張龍

中學(xué)物理中，直流電路的概念及計(jì)算在降低要求的情況下，在初中已有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，略有躍遷的是全電路及電動(dòng)勢(shì)概念，但全電路體系嚴(yán)密，思路頗順，不足為慮。唯一使學(xué)生困惑的是直流電路設(shè)計(jì)，且在近幾年高考中所占比例有上升趨勢(shì)。為了使學(xué)生少走彎路，走出困惑，特對(duì)伏安法測(cè)外阻實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)發(fā)表一些看法，就教于同行。

筆者認(rèn)為，伏安法測(cè)外阻實(shí)驗(yàn)電路應(yīng)考慮設(shè)計(jì)以下兩方面電路。

第一，伏特表、安培表的接法。常有以下兩種電路，如圖（1）（2），外接伏安法和內(nèi)接伏安法。不管采用何種電路，由于電表的接入，不可避免產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。設(shè)計(jì)怎樣的電路，才盡可能減少誤差呢？下面就圖（1）（2）應(yīng)用并聯(lián)分流，串聯(lián)分壓加以分析。

圖（1）中：R測(cè)=■，R真=■，因?yàn)镮>IR，所以R測(cè)

圖（2）中：R測(cè)=■，R真=■

因?yàn)閁>UR，所以R測(cè)>R真，為使測(cè)量值盡量接近真值，只能盡量減小UA，據(jù)串聯(lián)分壓，只能滿足RA≤RX。以上分析表明，伏特表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于待測(cè)電阻阻值，則應(yīng)設(shè)計(jì)使用外接伏安法電路。若安培表內(nèi)阻遠(yuǎn)小于待測(cè)電阻阻值，則應(yīng)設(shè)計(jì)使用內(nèi)接伏安法電路。

第二，控制電路基本原件—滑動(dòng)變阻器的連接。常有以下兩種連接方式，如圖（3）（4）分壓式接法和限流式接法。圖（3）分壓式接法中，AB為供電電路輸出端。接線特點(diǎn)是電源與滑動(dòng)變阻器組成閉合電路，而被測(cè)電路與滑動(dòng)變阻器的一部分電阻并聯(lián)，該接法對(duì)被測(cè)電路的電壓調(diào)節(jié)范圍在不計(jì)電源內(nèi)阻情形下為：0～ε。圖（4）限流式接法中，AB為供電電路的輸出端。接線特點(diǎn)是電源、滑動(dòng)變阻器與待測(cè)電阻三者串聯(lián)。對(duì)外供電電壓最大可調(diào)范圍為：■～ε。其中RX為待測(cè)電阻，R為滑動(dòng)變阻器的總阻值，電源內(nèi)阻不計(jì)。

以上分析可知，分壓接法比限流接法電壓調(diào)節(jié)范圍大，且可以從0調(diào)起。特別是當(dāng)RX≥R時(shí)，限流法實(shí)際起不到調(diào)節(jié)電壓作用。至此則出現(xiàn)一個(gè)非常尖銳的問(wèn)題，是否任何情況下，都可接成分壓電路呢？答案是否定的。因?yàn)檫€有一個(gè)操作方便的問(wèn)題。當(dāng)R≥RX時(shí)，當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭滑至與RX并聯(lián)部分電阻很大時(shí)，再滑動(dòng)觸頭對(duì)并聯(lián)部分總電阻影響就極小，從而減緩對(duì)電壓的調(diào)節(jié)速度，影響實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行。因此，在實(shí)驗(yàn)中究竟將滑動(dòng)變阻器如何接入電路要據(jù)實(shí)驗(yàn)要求和所給器材的規(guī)格決定。若實(shí)驗(yàn)明確要求電壓從0調(diào)起，只能選用分壓接法。若要求不明確，且電壓調(diào)節(jié)范圍不需太大時(shí)，兩種接法都可以。但一般情況下限流接法中要選用阻值較大的滑動(dòng)變阻器，分壓接法中應(yīng)選用阻值較小的滑動(dòng)變阻器。以下特舉一例作說(shuō)明性分析。

例：有一個(gè)小燈泡上面標(biāo)有“6V，1W”字樣?，F(xiàn)要描繪此燈的I-U圖線。下列器材可供選用：A.電壓表（0-5V，5KΩ）；B.電壓表（0-10V，10KΩ）；C.電流表（0-0.3A，5Ω）；D.電流表（0-0.6A，2Ω）；E.滑動(dòng)變阻器（30Ω，2A）；F.學(xué)生電源（直流9V），還有開關(guān)、導(dǎo)線等。

（1）實(shí)驗(yàn)中所用電壓表應(yīng)選_____，電流表應(yīng)選_____。

（2）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理圖。

分析：基本思路，先選儀表，再選電路。

①小燈泡正常發(fā)光時(shí)，額定電流I=■A=0.167A；額定電壓U=6V；電阻R=■=36Ω。因此，電壓表選B，電流表選C。

②由于R≤RV（36Ω≤10KΩ），故采用外接伏安法。

③由于描繪燈泡I-U圖線，燈泡兩端電壓要從零調(diào)起且應(yīng)多測(cè)幾組U、I值。因此，變阻器應(yīng)接成分壓式。原理圖如圖（5）。