谈谈闭合电路实验引导学习

胡平洋

电路实验基于两个基本的实验原理，即R=U/I，和E=U外+U内。考查的形式上看，对于实验电路仪表的选取通常我们第一步先依据电源电动势的大小或待测量仪器的功率或额定电压选取好电压表。第二步在结合实验要求依据测量功率选好电流表。但往往难点就主要集中在给的两表不能直接拿来使用，需要改装。本文将主要从基本仪器使用与仪表选择改装，电路设计原理，误差分析数量处理等方面展开研究。

一、电表的改装原理

1.○G表改装为电流表的原理：并联电阻反比分流

改装的目的：扩大电流表量程，测量更大的电流。IgRg=（I总-Ig）R。

故量程扩大的倍数越高，并联的电阻值越小，电流表的内阻越小。

说明：

改装后的电表中通过电流计G的最大电流Imax与两端的最高电压Umax变为多少。装后的电压表或电流表，虽然量程扩大了，但通过电流表的最大电流或加在电流表两端的最大电压仍为电流表的满偏电流Ig和满偏电压Ug，只是由于串联电路分压及并联电路的分流使表的量程扩大了。

2.○G表改装为电压表的原理：并联电阻正比分压，U总=Ig（Rg+R）

改装的目的是：扩大电压表量程，测量更大的电压

方法：若量程扩大n倍，则应给电流表串联一个电阻。故量程扩大的倍数越高，串联的电阻值越大 ，电压表的内阻越大。

3.○G表改装为欧姆表的原理：闭合电路欧姆定律

甲：短接调零：E=Ig（Rg+r+R）;乙：断开I=0;丙：测量电阻E=Ig（Rg+r+R+R测）

注意：欧姆表的黑表笔跟表内电池的正极相连。红表笔跟表内电池的负极相连。用欧姆表判别二极管好坏时用到这一点。

二、电流表的内接与外界

针对电流表的内接与外界结合现在学生的理解能力和使用不成正比，通过学生实际和个人经验特别总结出使用规律，即：大内偏大，小外偏小。

三、电路的设计

实验电路的设计通常要依据实验目的和仪表的选择来设计电路，主要通过滑动变阻器的在电路连接来控制调节负载的电流和电压，但在相同条件下调节效果不同，实际应用中要根据具体情况恰当的选择限流接法和分压接法。

（1）通常情况下（满足安全条件），由于限流电路能耗较小，电路结构简单，因此应优先考虑。

（2）在下列情况下必须采用分压接法。

①要使某部分电路的电压或电流从零开始连续调节，只有分压接法才能满足。

②如果实验所提供的电表量程或其它元件允许通过的最大电流很小，若采用限流接法，无论怎样调节，电路中实际电流（或电压）都会超过电表量程或元件允许的最大电流（或电压），为了保护电表或其它元件，必须采用分压接法。

四、测电源电动势及内阻

对于实验电路无论是测任何物体的电压及内阻其原理与测电源电动势的方法类似，在此就结合所学的做总结归纳。

（一）、伏安法测E，r（干电池内阻小，电流表外接）

（1）闭合电路滑动变阻器R发生变化，通过电压表和电流表示数的变化来测量电源的E及r.

原理：E=U+Ir    或  U=-Ir+E

斜率： ，常量项：b=E，当外电路短路时，与横轴交点表示短路电流。

误差：电压表具有分流作用，使測量电流偏小。

步骤：（1）确定测量物理量I，U;

（2）写出电源电动势方程E=U外+U内;

（3）化简纵坐标函数U=  ？  ;

（4）结合图像确定斜率和截距，求E和r。

（二）安阻法测电源E和r

由图可知，电阻箱R变化，则电流表I变化。

原理：E=IR+Ir，即：  截距： ;斜率：

误差：由于电流表具有分压作用，实际该满足E=IR+I（r+RA），得到 。

所以E测=E真，r测=E·b>r真=E·b-RA。

（三）伏阻法测电源E和r

由图所示闭合电路中滑动变阻箱R发生变化时，使电压表U不同，通过测量电压U和变阻箱R，求取电源E和r。

原理：     得到

截距： ，斜率 。

误差：电压表具有分流作用

实际： ， 得到 ，其中自变量 ，因变量为 。

通过对以上三种测量电动势和内阻的方法的整理，可以按照以下步骤进行：

A.依据仪器确定测量“U、I、R”之中的两个量;

B.写出电动势E=U外+U内方程，在此特别注意电流表的分压和电压表的分流作用不容忽略;

C.依据坐标化简方程，求纵坐标;

D.在图中找斜率及截距，求E和r。

五、实物的连接

关于连接实物电路图。笔试虽不能考实验的实际操作，但可以通过考查学生电路实物连线和插针法的连线来弥补，从2016年到2020年出现次数较多。如2016年全国Ⅱ卷23题、2017年全国Ⅱ卷23题测微安表的内阻、2019年全国Ⅰ卷23题改装微安电流表、2020年全国Ⅱ卷23题探究小灯泡伏安特性曲线。连接电路实物图的规则：

（1）原则：正确、清晰;（2）细节：接线到柱、线不能交叉、表的正负接线柱和电源的正负极、开关控制总电路、开关闭合前滑动变阻器的滑片位置;（3）步骤：先画出相应的电路原理图，然后标出表的正负接线柱、量程和电源正负极;最后连接顺序为先连接主回路，从电源的正极出发，经开关及其它元件到电源负极。再连接分支回路。要特别注意分压电路。

通过对物理电学实验考查形式的研究，结合现在学生所学内容，做出整理归纳，其主要目的就是为教学确定方向，为学生将来参加高考铺平道路，通过研究可以看到高考的灵活性，新颖性，高考更注重基础和实践能力。结合问题探究处理方法，将问题转化为所学模型进行处理。