高中物理学习过程中电学实验的学习方法研究

李之後

摘 要：在高中物理的学习过程中，电学实验是我们高中生实验课程的重点内容，也是我们高中生在学习过程当中必须接触并且需要熟练掌握的一门课程，电学实验知识也是高考物理科目中的重点。高中电学实验的原理比较复杂，其中涉及的实验器材种类也繁多，而且在每一种器材中都有着相应不同的量程，所以对电路和器材的选择也成为电学实验设计的难点。

关键词：高中物理；电学实验；学习方法；策略研究

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2017）09-0204-01

总结近几年学长们的高考物理，电学实验所涉及的范围比较广，并且考核的形式多样，考核的内容源于教材而又高于教材，需要我们在深刻领会基本知识的同时应用于新的实践。本文着重从器材和电路的选择上进行探讨。

一、基本器材的选择

（一）电源的选择

实验所需要的电源根据实验中的要求来进行选择。如“电火花计时器”一般使用220V的交流电源；“电磁打点计时器”所使用的电源比较低，所以运用4-6v低压交流电源即可；“电场中等势线的描绘”使用直流6V电源；而“测量电源电动势和内电阻”则只需要使用电池即可。就物理实验的一般情况而言，选择低压电源是一般控制在6～12V的范围内。

（二）内外接电路的选择

判断方法主要有3种情况：（1）已知RA则选择内接法，因为内接法时有R测= R真+ RA所以此时没有系统误差，理论上可得到RA的真实值；同理已知RV时则采用外接法，因为外接法时有1/R测=1/ R真+1/ RV所以这时也没有系统误差。我们在选用内外接法时应首先考虑此种方法；（2）比较法：若RV/Rχ>Rχ/RA，则选用外接电路；若Rχ/RA>RV/Rχ则用内接电路。也可用试触法选内外接电路；（3）试触法：我们分别把开关K与a，b接触，得到两组U，I数据，然后比较电压与电流的变化率（不是变化量）的大小关系，电压表变化率大，则说明电流表分压明显，则我们选择外接法，电流表率大则说明电压表分流明显，我们选择内接法。

（三）电路的选用

电路的选用要考虑电路的结构，这就需要考虑两种电路，测量电路与控制电路，测量电路可以直接与电学仪表相连接，因此这里介绍的主要是对控制电路的选择。

如果负载电阻Rx远远大于滑动变阻器的总电阻R时，就需要选用分压式的接法，这时限流式的接法对电路起不到调节作用.如果采用限流电路，那么电路中的最小电路仍然会超过电器的电压或者是电流表的量程时，那么应选用分压式的接法。

如果负载电阻Rx小于或者是与滑动变阻器的总电阻R相差不大时，并且电流、电压表的读数不是从零开始可以调解时，要选择限流式的接法.两种电路都可以选择使用限流式的接法，因此，这种接法比较简单，而且总功率比较小。

（四）滑动变阻器的选择

在满足实验要求的条件下，要选用阻值比较小的变阻器（阻值越小，电阻的变化越平缓，不至于使测量电路中的电流或电压增加的非常突然，在调节时比较容易控制测量的物理量的变化，即调节方便）。一般情况下分压式电路，在保证安全的前提下，电阻阻值越小越好；而限流式接法一般要求变阻器的阻值为被测电阻的2—5倍为宜。

二、基本原则

（一）安全性原则

安全性指的是，在实验过程中保证电流电压的稳定性，在使用时不会对人员或者设备产生损害。而在电学实验中，其安全性主要表现在电流表、电压表使用中，其注意事项为“正、负接线柱正确链接”；“各电表的读数不能超过其量程，电阻类元件的电流不能超过其最大允许电流等”；“电源的最大输出电流不超过其额定电流等“。

例题2 为了测定一段金属丝的电阻（阻值大约为10Ω），主要备选仪器如下：

A.电动势是6V的直流电源

B. 0～600mA的量程、内阻为2Ω的电流表

C. 0～100mA的量程、内阻为15Ω的电流表

D. 0～3V的量程、内阻为3kΩ的电压表

E. 0～15V的量程、内阻为15kΩ的电压表

F. 0～10Ω的量程、额定电流为1.0A的滑动变阻

①电流表应选用______。

②电压表应选用______。

解：首先必须估算出电路中可能的最大电流值及电路两端的最大电压值，当滑动变阻器接入电路的电阻为零时，电路中电流最大。根据闭合电路欧姆定律可得：Imax≈ε/R=0.6A。故应选电流表B。同理，当电路中电流达到最大时，电阻两端的电压也为最大，其值可能达6V，故伏特表应选E。

（二）适用性原则

在物理的实验当中，其数据的要求比较高，所以所选取的设备必须要能保证实验正常地顺利地进行，应使实验的测量范围符合实验要求。

例题3 有一改装的安培表A1需要与一个标准安培表A2进行核对，采用如图3所示电路，其中ε为直流电源（三节蓄电池串联而成），R0为一定值电阻，R为一可变电阻，S为电键。实验中已有的器件及仪器的规格如下：

A.固定电阻（阻值8Ω，额定电流2A）

B.固定电阻（阻值15Ω，额定电流2A）

C.滑动变阻器（阻值范围0～20Ω，额定电流2A）

D.滑动变阻器（阻值范围0～200Ω，额定电流2A）

已知两个表的刻度盘上都将量程均分为6大格，要求从0.1A起对每条刻度线一一进行核对。为此，从备用的电阻器中R0应选用______，R应选用______（用字母代号填入）。

解：定阻电阻器R0在电路中称为限流电阻，它的作用是限制电路中的最大电流。使之不超出安培表的量程过多，从而对安培表起保护作用。滑动变阻器R为调节电阻，它的作用是调节电路中的电流强度，从而实现对电路中的电流强度起控制作用。从题中的要求看，即电流应在0.1～0.6A的范围内，I=U/R，即电阻的最小值小于10Ω，最大值应大于60Ω，即R0应选用A，R应选用D。

（三）方便性原则

所谓方便性原则，就是在保证实验能够顺利进行的条件下（安全性、适用性符合要求），如何恰當地选择器材或实验装置使实验操作方便易行。这一原则在电学实验中也很突出，主要表现在滑动变阻器的选择、分压电路与限流电路的选择等。

滑动变阻器在电路中有两种接法：分压式接法和限流式接法。 当滑动变阻器用作限流时，是把滑动变阻器串联在电路中，用以控制或调节电路中的电流。此电路中待测电阻Rx两端的电压的调节范围是[E·Rx/（Rx+R）]～E。

当滑动变阻器用作分压时，是从滑动变阻器上分出一部分电压加在待测电阻上。其优点是当它的滑片从a端向b端滑动时，待测电阻Rx两端的电压可从零开始连续变化到所需电压（限流式则不能），且电压的调节范围是0～E，比用作限流时要大。

变阻器的接法的选择可以根据以下条件判断：（1）以下几种情况一般选分压电路： ①要求被测电阻两端电压变化范围较大，如有些实验要求画出U-I图象的，或要求电压从零开始连续可调的；②若用限流接法接成电路，电路中的最小电流仍大于待测电阻的额定电流或电路中电流的额定值的；③滑动变阻器的电阻RRx，为使电流有明显的变化也应用分压电路；（2）若滑动变阻器的阻值R>Rx，两种电路都符合要求，选限流接法，具有省电、电源负担轻、电路连接简便的优点，应用限流法；（3）限流式适合测量阻值小的电阻（跟滑动变阻器的总电阻相比相差不大或比滑动变阻器的总电阻还小）。分压式适合测量阻值较大的电阻（一般比滑动变阻器的总电阻要大）。

三、结语

物理实验在高考当中所占据的比例越来越大，对于实验的具体应用知识所涉及的也越来越广泛，所以高中生在学习的过程当中应当从实践应用入手对实验进行深刻的领悟并及时总结和创新。

指导教师：江苏省宜兴第一中学谢继超

参考文献：

[1]曹会.高中物理电学实验资源开发与能力培养的初步研究[D].苏州：苏州大学，2010.

[2]谢国兴.电阻箱在高中物理电学实验中的使用分析[J].中学物理（高中版），2012（02）.