突破设计性电学实验的难点

突破设计性电学实验的难点

蔡义春

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，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

高考物理大纲要求考查的五种能力：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。如何深化教学，才能达到教纲、考纲的要求呢？

我们要把握本质，学好基础，培养学生的创新能力。因此，要突破设计性电学实验，先要学会选仪器、选电路。

一、选仪器

选仪器的原则：安全、精确、简洁。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，还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，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，伏安法测电阻、测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

(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，》，≈，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“3V0.6W”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的小，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游刃有余。

例3.一阻值约为30kΩ的电阻R，要用伏安法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，导线若于。

(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≈=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≈=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，掌握了选择仪器的原则：安全、精确、简洁；掌握了安培表内、外接的原则：内大外小；掌握了滑线变阻器分压、限流的连接原则，则可以轻轻松松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

邮政编码：325500