電學設計性實驗,應做好三個選擇

近幾年來，全國高考實驗試題注重理論與技能的全面考查，尤其注重實驗技能的考查，電學設計性實驗恰恰能很好體現學生的實驗技能。同時電學設計實驗也是學生學習的難點。我認為，完成電學設計性實驗應做好以下三個選擇。

一、實驗器材的選擇

根據教學大綱及高考考綱的要求，選擇電學實驗器材主要是選擇電表、滑動變阻器、電源等器材。

選擇實驗器材一般要考慮四方面因素。

1.安全因素

通過電源、電阻和電表的電流不能超過其允許的最大值。

2.誤差因素

選用電表量程應考慮盡可能減小測量值的相對誤差，電壓表、電流表在使用時盡可能使指針接近滿量程，其指針應偏轉到滿偏刻度的1/3以上;使用歐姆表時宜選擇使指針盡可能在中間刻度附近的倍率檔位。

3.便于操作

選用滑動變阻器時應考慮對供電電壓的變化范圍既能滿足實驗要求，又便于調節。在調節滑動變阻器時，應使其大部分電阻線都用到。

4.實驗要求

除以上三個因素外，還應注重實驗實際。如電壓從零開始起調，所給電源與用電器匹配，等等。

二、測量電路的選擇

電壓表和電流表連入電路可以有兩種方法:

一種是如圖1所示的電路，叫做電流表外接法;一種是如圖2所示的電路，叫做電流表內接法。

由于電流表、電壓表內阻的影響，不管采用電流表內接法還是外接法都會引起誤差。為了減小誤差，常用以下三種方法來判定電流表的連接是選內接法還是外接法。

1.直接比較法

當R?垌R時，用電流表內接法;當R?塏R時，用電流表外接法。

2.臨界值計算法

當R>時，即R為大電阻，應該用電流表內接法;

當R<時，即R為小電阻，應該用電流表外接法;

當R=時，內外接法均可。

3.試測判斷法

當R、R、R都不清楚時可采用此法。如圖3所示，分別將A端先后與a、b點接觸，電流表示數分別為I、I，電壓表的示數為U、U。

當>時，選用內接法;

當<時，選用外接法。

例1:某同學用伏安法測一個未知電阻的阻值，如圖3所示，他先將A端按在b點，讀得兩表示數分別為U=3.0 V，I=3.0mA，然后將A端改接在a點，讀得兩表示數分別為U=2.9V，I=4.0mA，由此可知A端應接到?搖?搖 ?搖點誤差較小，測得Rx=?搖 ?搖?搖Ω。

解析:兩種接法中兩表示數變化分別為:△U=|U-U|=0.1 V，△I=|I-I|=1.0 mA，則==，==。

顯然，電流表的示數變化較電壓表的示數變化明顯，這說明電壓表的分流作用較大，為了減小誤差，應采用電流表內接法，即A端接b點。R==Ω=1000Ω。

三、控制電路的選擇

控制電路即滑動變阻器在電路中的連接，常有兩種不同的形式，分別如圖4、圖5所示，圖4為滑動變阻器的限流式接法，圖5為滑動變阻器的分壓式接法。

在具體實驗中，滑動變阻器到底是采用分壓式還是限流式呢?判斷方法如下。

(1)負載電阻的阻值Rx遠大于變阻器的總電阻R，須用滑動變阻器的分壓式接法。

(2)要求負載上電壓或電流的變化范圍較大，且從零開始連續可調，須用滑動變阻器的分壓式接法。

(3)負載電阻的阻值Rx小于變阻器的總電阻R或相差不多，并且電壓表、電流表的示數變化不要求從零起調，可采用滑動變阻器的限流式接法。

(4)兩種電路均可使用的情況下，應優先采用限流式接法，因為限流式接法總功率較小。

(5)特殊問題中還要根據電壓表和電流表的量程，以及允許通過的最大電流反復推敲確定。

例2: 在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中，使用的小燈泡上標有“6 V，3 W”的字樣，其他可供選擇的器材有:

A.電壓表V1(量程6V，內阻20KΩ);

B.電壓表V2(量程20V，內阻60KΩ);

C.電流表A1(量程3A，內阻0.2Ω);

D.電流表A2(量程0.6A，內阻1Ω);

E.變阻器R(0—1000，0.5 A);

F.變阻器R(0—20，2A);

G.學生電源ε(6—8V);

H.開關S及導線若干。

實驗中要求電壓表在0-6 V范圍內讀數，并記錄下12組左右不同的電壓值U和對應的電流I，以便作出伏安特性曲線。在上述器材中，電流表應選用?搖?搖 ?搖，變阻器應選用?搖?搖 ?搖。畫出實驗原理圖。

解析:(1)確定電壓表、電流表、滑動變阻器。

使用的小燈泡上標有“6V，3W”的字樣，可知小燈泡的額定電壓為6 V，額定功率為3 W，故可知其額定電流為0.5A。本著選擇電壓表和電流表的安全精確原則，電流表應選A2，電壓表應選V1。小燈泡正常工作時的電阻R==Ω=12Ω?；瑒幼冏杵鬟x擇本著安全方便的原則，故應選用R。

(2)確定電流表的內外接法

由于R?塏R，故電流表應外接。

(3)確定采用變阻器的限流式接法還是分壓式接法

因為要求測量多組數據，故負載上的電流和電壓變化范圍要較大，因此采用分壓式解法。實驗電路如圖6所示。