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        高中電路實驗的疑點選析

        2010-01-26 01:24:18丁明武吳巧玲
        物理通報 2010年1期
        關(guān)鍵詞:示數(shù)變阻器電壓表

        丁明武 吳巧玲

        (景德鎮(zhèn)一中 江西 景德鎮(zhèn) 333001)(景德鎮(zhèn)市電教館 江西 景德鎮(zhèn) 333000)

        現(xiàn)行高中物理教材中有關(guān)電路的實驗,是根據(jù)實驗內(nèi)容預(yù)先設(shè)計好電路,讓學(xué)生按電路完成對實驗器材連線、測量等項操作.但電路設(shè)計的根據(jù),應(yīng)如何選擇實驗器材及對實驗的相關(guān)要求均未做具體說明,在實驗中留下一些疑點.新課程的實施,雖然對電路實驗的內(nèi)容做了一些調(diào)整,但對實驗的基本原理和基本測量方法的能力要求并未改變,而且注重學(xué)生在實驗中的探究過程.教師能夠指導(dǎo)學(xué)生有效地突破實驗中的疑點,會有利于學(xué)生探究能力的提高.

        1 “描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗電路中變阻器的規(guī)格應(yīng)如何選擇

        圖1

        圖1所示為“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗電路,滑動變阻器采用并聯(lián)分壓式連接.實驗中根據(jù)變阻器滑動觸頭P在不同位置讀出對應(yīng)的電壓和電流.為了計算方便,不計電流表和電壓表內(nèi)阻對電路的影響及電源的內(nèi)阻.設(shè)電源電動勢為E,小燈泡的電阻為RL,滑動變阻器的總電阻為R,a、p間的電阻為Rx,a、p間的電壓為Ux.由閉合電路歐姆定律

        化簡后得

        這樣可得如圖2所示的Ux-Rx圖像中的曲線b.

        圖2

        2 “測定電源電動勢和內(nèi)阻”的實驗中,電流表應(yīng)該內(nèi)接還是外接

        “測定電源電動勢和內(nèi)阻”的實驗,課本上采用的是伏安法,實驗電路圖如圖3所示,即采用了電流表外接的方式.有的同學(xué)在實驗中采用了電流表內(nèi)接的方式,如圖4所示.這樣兩種不同方式連接的電路對測量有何區(qū)別?

        圖3 圖4

        由E=U+Ir,電流表采用外接的方式客觀上是將電壓表當(dāng)作了電源的一部分,從原理上分析,實驗所測量的電動勢E′、內(nèi)阻r′和實際值E、r的關(guān)系為

        式中RV為電壓表的內(nèi)阻,這樣測量值和實際值相比均偏小,所以這種連接方式適用于內(nèi)阻較小的電源.

        而電流表采用內(nèi)接的方式,則是將電流表當(dāng)作了電源的一部分,從原理上分析,測量值E′、r′和實際值E、r的關(guān)系為

        E′=Er′=r+RA

        式中RA為電流表的內(nèi)阻,如果測量結(jié)果要較準確的符合實驗要求,必須滿足RA?r的條件,即這種電路適用于內(nèi)阻較大的電源.

        由于課本上電源用的是干電池,通常情況下,干電池的內(nèi)阻大約為,所以用圖3的電路測量結(jié)果較為符合實驗要求.

        3 “把電流表改裝為電壓表”的實驗中,半偏法測電流表內(nèi)阻的實驗條件

        半偏法測電流表內(nèi)阻實驗電路如圖5所示.電路連接好,先將R1的滑動觸頭置于電阻最大位置.第一步,斷開S2、閉合S1,調(diào)整變阻器R1,使電流表○G的示數(shù)達到滿偏(Ig);第二步,再閉合S2,保持R1不變,調(diào)整電阻箱R2,使電流表的示數(shù)達到半偏(Ig/2);最后讀出R2的值,認為電流表內(nèi)阻Rg=R2.

        圖5

        若不計電源內(nèi)阻,由以上操作過程:

        僅有S1閉合

        S1、S2均閉合

        且有

        相對誤差

        若實驗要求η≤5%,得

        R1≥20R2

        同時得電源電動勢應(yīng)滿足

        4 由電流表改裝的電壓表與標準電壓表進行刻度校對時,分析其示數(shù)和標準表相比是偏大還是偏小

        根據(jù)半偏法測得電流表的內(nèi)阻Rg′=R2,由實驗原理可知,與電流表實際值Rg相比Rg′

        設(shè)改裝表的量程為U,根據(jù)電壓表改裝原理,電流表需串聯(lián)一個分壓電阻R,則

        R=(n′-1)Rg′

        改裝表的內(nèi)阻

        而同種規(guī)格標準電壓表的內(nèi)阻

        圖6

        電壓表刻度的校對電路如圖6所示,根據(jù)并聯(lián)電路電流與電阻成反比的特點,實際流過改裝表的電流較流過標準電壓表的電流小,則改裝表的示數(shù)應(yīng)比標準表的示數(shù)小.

        綜上所述,高中物理中的電路實驗,雖然不很復(fù)雜,但卻含有一些疑難問題,這些正是教師引導(dǎo)學(xué)生進行探究性學(xué)習(xí)的良好素材,如能有效利用,對培養(yǎng)和提高學(xué)生實驗的綜合素質(zhì)及分析和解決問題的能力大有裨益.

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