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

則

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

得

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

令

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.