伏安法測電阻電路設計易錯問題調查和分析

張少伍 趙良震

(濮陽市第一高級中學 河南 濮陽 457000)

學生在做伏安法測電阻電路設計類試題時往往錯誤率很高，為了找出這類題的易錯點及錯誤產生的原因，筆者以一道高考題為例進行了解讀并進行了調查和分析.

1 一道高考題的實戰演練

【例題】(2017年高考全國Ⅰ卷第23題)某同學研究小燈泡的伏安特性.所使用的器材有：小燈泡L(額定電壓3.8 V，額定電流0.32 A)；電壓表○V (量程3 V，內阻3 kΩ)；電流表○A (量程0.5 A，內阻0.5 Ω)；固定電阻R0(阻值1 000 Ω)；滑動變阻器R(阻值0～9.0 Ω)；電源E(電動勢5 V，內阻不計)；開關S；導線若干.

(1)實驗要求能夠實現在0～3.8 V的范圍內對小燈泡的電壓進行測量，畫出實驗電路原理圖.

正解： (1)電壓從零開始調節，滑動變阻器應使用分壓式接法，電壓表的量程小于燈泡的額定電壓，需要串聯電阻改裝，因為燈泡電阻遠小于改裝電壓表的總電阻，所以電流表采用外接法，如圖1所示.

圖1 實驗電路原理圖

2 調查

為了找出學生做這類題易錯的地方，筆者針對此題組織了我校(城市普通高中)高二學生試做了該題，并進行了正確率統計，如表1所示.

從表1可以看出，學生的易錯問題主要有：未改裝電表、畫成限流式、電流表內接、非分壓也非限流電路.

表1 正確率統計人數和百分比

3 錯因分析和改進措施

易錯問題1：未改裝電壓表(圖2)

圖2 未改裝電壓表電路圖

錯因分析：實驗要求能夠在0～3.8 V的范圍內對小燈泡的電壓進行測量，而題中所給的電壓表○V量程為3 V，并不能達到要求，進而測不出完整的伏安特性曲線.由表1的統計結果亦可看出，近50%的學生因審題不清(未考慮量程)而直接測量導致出錯.

改進措施：為了測量出完整的伏安特性曲線，需要對電壓表○V進行改裝.對電壓表○V進行改裝，則需串聯一個定值電阻R0使電壓表○V的量程擴大到4 V，正好滿足要求.

易錯問題2：畫成限流式(圖3)

圖3 限流式電路圖

改進措施：此時根據要求應該選擇分壓式的控制電路.

易錯問題3：電流表內接(圖4)

圖4 電流表內接電路圖

改進措施:根據要求應采用電流表○A外接法.

易錯問題4：非分壓也非限流(圖5)

圖5 非分壓也非限流電路圖

錯因分析：有一種連接方式如圖5所示，這也是文獻[1]給出的答案，出錯率很高.仔細觀察電路會發現，滑動變阻器和燈泡兩者是直接并聯接入電路的，此時的滑動變阻器既沒有起到限流的作用，也沒有起到分壓的作用，也就是說，不管滑動變阻器的滑片是否移動，幾乎不會對燈泡產生影響.甚至當滑片移動到最左端時還會出現電源短路狀態.出現此類錯誤的主要原因在于對分壓式和限流式的控制原理理解不透徹.

改進措施:將圖5中標有“×”號的那根導線去掉即可，如圖6所示.對伏安法測電阻電路設計易錯問題進行統計時發現，除了以上4類比較有代表性的錯誤之外，還存在其他的一些問題：(1)不清楚R0的作用錯誤將R0放錯位置如圖7所示；(2)電路設計完成之后發現電流表○A漏了，就直接按如圖8所示接入電路；(3)部分學生甚至把燈泡和開關都漏了,如圖9所示；(4)各種電路設計錯誤集中在一起的，如圖10所示；(5)作圖不規范，電路圖布局不合理，圖中的導線彎曲不直等.

圖6 去掉導線后的電路圖 圖7 R0位置錯誤電路圖

圖8 電流表接入電路圖 圖9 漏接燈泡和開關的電路圖

圖10 各種設計錯誤的電路圖

4 總結

伏安法測電阻電路設計類問題是高中物理教學的重點也是高考高頻考點，需格外引起重視.筆者針對此類問題整理了學生易錯情況并給出了改進措施.電路設計類問題細節較多，初學者要想全面掌握此類問題的解法并達到解題要求并非易事.為了取得較好的效果，筆者還制定了口訣，以期達到幫助學生更全面、更系統地解決這類問題的目的.

口訣：限流分壓，內外接法；儀器選擇，不容有錯；鉛筆作圖，直尺標注；布局合理，標上字母；節點有點，不漏元件；認真檢查，養成習慣.