突破设计性电学实验的难点

蔡义春

摘要：高考物理大纲要求考查五种能力，而设计性电学实验，能够考查学生的多种能力。那么，物理教师应该如何深化物理教学、提高学生的能力呢？笔者认为把握本质，学好基础，学会选仪器、选电路，就可以突破设计性电学实验的难点。

关键词：高考物理；设计性电学实验；难点

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2014）09-0133

高考物理大纲要求考查的五种能力是：理解能力、推理能力、分析综合能力、运用数学处理物理问题的能力、实验与探究能力。设计性电学实验，能考查学生的多种能力，因此绝大部分高考物理试题都有电学设计性实验。那么，教师应如何深化教学才能达到教纲、考纲的要求呢？

一、选仪器

1. 选仪器的原则

（1）安全：所选仪器的额定电流、电压不得小于电路中的电流、电压，以确保安全。从仪器安全的角度，要求电表的量程尽可能大一些。

（2）精确：在确保安全的条件下，量程越小越精确。

（3）简洁：在确保安全、精确的条件下，原理、电路越简洁越好。

例1. （2013年北京卷）某同学通过实验测定一个阻值约为5Ω的电阻Rx的阻值。现有电源（4V，内阻可不计）、滑动变阻器（0～50Ω，额定电流2A）、开关和导线若干以及下列电表：

A. 电流表A1（0～3A，内阻约0.025Ω）

B. 电流表A2（0～0.6A，内阻约0.125Ω）

C. 电压表V1（0～3V，内阻约3kΩ）

D. 电压表V2（0～15V，内阻约15kΩ）

为了减小测量误差，在实验中，电流表应选用 ，电压表应选用 。

分析：从安全因素考虑，优先选择电压表V2，而电源电动势为4V，则电路中最大电压不超过4V，不到电压表的三分之一，虽然安全，但精确度达不到要求，故选电压表V1。虽然电源电动势为4V，电压表的量程为3V，但可通过滑线变阻器控制在3V内。由Im=■=■=0.6A′，故电流表选A2。所以答案为电流表选A2，电压表选V1。

二、选电路

在设计性电学实验中，测电阻、元件的伏安特性时电流表有内接和外接两种连接方式；滑线变阻器有分压式、限流式两种连接方式。如何才能作出正确的选择呢？

1. 安培表内、外接的选择

（1）安培表内接，如图： ，由R测=■=■=R真+RA，若R真较大，即R真≥RA，则R测=R真+RA≈R真，误差很小。若R真较小，则R测=R真+RA>R真，相对误差较大，不能用内接法测量。因此，当被测电阻较大时，则安培表应内接。

（2）安培表外接，如图： ，R测=■=■=■=■=■，若被测电阻较小，即R真≤RV，则R测=■<■=R真，误差很小。若R真较大，则R测=■<■=R真，即R测

总之，安培表内、外接的原则是：内大外小，即内接法测大电阻，外接法测小电阻。

2. 滑线变阻器分压式、限流式的选择

若有下列条件之一，滑线变阻器必采用分压式连接：

（1）要求电压表的示数从零开始。若限流，则■=■，电压表的示数不可能从零开始，所以不能限流，只能分压。

（2）实验要求测多组数据即电压取值范围尽可能大。

（3）被测电阻的阻值比滑线变阻器大得多。因为若采用限流，则I=■，RX≥R线，I=■≈■，即在限流时，当被测电阻比滑线变阻器大得多时，改变滑线变阻器，外电路的总电阻几乎不变，因此电流表的示数几乎不变。所以，当被测电阻的阻值Rx比滑线变阻器的阻值大得多时，滑线变阻器只能分压。

在分压电路中，在安全条件下，滑线变阻器越小，越便于调节。

若不满足上述条件，则优先考虑限流，因为限流电路比分压电路简洁。

例2. （2013年天津卷）要测绘一个标有“3V 0.6W”小灯泡的伏安特性曲线，灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3V，并便于操作。备选用的器材有：

电池组（电动势为4.5V，内阻约1Ω）；

电流表（量程为0250mA，内阻约5Ω）；

电压表（量程为03V，内阻约3kΩ）；

电键一个、导线若干。

①实验中所用的滑动变阻器应选下列中的 。

A. 滑动变阻器R1（最大阻值20Ω，额定电流1A）

B. 滑动变阻器R2（最大阻值1750Ω，额定电流0.3A）

②实验的电路图应选用下列的图

分析：由于测绘伏安特性曲线，需要测多组数据，因此滑线变阻器必选择分压式。要求便于操作，故滑线变阻器在安全的条件下尽可能小，所以滑线变阻器选R1。又因小灯泡电阻较小，由内大外小的原则，则安培表外接。综合上述电路图选B。

掌握了上述特点，则处理设计性电学实验就显得游刃有余了。

例3. 一阻值约为30kΩ的电阻R，要用伏安法（下转第136页）（上接第133页）较准确地测出它的阻值，实验室备有下列器材：

A. 电源（E1=16V，r=2Ω）

B. 电源（E2=3V，r=0.5Ω）

C. 电压表V1（15V，内阻约50KΩ）

D. 电压表V2（3V，内阻约10KΩ）

E. 电流表A1（500μA，内阻约500Ω）

F. 电流表A2（1mA，内阻约250Ω）

G. 滑动变阻器（阻值0～200Ω）

H. 开关一只，导线若干。

①从上面器材中选出合适的器材为（用字母表示）

②画出实验电路图。

分析：从安全因素考虑，优先选择电源E2，由I=■≈■=100μA，是电流表A1量程的五分之一，是电流表A2量程的十分之一，虽然从安全因素考虑可行，但从精确度考虑，没有过量程的三分之一，达不到精确度。因此不能选择电源E2，只能选择电源选E1。由I=■≈■=533μA，若考虑滑线变阻器的作用，则电流I可控制在量程500μA内，因此电流表选A1。所以选择仪器的答案为ACEGH。由于被测电阻R约为30kΩ，是大电阻；由内大外小的原则，则安培表内接。又因为滑线变阻器的最大电阻为200Ω，远小于被测电阻，故滑线变阻器只能采用分压式。测量电路如下图：

总之，掌握了选择仪器与选择电路的原则，学生就可以轻轻松松地突破设计性电学实验。

（作者单位：浙江省泰顺县育才高级中学 325500）