電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題淺析

電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題因其測(cè)量對(duì)象多種多樣，測(cè)量方法靈活多變，多角度處理數(shù)據(jù)，使之成為高考命題時(shí)的必選內(nèi)容。二輪復(fù)習(xí)時(shí)，教師應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)知識(shí)加以提煉，幫助學(xué)生編\"阻\"成網(wǎng)，形成核心知識(shí)。以下從三個(gè)方面加以歸納。

●三個(gè)特性

1．測(cè)量對(duì)象的多樣性

通常測(cè)量對(duì)象有：待測(cè)電阻，電表內(nèi)阻，電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。

2．測(cè)量方法的靈活性

（1）伏安法

伏安法是電阻測(cè)量方法中的根本，由它派生出許多方法。

如圖1(a)(b)為伏伏法（a-表V1、V2內(nèi)阻均已知，b-表V2內(nèi)阻已知），

如圖1(c)(d)為安安法（c-表A1內(nèi)阻已知，d-表A1、A2內(nèi)阻均已知）。

不同的方法，不同的電路設(shè)計(jì)，目的一樣，都是為了解決RX的兩端電壓U和電流I。

思考1：若給你兩只電壓表（內(nèi)阻均未知）或兩只電流表（內(nèi)阻均未知），你能測(cè)出RX的電阻嗎？若能，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)說明。若不能，請(qǐng)指出還需什么器件？

思考2：除了用伏安法來測(cè)電流表○A1、電壓表○V1的內(nèi)阻，還有什么途徑？

思考3：測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻時(shí)除常規(guī)伏安法外，你又會(huì)如何設(shè)計(jì)？

總結(jié)：上述多種方法，歸根究底都是伏安法的拓展，因此在設(shè)計(jì)思路上要體現(xiàn)如何合理正確地測(cè)出U、I。

（2）替代法

（3）半偏法測(cè)電表內(nèi)阻（表1）

a. 電流半偏法（圖3） b. 電壓半偏法（圖4）

電路估算是以兩個(gè)歐姆定律為依托，對(duì)部分或全部電路估算。估算過程就是一次選擇過程，選擇的項(xiàng)目有：

1．電流表外接還是內(nèi)接；

2．滑動(dòng)變阻器分壓還是限流；

3．元件的量程或阻值合理選擇；

4．讀數(shù)要求特殊限制；

5．保護(hù)電阻的處置；

6．涉及額定功率、額定電壓、額定電流的計(jì)算。

●一個(gè)定值電阻 

定值電阻在電路中的作用有：

1．?dāng)U大電表的量程； 2．擔(dān)當(dāng)保護(hù)電阻；

3．增大電源的內(nèi)阻； 4．間接當(dāng)作電表；

例題 （2005·全國Ⅰ）測(cè)量電源B的電動(dòng)勢(shì)E及內(nèi)阻r（E約為4.5V，r約為1.5Ω）。

器材：量程3V的理想電壓表○V ，量程0.5A的電流表○A （具有一定內(nèi)阻），固定電阻R=4Ω，滑動(dòng)變阻器R′，電鍵K，導(dǎo)線若干。

（1）畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖，圖中各元件需用題目中給出的符號(hào)或字母標(biāo)出。

（2）實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)電流表讀數(shù)為I1時(shí)，電壓表讀數(shù)為U1；當(dāng)電流表讀數(shù)為I2時(shí)，電壓表讀數(shù)為U2，則可以求出E=______，r=______。（用I1，I2，U1，U2及R表示）

解析 回歸原實(shí)驗(yàn)的電路圖，通過估算發(fā)現(xiàn)本題中不論滑阻如何調(diào)節(jié)，兩表總有一只超出量程，增加了一個(gè)定值電阻，共有四處可供選擇如圖5，擴(kuò)大兩表量程失敗，估算得在③處放置相當(dāng)于增加電源內(nèi)阻，對(duì)兩表同時(shí)達(dá)到控制、保護(hù)。

利用等效電源的方法，通過串聯(lián)固定電阻R=4Ω進(jìn)行分壓限流，如圖4即可安全的測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻，干路上電流最大約為I=ER+r=4.54+1.5A=911A，依據(jù)U=E-Ir′測(cè)量多組數(shù)據(jù)求出E、r′，實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)電流表讀數(shù)為I1時(shí)，電壓表讀數(shù)為U1；當(dāng)電流表讀數(shù)為I2時(shí)，電壓表讀數(shù)為U2。

綜上所述，以實(shí)驗(yàn)原理為中心，測(cè)量對(duì)象為目標(biāo)，測(cè)量方法為手段，電路估算為選擇途徑，讓考生在電路設(shè)計(jì)時(shí)有思路，有方法，必然會(huì)在分析能力上提高一個(gè)層次。

(欄目編輯王柏廬)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。