探討物理電學實驗器材和電路的選擇

向艏博

電子科技大學實驗中學2014級2班

探討物理電學實驗器材和電路的選擇

向艏博

電子科技大學實驗中學2014級2班

電學實驗在高中物理實驗教學中占有十分重要的地位，而電學設計性實驗也是歷年物理高考的熱點。高中電學實驗中涉及的原理與器材種類眾多，且不同的器材對應有不同的量程。作為電學實驗設計的難點，實驗器材和電路的選擇主要是針對電源、電表、變阻器的選擇。筆者從高中生角度出發，淺談了物理電學實驗器材和電路的選擇。

電學實驗 器材 電路 選擇

作為物理高考的必考題，電學實驗題型較為開放，考察內容多源于教學內容中的電學實驗基礎，但又不局限于書本知識。因此，學生要想在這類題型中獲得高分不僅需充分掌握基本知識，還需將所學知識靈活運用于新的實踐中。合理選擇實驗器材和電路正是高中物理電學實驗的重點，我們學生與教師均需對此加以重視。

1 實驗器材和電路選擇的基本原則

1.1 安全原則

在進行物理電學實驗學習時，我們有時候會碰到電流表電壓表燒毀、接線柱接反、讀數超量程等安全問題，進而將會產生實驗器材損壞、實驗結果不準確等后果，嚴重情況下還會對實驗人員的人身安全造成威脅。正因為此，我們在進行物理電學實驗時必須要遵循安全原則。

1.2 適用原則

適用原則即我們所選擇的器材或電路應充分保障實驗的順利進行，以避免讀數超量程等問題的發生。

1.3 方便原則

方便原則即所選擇的實驗器材和電路需為實驗的順利進行提供便利，因此我們需在遵循安全原則和適用原則的基礎上合理選擇實驗器材和電路，盡量對實驗連線圖加以簡化。

1.4 準確原則

準確原則即電學實驗的數據和結果在最大限度上保證精準。準確原則主要包括實驗器材選擇的準確性和實驗電路選擇的準確性這兩個部分。為了確保實驗的準確性，我們可依據電學實驗給出的已知條件粗略估算出電流電壓的數值，然后再進行器材和電路的選擇。

2 實驗器材選擇

在進行電學實驗時，我們需選擇電源、電壓表和電流表、滑動變阻器等實驗器材。

2.1 電源

作為電學實驗的關鍵器材，電源的選擇是否合理直接關系到實驗能否成功。我們在選擇交流電源與直流電源時需以實驗的實際要求為依據，在確定電源大小時則需以實驗電路的用電需求為依據。我們在大量物理實驗中可以總結出，打點計時器通常使用低壓交流電源，電火花計時器通常使用50Hz交流電源，描繪等勢線的實驗則一般使用6V的直流電源，干電池則是測量內電阻或電動勢的常用選擇。

2.2 電壓表和電流表

高中物理電學實驗中最常見的兩類實驗器材是電流表和電壓表，我們在選擇時需對電壓表和電流表的最大滿偏值、電流流經的方向加以關注，同時還需按照下面三個基本原則進行：

（1）電源參數：我們依據電源參數即可將電壓表或電流表的量程范圍基本確定下來。我們在進行測電源內阻實驗時，通常會使用干電池作為實驗電源，此時選用一個3V的電壓表即可滿足實驗需求。

（2）最大電流：在物理電學實驗中，我們可通過接入的實驗器材、電路器材和電路連接方式將電路電流的最大值初步確定下來，接下來只需選擇量程適當大于最大電流的電流表即可。

（3）額定電流或電壓：在有些特定的電學實驗中，實驗器材具有一定的額定電流、電壓以及功率等，對于這一情況我們可依據其額定值進行電壓表或電流表的選擇。

2.3 滑動變阻器

在選擇滑動變阻器時，電壓和電流在試驗中的確切變化范圍可作為關鍵的參考依據。一方面，我們所選擇的滑動變阻器需與電壓和電流變化范圍相符；另一方面，選擇滑動變阻器時還需考慮到實驗的安全性，由于滑動變阻器的組織是可變的，滑片沒有明確的阻值標定，所以在實驗操作中極易因阻值調節范圍超出預定情況而出現儀表器材毀損的現象。除此以外，在使用滑動變阻器時還需滿足準確性的要求，即在確定滑動變阻器的接法時需依據電學實驗的實際需求，以免因接入方法不合理而導致實驗結果出現誤差。

3 電路選擇

3.1 分壓電路

分壓電路所需的實驗器材有電源、滑動電阻、定值電阻、電壓表、電流表和開關。在分壓電路中，滑動變阻器可承擔一部分電壓，定值電阻可承擔一部分電壓?？傠妷寒a生分流的方式有利于定值電阻電壓損失的降低，進而也可促進電學實驗精度的提升。在具體實驗中，分壓電路往往串聯著滑動電阻和定值電阻，電壓表加在定值電阻兩側，電流表和定值電阻則進行串聯，具體接入法如圖1所示。

圖1 分壓電路實驗接線示意圖

從圖中我們可以看出，a、b兩端可對定值電阻進行供電，滑動變阻器（R）滑片可對電壓進行調節。使用分壓接法時，定值電阻（R1）具有較大的阻值，滑動變阻器可在有效范圍內對其進行調節。我們通過基礎知識的學習和相關電學實驗可總結出分壓電路的如下特點：

（1）電流變電流、電源電流、定值電阻電流、滑動電阻電流均為一致；（2）各電阻的電壓和等于總電壓；（3）各電阻之和等于總電阻。

3.2 限流電路

通過比較分壓電路與限流電路可得出，限流電路可對電路的電流進行限制，通過對滑動變阻器的調節可改變定值電阻的電流。在限流電路中，滑動變阻器和定值電阻是并聯的，因此改變定值電阻電路中的電流只需通過調節滑動變阻器的接入阻值即可實現。限流電路的具體接入法如圖2所示。

圖2 限流電路實驗接線示意圖

3.3 基本實驗流程設計

在開展電學實驗前，我們首先需明確實驗目的，其次才是實驗方案的設計。電學實驗方案的設計需確?？尚行?，即利用現有實驗器材可完成本次實驗內容并達到實驗目的。在進行方案設計時需針對實驗器材的選擇方法和標準制定出相關規定，同時還需對實驗設計方案進行優化，通過電路設計和器材的使用來降低實驗操作難度。

3.4 操作實驗

高中物理電學實驗操作過程可分為三個步驟，即挑選器材、連接電路與測量數據。我們在開展電學實驗時需認真執行這三個基本步驟，如此才能確保實驗的安全性與準確性。

綜上所述，我們在進行高中物理電學實驗前，首先需進行器材和電路的選擇，在選擇過程中應遵循安全、適用、方便、準確的基本原則，但仍需依據具體的實驗要求將其確定下來。電學實驗是物理高考的重點內容，我們在學習過程中需對其加以重視。

[1]李紅偉.立足實驗基礎知識提升實驗創新能力——2014年高考物理電學實驗試題分析暨2015年電學實驗復習策略[J].物理教師,2015,07:89-92+97

[2]李清.論高中物理電學實驗教學策略[J].課程教育研究,2015,33:161-162

[3]王挺,楊曉雷.高中物理電學實驗教學設計的探索[J].中小學實驗與裝備,2012,02:6-10