姚 勇

(中山市中山紀(jì)念中學(xué),廣東 中山 528454)

筆者在電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)現(xiàn),學(xué)生對電路的選擇、滑動(dòng)變阻器的選擇、歐姆表的原理等方面存在著諸多的疑惑,究其原因,是這些問題往往是計(jì)算量過大、計(jì)算過程過于煩瑣、計(jì)算結(jié)果不直觀而帶來的．為了解決這些問題,筆者嘗試著引導(dǎo)學(xué)生在明確物理過程、理解物理原理的基礎(chǔ)上,再應(yīng)用Excel的計(jì)算功能和圖表功能,制成散點(diǎn)圖,增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的直觀性,實(shí)現(xiàn)了難點(diǎn)的突破．下面是筆者的幾點(diǎn)探索,以期拋磚引玉．

1 伏安法測電阻的電路選擇

圖1 兩種接法的相對誤差散點(diǎn)圖

從圖1可以得到兩點(diǎn)結(jié)論:一是n或m只要大于40時(shí),系統(tǒng)誤差可以控制在2.5%以內(nèi),這個(gè)誤差與現(xiàn)行實(shí)驗(yàn)室中2.5級電表的滿刻度誤差相當(dāng),對于中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)已經(jīng)足夠了．二是在n或m都滿足大于40的情況下,當(dāng)n>m時(shí)采用電流表內(nèi)接,當(dāng)n≤m時(shí)采用電流表外接．

2 滑動(dòng)變阻器的選擇

電路中引進(jìn)滑動(dòng)變阻器主要作用是能夠進(jìn)行多次測量,以觀測到多個(gè)有效的值．下面分別討論限流作用的滑動(dòng)變阻器和分壓作用的滑動(dòng)變阻器的選擇．

(1) 限流作用的滑動(dòng)變阻器選擇.

圖2

圖3 不同的n、m下電阻R中電流散點(diǎn)圖

縱軸I的1個(gè)單位為E/R,通常情況下是在電流表的滿偏電流附近,下同．

從兩個(gè)方面來考查滑動(dòng)變阻器是否合適:一是電流表指針偏轉(zhuǎn)的幅度要大,從圖3來看,n越大其變化范圍越大,如果以電流變化幅度在0.5以上為宜,那么,在n≥1時(shí),其電流的變化范圍超過0.5,可認(rèn)為變化范圍合適;二是散點(diǎn)圖是否呈線性,如果線性良好,則滑動(dòng)過程中每個(gè)步長的電流變化都顯著,操作方便．從圖3來看,在n<2時(shí),線性良好,是合適的;在n=5時(shí),線性關(guān)系已不明顯,只能勉強(qiáng)可用．所以,滑動(dòng)變阻器接成限流電路時(shí),如果從上述兩點(diǎn)來考慮,R0滿足的條件是[R,5R)．

(2) 分壓作用的滑動(dòng)變阻器選擇.

圖4

圖5 不同的n、m下電阻R中電流散點(diǎn)圖

表1 流過滑動(dòng)變阻器最大電流值

考慮到這個(gè)實(shí)際情況,n>0.2是比較合適的．所以,滑動(dòng)變阻器接成分壓電路時(shí),如果從上述兩點(diǎn)來考慮,R0滿足的條件是[0.2R,3R)．

有了上面兩點(diǎn)的基本分析,再考慮題目中的具體要求或條件,就可以正確地選用滑動(dòng)變阻器了;反之,也可以通過已知的滑動(dòng)變阻器來正確地選擇實(shí)驗(yàn)電路．

3 伏安法測電源電動(dòng)勢和內(nèi)電阻的電路選擇

伏安法測電源電動(dòng)勢和內(nèi)電阻的原理是測出電源的路端電壓U和流過電源的電流I,利用公式U=E-Ir或作圖法求出電源的電動(dòng)勢E和內(nèi)電阻r．有兩種電路可供選擇,問題是無論是選擇哪種電路,都不可能同時(shí)準(zhǔn)確測其路端電壓U或流過電源的電流I．在電流表內(nèi)接中,由于電壓表的內(nèi)電阻RV不是無限大,而使得電流表的讀數(shù)不是流過電源的電流,在電流表外接中,由于電流表的內(nèi)電阻rA不是零,而使得電壓表的讀數(shù)不是電源的路端電壓．下面就兩種電路造成的系統(tǒng)誤差做一分析．

4 歐姆表測量誤差及范圍

圖6 歐姆表在不同n值下的相對誤差

以現(xiàn)行實(shí)驗(yàn)室中多用電表的歐姆表為例,它的中值為15,4個(gè)選擇量程分別為×1、×10、×100、×1k,它的測量范圍是[3.8 Ω,60 kΩ),基本滿足測量的需求,至于這個(gè)范圍之外的電阻測量是無法保證其誤差范圍．