multisiM9電路仿真在高中物理電學實驗中的應用研究

張曉坤

摘要：Multisim9作為一款電子電路仿真軟件，它為我們提供了較為合適的虛擬電子實驗環境，操作簡單，降低了實驗成本，被廣泛應用于高校電子類專業的學習中。在高中物理新課程教學中，multisiM9電路仿真實驗為電路教學提供了較為合適的實驗手段和分析方法，仿真實驗效果明顯，操作簡單，學生容易掌握，教學效果很好。電子電路仿真軟件提供了虛擬電子電路實驗環境，操作簡單、降低了實驗的成本和實驗風險。筆者在學校物理實驗活動的過程中，指導學生利用電路仿真軟件對高中階段的一些電學實驗進行的模擬并記錄下來供教學工作者共同研究。

關鍵詞：multisim9電路仿真;高中物理;電學實驗

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1578（2018）12-0255-01

引言：實物實驗特別是學生探究性的實驗，由于各種干擾因素是客觀存在的，其偶然誤差、系統誤差都不可避免。而理想實驗沒有“儀器、操作”，原理和方法也是理想化的條件下通過“想象”來進行，不存在實驗誤差。這樣理想實驗為實物探究實驗的誤差分析、實驗方法的改進等提供了可以做為類比的理論基礎。

1.實驗教學探討

為了突出實驗課程的重要性，安徽廣播影視職業技術學院電子電路類實驗從理論課中分離出來，獨立設課，有獨立的考試和學分，有專門的實驗老師以及配備相關的輔導教師，保證實驗課的數量和質量.然而，傳統的實驗方法是學生根據實驗內容和要求在實驗室里用給定的元器件自己搭建實驗電路，甚至部分實驗采用現成的電路板，用儀器測量數據或觀察波形，得出結論.由于實驗課時畢竟有限，使得學生在實驗室忙于趕工完成實驗任務，而設計電路、思考問題的時間被占用.不僅實驗效果差，學生的實驗興趣也會消退.再者，為了滿足電子電路實驗的要求，需要配置大量的電子設備、儀器、儀表、電子元器件、工具等.因此學校有限的教學資源與學生日益增長的教學實驗需求形成了一個較難解決的矛盾，所以在目前的教學條件下如何提高實驗的開出率一直是一個重點也是一個難點。

實例1：建立電路。

在Multisim9的工作界面中建立電路，如圖1所示。

（1）仿真和實驗結果在Multisim9的工作界面中，建立電路之后，仿真并閉合開關，會看到如圖1所示現象，即燈L₁亮，燈L₂幾乎不亮。在Multisim9界面中，仿真效果明顯，燈L₁呈黃色。

（2）結果分析為什么會出現如圖1中的現象呢？

我們用課本中的相關知識來分析：由公式P=U₂R推出R=U₂P，則燈泡L₁的電阻為R₁=U_額2P=12210ψ=14.4ψ，燈泡L₂的電阻為R₂=U_額2P=12225ψ=5.76ψ，串聯電路中的總電流為I=ER₁+R₂=1214.4+5.76A≈0.60A。在串聯電路電路中，通過燈L₁、L₂的電流相等，則兩者的功率分別為P₁=I₂R₁=0.602×14.4W≈5.18W，P=L₂R₂=0.602×5.76W≈2.07W。通過上面的計算可得，燈L₁比燈L₂的實際功率大，因此較亮。

（3）拓展在實例1中，當電源電壓為24V時，仿真結果如圖2所示，燈L₁過亮，很可能被燒毀。此時的電流I=ER₁+R₂=2414.4+5.76A≈1.19A，則P₁=I₂，R₁=1.192×14.4W≈20.39W，P₂=I₂，R₂=1.192×5.76W≈8.16W。由計算可知，燈L₁的實際功率已遠遠超過其額定值，燈絲可能被燒毀。在Multisim9界面中，燈L₁的亮度明顯高于燈L₂，呈深黃色。

實例2;分析自感現象中，開關閉合、斷開瞬間的現象。

（1）分析自感現象1根據電路在Multisim9中建立如圖3所示電路，并用虛擬示波器XSC1測量燈泡L₂兩端電壓變化.閉合開關，可在示波器中觀察到燈泡L₂兩端的電壓變化，如圖4所示，從而得出開關閉合時的現象：燈泡L₂逐漸變亮。

（2）分析自感現象根據電路在Multisim9中建立如圖5所示電路，其中R₂作為電源內阻，并用虛擬示波器XSC1測量燈泡L₂兩端電壓變化。

開關閉合和斷開過程，可在示波器中觀察到燈泡L₂兩端的電壓變化，如圖6所示，從而得出開關閉合時的現象：燈泡L₂先亮然后逐漸變暗，最后保持一定的亮度.開關斷開時的現象：燈泡瞬間變亮然后熄滅，并且可觀察到斷開后燈泡L₂電壓反向，也就是電流反向流過燈泡根據電路在中建立電路其中作為電源內阻，并用虛擬示波器測量燈泡兩端電壓變化。開關閉合和斷開過程，可在示波器中觀察到燈泡兩端的電壓變化圖，從而得出開關閉合時的現象燈泡先亮然后逐漸變暗，最后保持一定的亮度。開關斷開時的現象：燈泡瞬間變亮然后熄滅，并且可觀察到斷開后燈泡電壓反向，也就是電流反向流過燈泡。

2.結語

利用Multisim9進行仿真實驗，可以彌補在教學過程中某些實驗無法演示的遺憾，同時也可以作為學生課外實驗探究的一個手段，培養學生的電路建立和調試的能力，有效促進學生動手能力的提高掌握研究物理問題的這一基本方法，同時豐富自己的想象力，培養創造性思維能力。multisim9電路仿真在高中物理電學教學中發揮了極大的作用。

參考文獻：

[1]梁振華.multisim9電路仿真在高中物理電學實驗中的應用[J].物理教學探討，2011，29（08）：53-55+57.