高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備與電路的選擇 摘要：電學(xué)實(shí)驗(yàn)是高中實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，而電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是高中生必須掌握的一項(xiàng)基本實(shí)驗(yàn)操作技能，因此電學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)成為歷年高考的熱點(diǎn)問題之一。由于高中電學(xué)實(shí)驗(yàn)原理豐富，涉及設(shè)備種類繁多，每種設(shè)備的范圍不同，因此電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于電路與設(shè)備的選擇。電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備與電路的選擇主要針對電源、儀表、變阻器等的選擇，總的原則是安全、適用、方便、準(zhǔn)確。 關(guān)鍵詞：電學(xué)實(shí)驗(yàn)；設(shè)備；電路；選擇 中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章號(hào)：1003-6148(2010)8(S)-0008-3 高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)是近年來重慶市高考的必考題型。 考試形式是開放的，內(nèi)容以課本上的電學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)為主，但并不局限于書本知識(shí)，需要學(xué)生深刻理解基礎(chǔ)知識(shí)，并運(yùn)用到新的實(shí)踐中。本文就設(shè)備和電路的選擇，談幾點(diǎn)筆者的感悟。1.1電源的選擇，一般根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求來定，如“火花定時(shí)器”直接用220V交流電源；“電磁打點(diǎn)定時(shí)器”要用4-6V低壓交流電源；“電場中等勢線的繪制”用6V直流電源；“電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻的測量”用的是舊干電池等。一般沒有太大的變化，低壓電源的選擇一般控制在6-12V范圍內(nèi)。
1.2 電流表、電壓表的選擇選擇電流表的原則是：使用時(shí)要保證流過電流表的電流和加在電壓表上的電壓不超過使用范圍；其次要考慮電壓表、電流表的指針在使用時(shí)有較大的偏轉(zhuǎn)（一般為滿偏的2/3左右）。電流表、電壓表的選擇依據(jù)主要是：①根據(jù)電源的參數(shù)。例如在“測電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻”實(shí)驗(yàn)中高中物理電學(xué)滿偏，我們選用的是舊干電池作為電源，因此我們選擇量程為3V的電壓表就足夠了。②根據(jù)電路中的最大電流（或電壓）。這往往需要我們學(xué)生根據(jù)題中已知的電參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，而電流表的量程只要比最大值稍大即可。③根據(jù)用電器的額定電流（或電壓）。 例如在“繪制小燈泡伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)中，假如我們研究的小燈泡是“3V、2.5W”，那么我們就可以據(jù)此選擇電流表的量程。1.3滑動(dòng)變阻器的選擇滑動(dòng)變阻器是電工實(shí)驗(yàn)中必不可少的儀器，它主要起著阻值調(diào)節(jié)電壓、電流的作用。滑動(dòng)變阻器選擇的原則：考慮被測對象所需的電流或電壓變化范圍，要方便、省電。注意流過滑動(dòng)變阻器的電流不要超過它的額定值。對于大阻值的變阻器，如果滑動(dòng)頭稍有移動(dòng)，電流、電壓變化就很大，就不宜使用，應(yīng)選擇阻值小的變阻器。 例1 在圖1所示電路中，電源E=5V，R為阻值0~10000Ω、額定電流1A的滑動(dòng)變阻器，電壓表的量程為0~6V，電流表的量程為0~0.6A，Rx為阻值約為10Ω的電阻器。
本次實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器的選擇存在問題，會(huì)造成滑動(dòng)變阻器開始滑動(dòng)一點(diǎn)點(diǎn)時(shí)，電流表的變化就很大；而后面滑動(dòng)很長一段距離時(shí)電流表讀數(shù)就幾乎不會(huì)變化了。2 基本原則2.1 安全原則是指在實(shí)驗(yàn)過程中，不會(huì)因設(shè)備或器件選擇不當(dāng)而發(fā)生儀器損壞等不良后果。在電工實(shí)驗(yàn)中，主要表現(xiàn)在電流表、電壓表的使用中，正負(fù)極不能接反；每只表的讀數(shù)不能超過它的量程，電阻元件的電流不能超過它的最大允許電流等； 電源的最大輸出電流不超過它的額定電流等。 例2 為測量一段金屬絲的電阻（電阻為10Ω左右），主要備選儀器如下： A.電動(dòng)勢為6V的直流電源 B.量程為0～600mA、內(nèi)阻為2Ω的電流表 C.量程為0～100mA、內(nèi)阻為15Ω的電流表 D.量程為0～3V、內(nèi)阻為3kΩ的電壓表 E.量程為0～15V、內(nèi)阻為15kΩ的電壓表 F.阻值0～10Ω、額定電流為1.0A的滑動(dòng)變阻器 ①應(yīng)選用電流表。 ②應(yīng)選用電壓表。（用代號(hào)表示） 解答 首先必須估計(jì)電路中可能出現(xiàn)的最大電流值和電路兩端的最大電壓值。 當(dāng)接入電路的滑動(dòng)變阻器阻值為零時(shí)，電路中的電流最大，根據(jù)閉合電路歐姆定律可得：Imax??≈ε/R=0.6A。
因此應(yīng)選用電流表B。同樣，當(dāng)電路中電流達(dá)最大時(shí)，電阻兩端的電壓也最大，其值可能達(dá)6V，所以應(yīng)選用電壓表E。2.2適用性原則所謂適用性原則，是指所選用的儀器必須適用、可行，能保證實(shí)驗(yàn)正常順利進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)的測量范圍應(yīng)符合實(shí)驗(yàn)要求。例3 改裝的電流表A1，需用標(biāo)準(zhǔn)電流表A2來校驗(yàn)。采用圖3所示電路，其中ε為直流電源(三節(jié)蓄電池串聯(lián))，R0為定值電阻，R為可變電阻，S為電鍵。 實(shí)驗(yàn)中所需設(shè)備、儀器的規(guī)格如下： A.固定電阻器（阻值8Ω，額定電流2A） B.固定電阻器（阻值15Ω，額定電流2A） C.滑動(dòng)變阻器（阻值范圍0～20Ω，額定電流2A） D.滑動(dòng)變阻器（阻值范圍0～200Ω，額定電流2A） 已知兩種電表的刻度均分為6大格，每條刻度線都要求從0.1A開始逐一檢查，為此應(yīng)在備用電阻器中選擇R0，選用R（用字母代號(hào)填寫）。固定阻值電阻器R0在電路中稱為限流電阻器，它的作用是限制電路中的最大電流，不至于過多超出電流表的量程，從而保護(hù)電流表。 滑動(dòng)變阻器R是一個(gè)調(diào)整電阻器，它的作用是調(diào)整電路中的電流強(qiáng)度，從而達(dá)到對電路中電流強(qiáng)度的控制作用。
從題中的要求看，電流應(yīng)在0.1～0.6A范圍內(nèi)高中物理電學(xué)滿偏，I=U/R，即電阻的最小值小于10Ω，最大值應(yīng)大于60Ω，即R0應(yīng)為A，R應(yīng)為D。 2.3 方便原則 所謂方便原則，就是在保證實(shí)驗(yàn)?zāi)茼樌M(jìn)行（安全性、適用性符合要求）的前提下，如何恰當(dāng)?shù)剡x擇設(shè)備或?qū)嶒?yàn)器材，使實(shí)驗(yàn)便于操作。這一原則在電工實(shí)驗(yàn)中也十分突出，主要表現(xiàn)在滑動(dòng)變阻器、分壓電路和限流電路的選擇上?；瑒?dòng)變阻器在電路中的連接方式有分壓連接和限流連接兩種。當(dāng)滑動(dòng)變阻器作為限流器使用時(shí)，其連接方式如圖4所示，將滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電路中，可以控制或調(diào)節(jié)電路中的電流。 本電路中待測電阻Rx兩端電壓的調(diào)節(jié)范圍為[E#8226;Rx/(Rx+R)]~E?；瑒?dòng)變阻器作為分壓器使用時(shí)，其接法如圖5所示，它將滑動(dòng)變阻器輸出的電壓分出一部分加到待測電阻上。它的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)其滑塊從a端滑動(dòng)到b端時(shí)，待測電阻Rx兩端電壓可從零連續(xù)變化到所需電壓（限??流型則做不到這一點(diǎn)），電壓調(diào)節(jié)范圍為0~E，比作為限流器使用時(shí)要大。變阻器接法的選擇可根據(jù)以下情況確定： （1）分壓器電路一般在以下幾種情況下選用： ①要求待測電阻兩端電壓變化范圍大，比如有些實(shí)驗(yàn)要求畫UI圖，或者要求電壓從零開始連續(xù)可調(diào)。
②若采用限流法連接電路，則電路中的最小電流仍大于被測電阻器的額定電流或電路中電流的額定值。③滑動(dòng)變阻器的阻值R為Rx，為使電流變化明顯，還需采用分壓電路。（2）若滑動(dòng)變阻器的阻值是RRx，兩種電路均符合要求，則選用限流法，它具有省電、電源負(fù)擔(dān)輕、電路連接簡單等優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)于限流法。（3）限流法適用于測量阻值較小的電阻器（與滑動(dòng)變阻器總阻值相差不大或小于滑動(dòng)變阻器總阻值），分壓法適用于測量阻值較大的電阻器（一般大于滑動(dòng)變阻器總阻值）。2.4準(zhǔn)確度原則所謂準(zhǔn)確度原則，就是要求實(shí)驗(yàn)誤差小，精度高英語作文，這一原則是物理實(shí)驗(yàn)的普遍原則之一。 減少實(shí)驗(yàn)誤差的方法有很多，這里只介紹如何選擇實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)裝置，以盡量減少實(shí)驗(yàn)誤差，主要是電壓表內(nèi)部連接方式和外部連接方式的選擇。