電學實驗這“玩意”

李孔望

【摘 要】電學實驗紛繁復雜，本文通過對電學實驗分類列舉，循序漸進地介紹實驗考查的類型和考查角度，提供解決每個類型題目的方法和關鍵點。

【關鍵詞】電流表內外接；滑動變阻器分壓或限流接；伏安法測電阻

電學實驗一直都是高考的熱點和重點，高三復習中，學生覺得電學實驗變幻莫測，總是不得要領。在教學實踐中，筆者根據實驗特點和學生的思維習慣，做了以下總結，期待和同行交流，以期達到幫助學生邁過電學實驗這道“坎”。

電學實驗的核心內容是伏安法測電阻，電路設計的關鍵是電流表內外接和滑動變阻器分壓或限流，基本題型是儀器的選擇，包括電表量程的選擇，定值電阻和滑動變阻器的選擇，電路連接和誤差分析等題型；實驗模型分為：測定金屬的電阻率、測定電源的電動勢和內阻以及練習使用多用電表三種類型。

一、測電阻及電阻率（內外選擇是關鍵，分壓限流是妙招）

1.某同學測量阻值約為25kΩ的電阻RX，現備有下列器材：

A.電流表（量程122μA，內阻約2kΩ）；

B.電流表（量程500μA，內阻約300Ω）；

C.電壓表（量程15V，內阻約100kΩ）；

D.電壓表（量程50V，內阻約500kΩ）；

E.直流電源（20V，允許最大電流1A）；

F.滑動變阻器（最大阻值1kΩ，額定功率1W）；

G.電鍵和導線若干。

電流表應選___，電壓表應選___。（填字母代號）

該同學正確選擇儀器后連接了以下電路，為保證實驗順利進行，并使測量誤差盡量減小，實驗前請你檢查該電路，指出電路在接線上存在的問題：

①___________________。②______________________。

分析：本題是非常典型的基礎實驗，涉及的內容十分豐富：

（1）電壓表和電流表量程的選擇，基本方法是估算法，基本原則是安全性和精確性。

（2）電流表的內外接的選擇，基本方法“大內偏大，小外偏小”，即大電阻需要內接，測量誤差偏大，小電阻需要外接，測量誤差偏小。

（3）滑動變阻器的分壓或限流的選擇，其方法是若電路要求被測元件電壓或電流從零起或變阻器的阻值比被測電阻小的多的時候一般采用分壓式，其它情況能限流的不分壓接。

掌握以上所述的方法，此題就迎刃而解；同時同學們對電學實驗的分析方法有了全面的認識和透徹的理解。

2.待測電阻Rx的阻值約為20Ω，現要測量其阻值，實驗室提供器材如下：

A.電流表A（量程150mA，內阻約為10Ω）；

B.電流表A（量程20mA，內阻r=30Ω）；

C.電壓表V（量程15V，內阻約為3000Ω）；

D.定值電阻R=100Ω；

E.滑動變阻器R，最大阻值為5Ω，額定電流為1.0A；

F.滑動變阻器R，最大阻值為5Ω，額定電流為0.5A；

G.電源E，電動勢E=4V（內阻不計）；

H.電鍵S及導線若干。

（1）為了使電表調節范圍較大，測量準確，測量時電表讀數不得小于其量程的，請從所給的器材中選擇合適的實驗器材______（均用器材前對應的序號字母填寫）；

（2）根據你選擇的實驗器材，請你在虛線框內畫出測量R的最佳實驗電路圖并標明元件符號；

（3）待測電阻的表達式為R=_______，式中各符號的物理意義為_______。

分析：通過上題的分析，再看此題，電壓表量程太大，不能使用，需要用A改裝量程合適的電壓表，故本題考查了電表改裝原理，然后利用伏安法的基本規則設計電路圖，也是人們所說的“安安法”。

二、測電動勢和內阻（千言萬語融三圖，只盼君來能讀懂）

分析：對于本實驗學生容易摸不到頭腦，只要把握教材給出三種基本測量方案即可，其它測量方法都是在基本方案上的變形。

3.用圖所示電路，測量一節干電池的電動勢和內阻。電池的內阻較小，為了防止在調節滑動變阻器時造成短路，電路中用一個定值電阻R起保護作用。除電池、開關和導線外，可供使用的實驗器材還有：

A.電流表（量程0.6A、3A）；

B.電壓表（量程3V、15V）；

C.定值電阻（阻值1Ω、額定功率5W）；

D.定值電阻（阻值10Ω、額定功率10W）；

E.滑動變阻器（阻值范圍0～10Ω、額定電流2A）；

F.滑動變阻器（阻值范圍0～100Ω、額定電流1A）。

那么：（1）要正確完成實驗，電壓表的量程應選擇________V，電流表的量程應選擇_______A；R應選擇________Ω的定值電阻，R應選擇阻值范圍是____Ω的滑動變阻器。

（2）引起該實驗系統誤差的主要原因是_______。

分析：本題是此實驗最基本的方案之一，涉及的內容相當豐富：

①類似于伏安法且電流表內接的電路圖；

②用該電路圖處理數據的方法是畫出路端電壓與電流的圖像，看圖像斜率及截距得到電動勢和內阻；

③測量誤差為“雙偏小”即電動勢和內阻測量值都比真實值小，通過解析法和圖像法得到此結論。

三、多用電表的使用（贏得芳心——三劍客）

本實驗重點是對歐姆表原理的理解，掌握歐姆表內部基本電路圖。

4.如圖是一個簡化的電路圖，電流、電壓和電阻的測量都各有兩個量（或分度值）不同的檔位。1、2兩個檔位為電流表檔位，其中大量是小量的10倍。已知表頭G的滿偏電流100μA，內阻990Ω，圖中的電源E的電動勢均為3.5V，當把轉換開關S旋到位置4，在AB之間接3500Ω的電阻時，表頭G剛好半偏，設測量過操作的順序和步驟都正確無誤，則R=_______Ω，R=_______Ω。

分析：本題考查兩量程多用電表，十分典型，要求學生對原理有深刻的理解，同時通過此題，能夠使學生更加徹底的認識多用電表內部結構。

當然，電學實驗還包括黑箱問題、電表改裝及校對的問題等，由于篇幅有限，在此不再贅述。通過以上分類分析，會讓學生有撥開云霧看彩虹的感覺，對電學實驗有個整體把握，再碰到電學實驗題目就會有章可循。

【參考文獻】

[1]普通高中課程標準實驗教科書物理選修3-1[M].北京：人民教育出版社，2007

[2]十年高考分類解析與應試策略[M].海南：南方出版社，2009