王愷銘

摘 要：作為高中生，在學(xué)習(xí)物理學(xué)科知識(shí)的過(guò)程中，特別是電學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，很容易產(chǎn)生疑問(wèn)，難以領(lǐng)悟其中的學(xué)習(xí)技巧。而電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在高考中所占比重也始終較大，所以，需要提高對(duì)于電學(xué)實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)內(nèi)容學(xué)習(xí)的重視程度。只有掌握電學(xué)實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)的方法才能夠更好地理解物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)，加深理解。

關(guān)鍵詞：高中物理 電學(xué)實(shí)驗(yàn) 電路設(shè)計(jì) 探析

一、處理高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)問(wèn)題的原則

在學(xué)習(xí)高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，特別是電路設(shè)計(jì)問(wèn)題，根據(jù)實(shí)際的學(xué)習(xí)過(guò)程，可以總結(jié)出電路設(shè)計(jì)問(wèn)題的具體處理原則，如下：

1.明確實(shí)驗(yàn)主要目的

在開(kāi)展電學(xué)實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)方面的實(shí)驗(yàn)時(shí)，最重要的就是要確定出實(shí)驗(yàn)中所要測(cè)定的物理量，同時(shí)，深入了解物理規(guī)律，而這就是開(kāi)展物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的[1]。在對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行確定以后，需要與既有物理知識(shí)進(jìn)行結(jié)合，思考將要測(cè)定的物理量或者是物理規(guī)律是否與已經(jīng)掌握的物理規(guī)律和現(xiàn)象存在關(guān)聯(lián)，是否是通過(guò)物理規(guī)律與現(xiàn)象，或者是定量所展現(xiàn)出來(lái)的。[1]

2.制定電路設(shè)計(jì)方案

在對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)站在多個(gè)角度思考方案設(shè)計(jì)的方法，并且考慮怎樣才能夠采用最佳設(shè)計(jì)方案。對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行選擇的時(shí)候，一定要保證滿足三個(gè)條件：第一，應(yīng)當(dāng)確保所選擇的設(shè)計(jì)方案在實(shí)際操作的時(shí)候是安全和可靠的，而且所需要的實(shí)驗(yàn)器材應(yīng)當(dāng)比較容易獲??；第二，在選擇的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)全面分析設(shè)計(jì)方案的誤差，最終選擇出精準(zhǔn)度較大的一種，保證可以進(jìn)行多次測(cè)量；第三，在選擇實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的過(guò)程中，還應(yīng)當(dāng)保證所選擇的方案在物理原理或者是實(shí)際操作方面相對(duì)簡(jiǎn)單，而且物理量的測(cè)定比較容易。[2]

3.實(shí)驗(yàn)器材和設(shè)計(jì)原理圖的選擇

當(dāng)選擇電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案以后，應(yīng)當(dāng)考慮其他方面的問(wèn)題，對(duì)于實(shí)驗(yàn)方案中所需要采用的測(cè)量工具或者是裝置進(jìn)行考慮[2]。同時(shí)，對(duì)于所測(cè)定的物理量以及定量關(guān)聯(lián)都應(yīng)當(dāng)進(jìn)行全面考量，應(yīng)通過(guò)什么儀器測(cè)定也是思考的重點(diǎn)。除此之外，在對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行考慮的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)確定出具體的實(shí)驗(yàn)器材，進(jìn)而根據(jù)所需測(cè)量的物理量與實(shí)驗(yàn)器材來(lái)對(duì)電路原理圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，只有這樣才能夠保證設(shè)計(jì)的更加合理。[3]

二、高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)的方法研究

在開(kāi)展物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，對(duì)于電路設(shè)計(jì)的方法也是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，只有對(duì)設(shè)計(jì)方法予以全面掌握才能夠保證更深入地理解電路知識(shí)，進(jìn)而提升自身的物理學(xué)習(xí)能力與水平。以下通過(guò)兩個(gè)典型的案例，闡述了電路設(shè)計(jì)的一般方法：

例題1：實(shí)驗(yàn)的器材包括電壓表、電流表、電源與滑動(dòng)變阻器[3]。其中，電壓表內(nèi)阻是3KΩ，而量程是3V。電流表量程為1mA，電源的電動(dòng)勢(shì)是3V，且滑動(dòng)變阻器的最大阻值為20Ω。問(wèn)題：對(duì)上述實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行合理利用來(lái)設(shè)計(jì)出電路圖，保證可以準(zhǔn)確地測(cè)量出電壓表內(nèi)阻。

詳細(xì)分析：任何電路的組成部分都是測(cè)量電路和電源電路。對(duì)于該問(wèn)題來(lái)講，如何獲得電源電路是需要考慮的問(wèn)題。而在測(cè)量電路的時(shí)候，被測(cè)的對(duì)象就是電壓表，所以，一定要在測(cè)定電路中連接好電壓表，進(jìn)而對(duì)電壓表內(nèi)阻電壓予以直觀觀察，這樣就不需要進(jìn)行相對(duì)復(fù)雜的分析。那么，如何對(duì)流過(guò)電壓表的電流進(jìn)行測(cè)量也是實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)。

解析：第一，可以使用滑動(dòng)變壓器分壓式的接法，將其當(dāng)作電源電路，如圖一所示：

第二，因?yàn)楸粶y(cè)定的對(duì)象是電壓表，所以，可以與測(cè)量電路相連接，如圖二所示：

第三，應(yīng)當(dāng)在測(cè)量電路中將電流表串聯(lián)，進(jìn)而獲得最終的電路圖，如圖三所示：

第四，對(duì)于上述所設(shè)計(jì)的電路圖，應(yīng)當(dāng)研究并分析其可行性。當(dāng)電壓表的指針是滿偏的時(shí)候，可以計(jì)算出流過(guò)電流的數(shù)值。簡(jiǎn)單地說(shuō)，當(dāng)電流表指針也是滿偏的時(shí)候，可以說(shuō)明上述的電路設(shè)計(jì)可以正常地運(yùn)行。

例題2：若測(cè)量某一電源電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r，而所提供的實(shí)驗(yàn)器材包括滑動(dòng)變阻器、電壓表、電流表、固定電阻、電鍵與若干導(dǎo)線。問(wèn)題：繪制出電路圖，并且確保實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是準(zhǔn)確的；在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，如果電流表的讀數(shù)是，而電壓表的讀數(shù)是，同時(shí)，電流表讀數(shù)為，電壓表讀數(shù)為，則請(qǐng)計(jì)算出電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻值。

詳細(xì)分析：要想準(zhǔn)確地測(cè)量出電源電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻，就應(yīng)當(dāng)深入了解最基本的電路圖。根據(jù)上述題目所給的條件，其中，可以使用的實(shí)驗(yàn)器材是滑動(dòng)變阻器、電壓表和電流表，但是，同樣還提供了定值電阻。所以，可以想到研究該定值電阻，并且對(duì)合理性進(jìn)行驗(yàn)證。

解析：通過(guò)繪制電源內(nèi)阻和電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量電路圖，可以深入地分析定元件參量。由此可以發(fā)現(xiàn)，電壓表的量程與具體規(guī)定是不吻合的，可以使用定值電阻來(lái)對(duì)電路圖進(jìn)行改善。與此同時(shí)，如果把電壓表和定值電阻相互串聯(lián)，是否具有可行性，如果把電流表和定值電阻相互串聯(lián)，是否具有可行性，這些都是在電路設(shè)計(jì)中需要考慮到的問(wèn)題。通過(guò)詳細(xì)地考慮與分析以后，最終繪制出最佳的電路圖。

在此基礎(chǔ)上，在學(xué)習(xí)電路設(shè)計(jì)的時(shí)候，還可以借助于多媒體手段與資源，這種學(xué)習(xí)方式能夠在學(xué)習(xí)的過(guò)程中使我們更集中。其中，可以通過(guò)PPT的方式，將電路的設(shè)計(jì)方法展示出來(lái)，進(jìn)而能夠更加直觀地了解電學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。同時(shí)，還可以在課余時(shí)間自己搜索與電學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的物理實(shí)驗(yàn)視頻，通過(guò)視頻播放的方式，將實(shí)驗(yàn)步驟呈現(xiàn)在眼前，而且可以反復(fù)觀看，進(jìn)而更深入地掌握實(shí)驗(yàn)的具體步驟。

另外，也可以通過(guò)仿真軟件創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)而在虛擬實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中進(jìn)行連接實(shí)驗(yàn)，不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)，也不會(huì)破壞實(shí)驗(yàn)儀器。這種軟件學(xué)習(xí)平臺(tái)對(duì)于我們學(xué)生來(lái)說(shuō)是一種全新的學(xué)習(xí)方式，使自身的學(xué)習(xí)興趣不斷提高，更深入地掌握電路設(shè)計(jì)的技巧。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在學(xué)習(xí)高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)重視電路設(shè)計(jì)的問(wèn)題，特別是在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一定要遵循基本原則，對(duì)實(shí)驗(yàn)主要目的以及設(shè)計(jì)方案進(jìn)行確定，同時(shí)，需要合理地選擇使用實(shí)驗(yàn)器材，正確設(shè)計(jì)出電路原理圖。另外，還應(yīng)當(dāng)對(duì)既有的物理知識(shí)進(jìn)行靈活的運(yùn)用才能夠更好地理解物理知識(shí)。以上通過(guò)對(duì)電路設(shè)計(jì)原則的研究與分析，以兩個(gè)典型電路設(shè)計(jì)例題為重點(diǎn)，闡述了如何正確設(shè)計(jì)電路的方法，希望能夠通過(guò)我的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)為其他學(xué)習(xí)物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)生提供寶貴的意見(jiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]吳敏.例談如何進(jìn)行電學(xué)實(shí)驗(yàn)的電路設(shè)計(jì)[J].物理教師：高中版，2011（11）：38-38，40.

[2]杜治國(guó).電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的電路設(shè)計(jì)[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2012（19）：130-131.

[3]王心應(yīng).高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的電路設(shè)計(jì)分析[J].中學(xué)生數(shù)理化（教與學(xué)），2015（4）：89-89.