高二物理電學實驗問題的研究

白江偉

摘要：電路設計問題在電學實驗中的難度比較大，分析電學問題中的典型案例，并對其中的的常見問題進行列舉，幫助學習者更好的掌握實驗原理，并更好的明確實驗關鍵問題，從而在實驗問題中做到胸有成竹，有的放矢。

關鍵詞：閉合電路歐姆定律 ?部分電路歐姆定律 分壓式 ?限流式 內接法 外接法

一、部分電路歐姆定律在電路設計中的應用我們在初中已經對部分電路歐姆定律進行了學習，對單個的純電阻進行處理是沒有障礙的。

進入高中后，我們連續使用部分電路歐姆定律對小燈泡的伏安特性曲線、測量電阻絲的電阻率進行處理，充分發揮了部分電路歐姆定律的作用，下面我們對歐姆定律具體解決的兩個問題電路進行設計，并列舉出其中的需要注意的問題。

1、描繪小燈泡的伏安特性曲線

（1）電路設計：

在這個實驗中，圖線的坐標要從零開始變化，需要大量的數據，因此控制電路采用滑動變阻器的分壓式接法。根據小外偏小，電流表采用外界法

（2）實驗過程中常見的問題

a ?本實驗中，實驗用小燈泡電阻值是比較小的，為了減小實驗誤差，電流表采用外接法。

b ?閉合回路中的開關，撥動滑動變阻器的滑片，使小燈泡兩端所加電壓逐漸增大，電壓表每增加相同的量，讀取一次數據，得到一個電阻值，及時將數據記錄在表格中，為了保證安全小燈泡兩端所加電壓不應超過小燈泡的額定電壓。

C ?本實驗采用圖像法處理，建立平面直角坐標系，橫縱坐標分別表示電流和電壓，要選取合理的標度，最終使圖像占滿整個坐標紙，然后用平滑的曲線進行連接，切勿使用折線。

d ?實驗數據取得不準，造成曲線誤差過大，要理解數據的取舍。很多同學對滑動變阻器的限流式和分壓式接法不是很熟，要能正確選擇和區分，因所取數據的組數比較多，故滑動變阻器要并聯使用。

2、測定電阻絲的電阻率

（1）電路設計

大內偏大小外偏小，電阻絲阻值是比較小的，電流表在本實驗中采用外接法。電流的變化不需要從零開始變化，因此電壓表采用串聯的接法（限流式）。

（2）實驗過程中常見的問題

A結合實際情況，本實驗應采用外接法（電阻絲電阻小），而不是內接法。

b 測l時應測接入電路的電阻絲的有效長度。在金屬導線的3個不同位置上用螺旋測微器測量直徑d

c 要考慮安全要求，開始實驗前，滑動變阻器的應使接入回路中的阻值最大，以起到保護電表的作用。

d 記錄數據，并計算出電阻值，再求電阻R的平均值。

e 電流不宜過大，通電時間不宜過長，否則電阻率要變化，電流表一般選0.6A

二、閉合電路歐姆定律在電路設計中的應用

閉合電路歐姆定律是針對全電路進行處理的實驗定律。用途廣泛，既可以處理純電阻電路、也能處理非純電阻電路。目前高中階段物理電路問題，我們采用部分電路歐姆定律及閉合電路歐姆定律的交替使用，理論上可以解決所有的問題。

1、測電源電動勢和內電阻

（1）電路設計

由于電源電阻比較小，因此本實驗采用相對于內電阻的外接式接法，由于不需要從零開始變化，電壓表采用比較簡單的一種接法，即限流式接法。

（2）實驗過程中常見的問題

a ?為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內阻宜大些（選用已使用過一段時間的干電池）

b ?為了提高實驗的準確性，防止電池快速極化，導致電動勢發生明顯變化。我們在實驗的過程中應控制電流的大小，電流不宜過大0.5A為準。在讀數方面要即快還準，讀完后斷開開關。

C ?為了保證實驗的準確減小誤差，實驗數據盡量多測幾組，滑動變阻器要起到調節作用，使數據測量有一個比較的范圍，在用逐差法處理并取平均值。

d 在做圖像時，數據處理不可能盡善盡美。U-I，繪制過程中個坐標點應均勻分布，誤差較大的點應舍去。

e 路端電壓U變化較小因為電池內阻較小的緣故，至外電壓不會比電動勢小太多。這時，在畫U-I圖像時，縱軸的刻度可以不從零開始，而是根據測得數據從某一恰當值開始（橫坐標I必須從零開始）但這時圖像和橫軸的交點不再是短路電流，不過圖線與縱軸截距仍為電動勢，直線斜率的絕對值仍是電源內阻。

2、改裝歐姆表

多用電表具有測量電流、電壓、電阻等多種功能。其中測量電阻涉及到歐姆表的改裝，是對閉合電路歐姆定律的具體應用。

（1）電路設計

（2）實驗過程中常見的問題

a 用到閉合電路歐姆定律的知識，電阻刻度與電流刻度如何進行轉化：

①歐姆調零時，紅黑兩個表筆直接接觸，指針滿偏，即Ig=ERg+R+r，

②測量被測電阻時，兩表筆接在電阻兩端，根據閉合電路歐姆定律I=ERg+R+r+Rx，

③如果I中=12Ig，此時表盤顯示電阻為中值電阻即R中=Rg+R+r.

b ?在使用歐姆檔測量電阻時，指針偏轉不能太大或太小，中間位置附近較為合適。滿足“大換小、小換大”就可以完成調整。

C ?測量二極管的正、反向電阻

（1）半導體材料可以用于二極管，其有兩極，正極和負極。符號為 ?.

（2）可以使用多用電表的歐姆檔確定二極管的正負極，具體方法就是利用二極管的單向導電性，分兩次測量二極管的電阻。其中電阻較大的一次黑表筆接的就是二極管的負極反之黑表筆接的就是二極管的正極。

以上是高中物理中部分電路歐姆定律和全電路歐姆定律的具有應用，在這個基礎上我們可以采用伏安法或相應圖像法進行問題解答。對這些典型問題的介紹，是想幫助學習者更好的抓住高中階段處理電路問題的基本方法。

三、具體問題中電路設計原則

如何選擇控制電路即電路中限流式和分壓式的確定，如果都可以優選限流式。測量電路外界內接（大內小外）。最后處理方法部分電路歐姆定律還是全電路歐姆定律。下面以例題的形式幫助大家理解。

參考文獻

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