在實驗中的實際操作問題了，在高中物理電學實驗中有兩個基本的實驗，分別是“電源的電動勢及內阻的測定”和“金屬絲電阻率測定”，對于這兩個基本實驗本文就針對“電源的電動勢及內阻的測定”進行了以下的探究：

電源的電動勢及內阻的測定，這個實驗的要求是讓學生掌握閉合電路的歐姆定律，清楚電源的內阻以及電動勢。所以，在電源內阻以及電動勢的測量當中可采用：

(1)兩只電壓表測量電壓，通過構建E=U1+U2+U1/Rv*r，E=U1’+U1’/R2*r兩個等式計算出電動勢和內阻。

(2)利用電壓表和電流表同時測量電流、電壓，通過E=U1+I1*r E=U2+I2*r的計算得出對應電動勢和內阻。

(3)采用電阻箱改變電路中的電阻，用電流表測量電流的方法，構建出U1+(U1*r)/R1=U2+(U2*r)/R的不等式來得出內阻和電動勢。

(4)采用電阻箱改變電路中的電阻，用電壓表測量電壓的方法，測量出E=I1(R1+r)、E=I2+(R2+r)這兩個式子，再計算出內阻和電動勢。

通過對“電源的電動勢及內阻的測定”實驗的多種測量方法，不僅讓同學們熟悉和掌握了課本上的理論公式，還提高了學生們的動手能力以及基本電學實驗的測量方法和電路元器件的使用，并培養出了學生們的科學思維。

五、總結

綜上所訴，電學實驗在實驗的過程中還是存在許多問題，無論是電路元器件的使用，還是實驗過程中的測量方法，都需要老師對學生進行引導。但是，通過電學實驗的開展，也有利于學生對物理知識的掌握，以及培養自身嚴謹的做事態度和對問題分析、處理的能力。所以，物理教師在電學實驗中對學生進行正確的引導，激發出學生對物理學習的學習興趣，就能夠讓同學們在電學實驗中掌握知識，提高學生在高中物理電學中的學習效率。