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        高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)器材和電路的選擇分析

        2015-11-09 01:06:40呂少永
        中學(xué)課程資源 2015年10期
        關(guān)鍵詞:電學(xué)實(shí)驗(yàn)選擇器材

        呂少永

        摘 要:電學(xué)實(shí)驗(yàn)是高中物理教學(xué)的重要環(huán)節(jié),主要包括實(shí)驗(yàn)器材選擇和實(shí)驗(yàn)電路選擇兩個(gè)部分。依據(jù)安全、適用、方便、準(zhǔn)確的基本原則,合理選擇實(shí)驗(yàn)器材和電路。在明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡幕A(chǔ)上,按照實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)步驟完成具體的物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)。

        關(guān)鍵詞:高中物理 電學(xué)實(shí)驗(yàn) 器材 電路 選擇

        電學(xué)實(shí)驗(yàn)在高考中的占比不斷增加,這就要求教師應(yīng)更加有針對(duì)性地展開(kāi)電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。電學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本要求就是保證器材的安全,在器材安全的基礎(chǔ)上可供選擇的實(shí)驗(yàn)器材有很多。教師應(yīng)根據(jù)實(shí)際教學(xué)要求,選擇合理的實(shí)驗(yàn)器材和電路,這也是電學(xué)實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)。

        一、基本原則

        1.安全原則

        安全原則是電學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本原則之一。安全原則就是在電學(xué)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行中,要確保實(shí)驗(yàn)器材的安全,避免出現(xiàn)器材損壞及電路燒毀等問(wèn)題。在電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,常見(jiàn)的安全問(wèn)題主要包括電流表燒毀、電壓表燒毀、接線柱接反、讀數(shù)超量程等。這些安全問(wèn)題不僅會(huì)造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不準(zhǔn)確,還會(huì)導(dǎo)致器材的損壞,甚至危及實(shí)驗(yàn)人員的人身安全。因此,在電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中,教師要明確強(qiáng)調(diào)安全原則,確保學(xué)生執(zhí)行到位。

        2.適用原則

        適用原則就是選擇的器材或電路應(yīng)確保實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行,避免出現(xiàn)讀數(shù)超量程等問(wèn)題。適用原則主要體現(xiàn)于器材選擇和電路選擇。

        3.方便原則

        方便原則的出發(fā)點(diǎn)就是方便實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行,即在安全原則和適用原則的基礎(chǔ)上,合理選取實(shí)驗(yàn)器材和線路,盡量簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)連線圖。方便原則主要體現(xiàn)在滑動(dòng)變阻器、限流電路和分壓電路的選擇上。

        4.準(zhǔn)確原則

        準(zhǔn)確原則就是電學(xué)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)和結(jié)果應(yīng)當(dāng)盡量保持精準(zhǔn),最大程度地降低實(shí)驗(yàn)誤差。在物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)中,準(zhǔn)確原則也是其他類型實(shí)驗(yàn)的基本要求之一。準(zhǔn)確原則主要涉及實(shí)驗(yàn)器材選擇的準(zhǔn)確性和實(shí)驗(yàn)線路選擇的準(zhǔn)確性兩個(gè)部分。一般情況下,為了確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性,可以根據(jù)電學(xué)實(shí)驗(yàn)給出的已知條件,對(duì)電流、電壓等進(jìn)行粗略估算,再根據(jù)估算結(jié)果選擇適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)器材和電路。

        二、電學(xué)實(shí)驗(yàn)器材選擇

        1.電源

        電源是高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵器材,電源選擇是否合理直接關(guān)系到實(shí)驗(yàn)的成功與否。電源選擇要根據(jù)實(shí)驗(yàn)的實(shí)際要求而定,如果實(shí)驗(yàn)要求交流電源,那么就應(yīng)該選擇交流電源;如果實(shí)驗(yàn)要求直流電源,那么就應(yīng)該選擇直流電源。此外,還應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路的用電需求,選擇大小合適的電源(如6V或12V等)。在高中物理的常見(jiàn)實(shí)驗(yàn)中,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一般使用低壓交流電源,電火花計(jì)時(shí)器一般使用50Hz交流電源,描繪等勢(shì)線的實(shí)驗(yàn)一般使用6V直流電源,測(cè)量?jī)?nèi)電阻或電動(dòng)勢(shì)一般使用干電池。

        2.電壓表和電流表

        在高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)中,電流表和電壓表是最常見(jiàn)的兩類實(shí)驗(yàn)器材,選擇相應(yīng)的儀表時(shí)應(yīng)注意電壓表和電流表的最大滿偏值是多少,電流流經(jīng)的方向怎樣。不論是選擇電壓表還是電流表,通常都要按照下面的三個(gè)基本原則進(jìn)行。

        (1)電源參數(shù)。電源參數(shù)是選擇電壓表和電流表的一個(gè)重要參考對(duì)象,根據(jù)電源參數(shù),基本上可以確定電壓表或電流表的量程范圍。如在測(cè)電源內(nèi)阻時(shí),一般選用干電池做實(shí)驗(yàn)電源,此時(shí)選擇一個(gè)3V電壓表就能滿足工作需求了。

        (2)最大電流。在實(shí)驗(yàn)電路中,根據(jù)接入的實(shí)驗(yàn)器材、電路器材和電路連接方式就可以初步確定電路電流的最大值,再依據(jù)該最大值就可以選擇適當(dāng)?shù)碾娏鞅砹?,選擇的電流表量程只需適當(dāng)大于最大電流即可。

        (3)額定電流或電壓。在某些電學(xué)實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)器材具有一定的額定值,如額定電流、額定電壓以及額定功率等。對(duì)于這些具有額定參數(shù)的器材,就可以根據(jù)其額定值選擇對(duì)應(yīng)的電壓表或電流表。

        3.滑動(dòng)變阻器

        電壓和電流在實(shí)驗(yàn)中的確切變化范圍,是選擇滑動(dòng)變阻器的關(guān)鍵參考因素。首先,要選擇符合電壓和電流變化范圍的滑動(dòng)變阻器;其次,要考慮實(shí)驗(yàn)的安全性。由于滑動(dòng)變阻器阻值可變,且滑片沒(méi)有明確的阻值標(biāo)定,在操作中容易出現(xiàn)阻值調(diào)節(jié)范圍超出預(yù)定的情況,可能導(dǎo)致儀表器材出現(xiàn)毀損。最后,滑動(dòng)變阻器的使用應(yīng)該滿足準(zhǔn)確性的要求,即滑動(dòng)變阻器在實(shí)驗(yàn)線路中的接法應(yīng)該根據(jù)電學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)際需求來(lái)確定,避免滑動(dòng)變阻器因接入方法不合理而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)較大誤差。

        三、電路選擇

        1.分壓電路

        分壓電路是高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)的一種常見(jiàn)電路,主要使用的實(shí)驗(yàn)器材包括電源、滑動(dòng)電阻、定值電阻、電壓表、電流表和開(kāi)關(guān)。分壓電路可以對(duì)電源兩端的電壓進(jìn)行分別承擔(dān),即滑動(dòng)變阻器承擔(dān)一部分電壓,定值電阻承擔(dān)一部分電壓。分壓電路的總電壓產(chǎn)生了分流,進(jìn)而降低了定值電阻的電壓損失,對(duì)提升實(shí)驗(yàn)精度具有積極作用。在實(shí)驗(yàn)中,分壓電路往往串聯(lián)著滑動(dòng)電阻和定值電阻,電壓表加在定值電阻兩側(cè),電流表和定值電阻進(jìn)行串聯(lián)。具體接入法如圖1所示。

        圖1 ?分壓電路實(shí)驗(yàn)接線示意圖

        根據(jù)圖1所示,a,b兩端可以對(duì)定值電阻進(jìn)行供電,通過(guò)滑動(dòng)變阻器滑片實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)。使用分壓接法時(shí),定值電阻的阻值通常較大,滑動(dòng)變阻器可以在有效范圍內(nèi)對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)。分壓電路的特點(diǎn)如下:

        (1)通過(guò)滑動(dòng)電阻和定值電阻的電流是相同的,即定值電阻電流、滑動(dòng)電阻電流、電流表電流及電源電流都是一致的。

        (2)各電阻的電壓和等于總電壓。

        (3)各電阻之和等于總電阻。

        2.限流電路

        限流電路和分壓電路在功能上具有明顯的區(qū)別,其對(duì)電路的電流進(jìn)行了限制,通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,可以實(shí)現(xiàn)定值電阻電流的變化。由于兩種電路的器材使用一致,所以區(qū)別就在于變阻器的具體接法上。在限流電路中,滑動(dòng)變阻器和定值電阻是并聯(lián)的,通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的接入阻值,可以實(shí)現(xiàn)定值電阻電路中電流的改變,限流電路的常規(guī)接入法如圖2所示。

        圖2 ?限流電路實(shí)驗(yàn)接線示意圖

        由圖2可知,限流電路和分壓電路的明顯區(qū)別就是滑動(dòng)變阻器的接法。根據(jù)限流電路的接法,定值電阻的阻值較小,滑動(dòng)變阻器首先處于最大阻值處,通過(guò)逐步調(diào)節(jié)使其達(dá)到合理狀態(tài)。

        限流電路和分壓電路設(shè)計(jì)的基本思想存在著明顯區(qū)別,效用也存在較大差異。分壓電路有更強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力,而限流電路則有更小的電能損耗。在不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中,這兩種電路都可以發(fā)揮其顯著效用,要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇。

        3.基本實(shí)驗(yàn)流程

        實(shí)驗(yàn)流程在電學(xué)實(shí)驗(yàn)展開(kāi)之前就應(yīng)該進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)。

        首先,明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。?shí)驗(yàn)?zāi)康氖侵敢虒W(xué)活動(dòng)的關(guān)鍵因素,在展開(kāi)電學(xué)實(shí)驗(yàn)前,就要明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。如“小燈泡伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)?zāi)康木褪钦莆招襞莸姆蔡匦裕鞔_伏安關(guān)系。

        其次,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案是保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行的重要工作。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)應(yīng)該遵循三個(gè)基本原則:

        (1)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)要確保可行性,即通過(guò)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材能夠完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

        (2)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)操作器材的選擇方法和標(biāo)準(zhǔn)作出規(guī)定。對(duì)于部分難度較大的實(shí)驗(yàn),可以直接羅列出所需的實(shí)驗(yàn)器材。

        3.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案,簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)和器材的使用,降低實(shí)驗(yàn)操作難度。

        最后,操作實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程可以分為三個(gè)步驟:一是挑選器材,二是連接電路,三是測(cè)量數(shù)據(jù)。學(xué)生如果能認(rèn)真執(zhí)行這三個(gè)基本步驟,就可以高效地完成電學(xué)實(shí)驗(yàn)。

        四、結(jié)束語(yǔ)

        高中電學(xué)實(shí)驗(yàn)主要涉及器材和電路兩個(gè)方面的內(nèi)容。不論是器材選擇還是電路選擇,都應(yīng)該遵循從安全、適用、方便、準(zhǔn)確的基本原則,根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)、需要確定實(shí)驗(yàn)器材和電路,按照基本實(shí)驗(yàn)流程展開(kāi)實(shí)驗(yàn)。電學(xué)實(shí)驗(yàn)只有依據(jù)一定的原則和規(guī)范,才能保證高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的高效。

        參考文獻(xiàn)

        [1]王光毅.高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)器材和電路的選擇[J].物理教學(xué)探討,2010(8).

        [2]薛錄軍.高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)電路的選擇[J].成功(教育),2007(9).

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