邵 永

（安徽省碭山中學(xué)，安徽 碭山 235300）

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一般應(yīng)遵循3個(gè)原則：可行性原則，準(zhǔn)確性原則，操作性原則.而電學(xué)實(shí)驗(yàn)往往要通過(guò)實(shí)驗(yàn)原理的確定，實(shí)驗(yàn)器材的選擇，電流表的內(nèi)、外接法，滑動(dòng)變阻器的分壓、限流接法，電表的改裝，電表的反串用法等方面來(lái)完成實(shí)驗(yàn)、落實(shí)3個(gè)原則.由于考慮的因素多、綜合性強(qiáng)、對(duì)能力的要求很高，所以使電學(xué)實(shí)驗(yàn)成為實(shí)驗(yàn)部分的重點(diǎn)更是難點(diǎn).下面的這道聯(lián)考的實(shí)驗(yàn)題能充分說(shuō)明以上特點(diǎn).

例題.某同學(xué)要測(cè)量一待測(cè)電阻Rx的阻值，備選器材如下：電流表A，量程為50mA，內(nèi)阻r＝30Ω；電壓表V1，量程為3V，內(nèi)阻約為2kΩ；電壓表V2，量程為15V，內(nèi)阻約為4.5kΩ；待測(cè)電阻Rx，阻值約為20Ω；定值電阻R0，阻值為10Ω；滑動(dòng)變阻器R1，最大阻值為20Ω；滑動(dòng)變阻器R2，最大阻值為200Ω；電源E，電動(dòng)勢(shì)為4V，內(nèi)阻忽略不計(jì)；開關(guān)S，導(dǎo)線若干.

（1）該實(shí)驗(yàn)中電壓表應(yīng)選用______，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________；

（2）畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，標(biāo)明儀器代號(hào)；

（3）如果在實(shí)驗(yàn)中，電壓表的示數(shù)為2.70V時(shí)，電流表的指針指在正中間（圖1），則待測(cè)電阻Rx的阻值為________Ω.

圖1

圖2

參考答案是這樣的：

（1）V1（3分），R1（3分）；（2）電路圖如圖2所示，分壓式接法（1分），電流表內(nèi)接法（1分），電流表量程擴(kuò)大（1分）；（3）19.5（3分）.

由上述答案可以看出命題者應(yīng)有下述的設(shè)計(jì)意圖.

1 命題者的設(shè)計(jì)意圖

（1）電壓表的確定.E＝4V，兩表的量程分別為3V、15V，從可行性、準(zhǔn)確性原則角度考慮應(yīng)該選V1.

（3）電流表內(nèi)、外接法的選擇.內(nèi)接法的誤差來(lái)源于電流表的分壓，外接法的誤差來(lái)源于電壓表的分流.但本題由于已知電流表的內(nèi)阻所以能夠計(jì)算出電流表的分壓（電流表充當(dāng)電壓表）.在內(nèi)接法中把電流表的分壓減去，這樣電壓、電流都是準(zhǔn)確的，測(cè)量的結(jié)果也是準(zhǔn)確的，所以選擇內(nèi)接法.

（4）滑動(dòng)變阻器的分壓、限流接法.因題中電壓表偏轉(zhuǎn)大于電流表，所以最低不能低于電流表的最大不能超電壓表的量程.若用限流式接法，滑動(dòng)變阻器所用阻值大約在10Ω（電壓表滿偏時(shí)）到30Ω（電流表偏轉(zhuǎn)時(shí)）范圍內(nèi)變化，R1太小、R2太大（調(diào)節(jié)不方便），所以該用分壓式選R1.

2 少了一點(diǎn)考慮

由于已知內(nèi)阻的電流表有3種角色：電流表、定值電阻、電壓表（二者相乘得電壓），因此已知內(nèi)阻的電流表經(jīng)常反串使用.在上述的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中電表的改裝實(shí)際就利用了電表的反串作用.題中電流表內(nèi)阻與待測(cè)電阻相當(dāng)，而上述解法中估算最大電流時(shí)顯然沒有充分考慮電流表的分壓作用，所以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中未必要進(jìn)行電表的改裝.

3 多了許多精彩

（1）設(shè)計(jì)方案1：直接用電流表內(nèi)接法，如圖3所示.待測(cè)阻值應(yīng)為

改進(jìn)方面：① 滑動(dòng)變阻器分壓、限流接法都行.若用限流式接法，滑動(dòng)變阻器所用阻值大約在35Ω（電壓表滿偏時(shí)）到130Ω（電流表偏轉(zhuǎn)時(shí)）范圍內(nèi)變化，調(diào)節(jié)范圍足夠大；因待測(cè)部分總電阻變大分壓式接法效果也會(huì)比題中的設(shè)計(jì)好.② 電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單.不必改表，可以用限流式.

圖3

圖4

（2）設(shè)計(jì)方案2：電流表與R0串聯(lián)擴(kuò)大分壓，如圖4所示.待測(cè)阻值應(yīng)為

此設(shè)計(jì)改進(jìn)方面與第一種設(shè)計(jì)相當(dāng)，只是待測(cè)電阻與定值電阻看成一整體，測(cè)出的阻值比第一種設(shè)計(jì)少了定值電阻的阻值.

出題者在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)過(guò)于想考查電表的改裝，并沒能完全體現(xiàn)電表的反串作用.從以上討論可以看出本題應(yīng)是開放性試題，答案應(yīng)該是不唯一的.此題設(shè)計(jì)方法多種多樣，考查方面更加豐富，正可謂是少了一點(diǎn)考慮、多了許多精彩.