向艏博

電子科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)中學(xué)2014級(jí)2班

探討物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)器材和電路的選擇

向艏博

電子科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)中學(xué)2014級(jí)2班

電學(xué)實(shí)驗(yàn)在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中占有十分重要的地位，而電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)也是歷年物理高考的熱點(diǎn)。高中電學(xué)實(shí)驗(yàn)中涉及的原理與器材種類眾多，且不同的器材對(duì)應(yīng)有不同的量程。作為電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)器材和電路的選擇主要是針對(duì)電源、電表、變阻器的選擇。筆者從高中生角度出發(fā)，淺談了物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)器材和電路的選擇。

電學(xué)實(shí)驗(yàn) 器材 電路 選擇

作為物理高考的必考題，電學(xué)實(shí)驗(yàn)題型較為開放，考察內(nèi)容多源于教學(xué)內(nèi)容中的電學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，但又不局限于書本知識(shí)。因此，學(xué)生要想在這類題型中獲得高分不僅需充分掌握基本知識(shí)，還需將所學(xué)知識(shí)靈活運(yùn)用于新的實(shí)踐中。合理選擇實(shí)驗(yàn)器材和電路正是高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)，我們學(xué)生與教師均需對(duì)此加以重視。

1 實(shí)驗(yàn)器材和電路選擇的基本原則

1.1 安全原則

在進(jìn)行物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)時(shí)，我們有時(shí)候會(huì)碰到電流表電壓表燒毀、接線柱接反、讀數(shù)超量程等安全問(wèn)題，進(jìn)而將會(huì)產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)器材損壞、實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確等后果，嚴(yán)重情況下還會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)人員的人身安全造成威脅。正因?yàn)榇耍覀冊(cè)谶M(jìn)行物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)必須要遵循安全原則。

1.2 適用原則

適用原則即我們所選擇的器材或電路應(yīng)充分保障實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，以避免讀數(shù)超量程等問(wèn)題的發(fā)生。

1.3 方便原則

方便原則即所選擇的實(shí)驗(yàn)器材和電路需為實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行提供便利，因此我們需在遵循安全原則和適用原則的基礎(chǔ)上合理選擇實(shí)驗(yàn)器材和電路，盡量對(duì)實(shí)驗(yàn)連線圖加以簡(jiǎn)化。

1.4 準(zhǔn)確原則

準(zhǔn)確原則即電學(xué)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)和結(jié)果在最大限度上保證精準(zhǔn)。準(zhǔn)確原則主要包括實(shí)驗(yàn)器材選擇的準(zhǔn)確性和實(shí)驗(yàn)電路選擇的準(zhǔn)確性這兩個(gè)部分。為了確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，我們可依據(jù)電學(xué)實(shí)驗(yàn)給出的已知條件粗略估算出電流電壓的數(shù)值，然后再進(jìn)行器材和電路的選擇。

2 實(shí)驗(yàn)器材選擇

在進(jìn)行電學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們需選擇電源、電壓表和電流表、滑動(dòng)變阻器等實(shí)驗(yàn)器材。

2.1 電源

作為電學(xué)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵器材，電源的選擇是否合理直接關(guān)系到實(shí)驗(yàn)?zāi)芊癯晒?。我們?cè)谶x擇交流電源與直流電源時(shí)需以實(shí)驗(yàn)的實(shí)際要求為依據(jù)，在確定電源大小時(shí)則需以實(shí)驗(yàn)電路的用電需求為依據(jù)。我們?cè)诖罅课锢韺?shí)驗(yàn)中可以總結(jié)出，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通常使用低壓交流電源，電火花計(jì)時(shí)器通常使用50Hz交流電源，描繪等勢(shì)線的實(shí)驗(yàn)則一般使用6V的直流電源，干電池則是測(cè)量?jī)?nèi)電阻或電動(dòng)勢(shì)的常用選擇。

2.2 電壓表和電流表

高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)中最常見的兩類實(shí)驗(yàn)器材是電流表和電壓表，我們?cè)谶x擇時(shí)需對(duì)電壓表和電流表的最大滿偏值、電流流經(jīng)的方向加以關(guān)注，同時(shí)還需按照下面三個(gè)基本原則進(jìn)行：

（1）電源參數(shù)：我們依據(jù)電源參數(shù)即可將電壓表或電流表的量程范圍基本確定下來(lái)。我們?cè)谶M(jìn)行測(cè)電源內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)時(shí)，通常會(huì)使用干電池作為實(shí)驗(yàn)電源，此時(shí)選用一個(gè)3V的電壓表即可滿足實(shí)驗(yàn)需求。

（2）最大電流：在物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，我們可通過(guò)接入的實(shí)驗(yàn)器材、電路器材和電路連接方式將電路電流的最大值初步確定下來(lái)，接下來(lái)只需選擇量程適當(dāng)大于最大電流的電流表即可。

（3）額定電流或電壓：在有些特定的電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)器材具有一定的額定電流、電壓以及功率等，對(duì)于這一情況我們可依據(jù)其額定值進(jìn)行電壓表或電流表的選擇。

2.3 滑動(dòng)變阻器

在選擇滑動(dòng)變阻器時(shí)，電壓和電流在試驗(yàn)中的確切變化范圍可作為關(guān)鍵的參考依據(jù)。一方面，我們所選擇的滑動(dòng)變阻器需與電壓和電流變化范圍相符；另一方面，選擇滑動(dòng)變阻器時(shí)還需考慮到實(shí)驗(yàn)的安全性，由于滑動(dòng)變阻器的組織是可變的，滑片沒(méi)有明確的阻值標(biāo)定，所以在實(shí)驗(yàn)操作中極易因阻值調(diào)節(jié)范圍超出預(yù)定情況而出現(xiàn)儀表器材毀損的現(xiàn)象。除此以外，在使用滑動(dòng)變阻器時(shí)還需滿足準(zhǔn)確性的要求，即在確定滑動(dòng)變阻器的接法時(shí)需依據(jù)電學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)際需求，以免因接入方法不合理而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)誤差。

3 電路選擇

3.1 分壓電路

分壓電路所需的實(shí)驗(yàn)器材有電源、滑動(dòng)電阻、定值電阻、電壓表、電流表和開關(guān)。在分壓電路中，滑動(dòng)變阻器可承擔(dān)一部分電壓，定值電阻可承擔(dān)一部分電壓?？傠妷寒a(chǎn)生分流的方式有利于定值電阻電壓損失的降低，進(jìn)而也可促進(jìn)電學(xué)實(shí)驗(yàn)精度的提升。在具體實(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)，電流表和定值電阻則進(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

從圖中我們可以看出，a、b兩端可對(duì)定值電阻進(jìn)行供電，滑動(dòng)變阻器（R）滑片可對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。使用分壓接法時(shí)，定值電阻（R1）具有較大的阻值，滑動(dòng)變阻器可在有效范圍內(nèi)對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)。我們通過(guò)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)和相關(guān)電學(xué)實(shí)驗(yàn)可總結(jié)出分壓電路的如下特點(diǎn)：

（1）電流變電流、電源電流、定值電阻電流、滑動(dòng)電阻電流均為一致；（2）各電阻的電壓和等于總電壓；（3）各電阻之和等于總電阻。

3.2 限流電路

通過(guò)比較分壓電路與限流電路可得出，限流電路可對(duì)電路的電流進(jìn)行限制，通過(guò)對(duì)滑動(dòng)變阻器的調(diào)節(jié)可改變定值電阻的電流。在限流電路中，滑動(dòng)變阻器和定值電阻是并聯(lián)的，因此改變定值電阻電路中的電流只需通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的接入阻值即可實(shí)現(xiàn)。限流電路的具體接入法如圖2所示。

圖2 限流電路實(shí)驗(yàn)接線示意圖

3.3 基本實(shí)驗(yàn)流程設(shè)計(jì)

在開展電學(xué)實(shí)驗(yàn)前，我們首先需明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，其次才是?shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)。電學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)需確?？尚行裕蠢矛F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材可完成本次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)需針對(duì)實(shí)驗(yàn)器材的選擇方法和標(biāo)準(zhǔn)制定出相關(guān)規(guī)定，同時(shí)還需對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)電路設(shè)計(jì)和器材的使用來(lái)降低實(shí)驗(yàn)操作難度。

3.4 操作實(shí)驗(yàn)

高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程可分為三個(gè)步驟，即挑選器材、連接電路與測(cè)量數(shù)據(jù)。我們?cè)陂_展電學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)需認(rèn)真執(zhí)行這三個(gè)基本步驟，如此才能確保實(shí)驗(yàn)的安全性與準(zhǔn)確性。

綜上所述，我們?cè)谶M(jìn)行高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)前，首先需進(jìn)行器材和電路的選擇，在選擇過(guò)程中應(yīng)遵循安全、適用、方便、準(zhǔn)確的基本原則，但仍需依據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)要求將其確定下來(lái)。電學(xué)實(shí)驗(yàn)是物理高考的重點(diǎn)內(nèi)容，我們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中需對(duì)其加以重視。

[1]李紅偉.立足實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)提升實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力——2014年高考物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)試題分析暨2015年電學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)策略[J].物理教師,2015,07:89-92+97

[2]李清.論高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略[J].課程教育研究,2015,33:161-162

[3]王挺,楊曉雷.高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的探索[J].中小學(xué)實(shí)驗(yàn)與裝備,2012,02:6-10