高中物理电学实验中的电路设计探析

陈鹏宇

[摘要]高中的物理电学模块，占据高中物理的半壁江山，是高考中的重要考试内容。在实验学习的基础上，要求学生能够具体掌握物理电学的基本概念，了解实验设计的基本原则、流程方法。本文旨在以实验设计操作为实践辅助，加深学生对物理电学知识点的梳理，以及进一步的内化、掌握。

[关键词]高中物理 电学实验 电路设计

电学实验的电路设计首先需要学生具备扎实的电学基础知识，在真正理解电路设计的原则的基础上，进行标准化，规范化的电路设计操作。那么，我们在高中学习中已经初步涉及到了电路设计的理论内容，为提升高中教材的生活运用效果，并进一步落实学习效果，加深学习理解，本文结合高中学习的部分知识，开展了自主探究，以下是主要内容。

一、掌握基本物理电学知识

（一）元件与电路图

元件和电路图是构成整个电学实验的基础要素，根据平时上课所学的基础物理知识，能够读懂各类电路图的电路构成，能够一眼看出该电路图的连接方式、元器件的摆放位置误区。在挑选适当的电源后，根据所给电路图，挑选符合实验的元器件型号，调整测量工具电表的指针，选择合适的测量范围。

（二）了解实验器材的使用方法

实验器材使用是否规范，决定着整个实验的最终效果，因此，在进行正式的实践操作前，需要对实验手册进行仔细研读，熟记每一个实验步骤的操作规范以及操作要点，减少实验失误，降低实验失败风险，避免因操作不当而造成的实验器具的破坏。

二、实验电路设计的原则

（一）安全性

虽然实验室的电流都不足以对人体造成伤害，但物理电学实验毕竟也是属于有风险的实验操作，同时我们高中生没有太多的实验操作经验，容易出现实验失误。因此，这就要求我们学生在设计电路时，一定要考虑设计的安全性，规范性，电路设计图必须要经过老师确认才能进行实际操作。

（二）整体性

电路设计需要考虑整体性，不能将电路部分单独的拎出来进行设计，这样会使学生在最终的电源、电流选择上带来一定的难度，造成实验无法有效进行。因此，电路设计时，需要基于整体的设计思路，分模块优化，逐渐向整体设计靠拢。

（三）功能性

電路实验设计一定要满足功能性，达到一定的实验目的，学生在实验室进行一个实验操作，不仅仅只是一个操作，更重要的是需要从中实现实验目的。比如探究并联电路与串联电路的电流异同点时，就需要对不同的电路电流进行测量，那么在电路设计时，就需要根据控制变量法，设计符合实验目的的实验，促使实验具有实验功能。

三、实验电路设计的流程方法

（一）明确实验目的

首先，需要对实验目的进行明确，借助实验目的，明确实验导向，只有在这样的基础上，才能进行实验材料选择，实验方案设计。那么实验目的的明确除了增强实验的导向作用外，还有一点好处，就是可以验证实验结果的正确性，可以根据实验结果与实验目的对比分析，来核查实验流程的规范性，检测实验过程中的设计是否存在误区，对于不准确的地方可以及时进行改进。

（二）选择实验材料

实验材料的选择需要能满足实验目的、实验要求，由于现在实验室的很多实验器材都呈现的老化、陈旧的状态，这就容易导致我们在进行实验材料选择时，容易误选到一些不能满足实验功能的器材，因此我们学生在进行器材筛选过程中不仅需要挑选适合实验的各种材料工具，更要检测这些工具的是否满足实验要求。

（三）确定实验设计

根据实验目的要求，在现有实验器材的选定后，凭借有限的实验资源进行方案设计，众所周知，不同的实验设计方案会产生不同的实验效果，设计优良的实验方案不仅可以优化试验流程步骤，还可以得到最佳的实验结果。因此在实验设计中需要确定电源大小的设定，是使用交流电，标准电压220伏还是4 5伏低电压，亦或者是使用直流电，用电池进行电路连接；确定电路的连接方式，是内接还是外接；确定滑动变阻器的选择，是大电阻还是小电阻；确定电路的接法选用，是分压式接法还是限流式接法。以上这些基本设计要素都需要进行着重考虑，仔细分析，各种要素进行优化组合后，选择最佳的设计方案。

（四）优化电路方程

在进行实验操作时，我们可能会遇到一些复杂的电路方程，这些电路方程往往具有很强的迷惑性、复杂性，如果直接对这些方程进行实验应用，可能会给我们学生看来很大的计算量，这大大增加了实验的操作难度，也很难进行最后的实验结果整理。因此针对这些复杂性电路方程，需要进行一定的优化检验，剔除一些不必要的要素，降低电路紊乱的可能性，将电路方程化解为可理解的范围之内，确保实验能够真正得到有效进行。

四、结束语

综上所述，针对物理电学实验的电路设计，需要满足设计的原则，在研究透彻课本知识的基础上，按照实验标准、实验流程进行操作，在这样的基础上才能真正的得到一个良好的实验结果，将实验的误差降低到最小化。那么针对以上的研究仍处于高中教材发散的初级内容范围内，没有太过于详细精细化的电学实验设计流程，从专业的角度上来说还有些匮乏，还需要加强日后物理电学实验的进一步学习探索。