高中物理電學中電路與器材的選擇策略探析

汪緒樂

摘要：隨著新課改的實施，培養學生綜合素質，成為教學工作者理應達成的目標。物理作為一門系統性的邏輯學科，在教學過程中，教學工作者需要結合學生特點，轉變教學思路，有效進行物理課程的規劃設計。電學是物理學科中重要的構成部分，需要教學工作者在實踐中加以利用。本文以高中物理人教版電學課程內容為例，分析高中物理電學中電路與器材的選擇原則，進而闡述基本的策略。

關鍵詞：高中物理;電學;電路;器材;選擇策略

引言

電學是物理課程知識點的主要構成部分，是系統性的學習單元。由于內容相對枯燥，而且知識點繁多，如果按照傳統的教學方法，學生無法真正理解和消化。教學工作者應該激發學生的學習興趣，盡可能地將抽象的知識點轉變為直觀的教學內容，以案例研究的方法，讓學生深化記憶。電路與器材的選擇是摸索電學知識必不可少的環節，教學工作者應該在安全原則下，有效地引導學生熟悉電路與操作各種電器，進而更快地掌握電學知識。

一、電路與器材選擇的基本原則

1.安全原則

電學實驗可以多種多樣，以不同的形式呈現，例如教師示范學生參觀，或者是分組實驗，抑或是單人實驗等。但是無論何種電學實驗，都離不開帶有危險性的電路器材，這些器材五花八門，適應了課程知識的需求。但因為課程知識點分散，需要在教學實驗的實踐過程中融入。需要注意的是，這時候學生依然不具備獨立實驗的能力，由于未曾將知識點統一摸索清楚，因此在使用電器方面，也容易手足無措。以高二人教版物理選修31為例，在第三單元磁場的學習中，包括電流和磁場。這一章節蘊含大量的知識點，需要學生能夠掌握電流磁場的形成以及發散原理。因此，首先要做的是通過實驗，讓學生將電線與直流板串聯，緊接著通過吸鐵石感應磁場。但是有的學生容易在串接的過程中將正負兩極接反，造成電路燒毀。除此之外，其他一些實驗失誤，如電流表燒毀、電表讀數與量程嚴重不符等，不僅會造成實驗效率不高，最重要的是還會引發大量的安全事故，造成人員傷亡。因此在進行相關電路實驗和器材選擇的過程中，教學工作者需要有機地進行引導，對學生各自的實驗過程格外關注，尤其是在初期階段，需要具備一定的安全意識。

2.準確原則

有些教師往往在帶領學生做實驗的過程中，為了注重實驗的節奏，就沒有對具體的實驗步驟做出進一步優化，也沒有對實驗結果進行精準分析。而這就等于是將原有傳統的課堂照搬到實驗中，做了無用功。確保所選擇的電路器材能夠完成實驗，并且準確無誤，這是極為重要的。以高二人教版物理選修32為例，在第四單元電磁感應中，有交變電流一章節的知識，區分交流電與直流電的區別，需要將兩種不同的器材進行對接，測算電流度數的不同。但是相關教師選擇的電流表嚴重超出范圍，導致兩種電路都不能達成想要的效果，因此產生實驗誤差。教學工作者需要根據電學實驗提供的已知條件，估算具體的電壓和電流等相關有效數據，然后匹配合適的電路與實驗器材;相反，若在實驗以后再進行選擇，就會耽誤實驗時間。

3.適用原則與方便原則

除此以外，盡管電路和器材能夠匹配完成實驗，但依然要遵循最優原則。有些電路與器材組合進行實驗以后需要花大量時間拆裝以及布置，不僅線路復雜、安全性不高，還會影響學生的實驗心情。因此盡可能地以方便原則為前提，在實驗前期，就對不同的幾種電路器材反復對比，將其按復雜程度劃分等級，盡可能地簡化實驗線路。通過這種方式，能夠迅速引導學生進入實驗狀態，使其更快地理解物理電學知識。

二、器材的選擇策略

1.電源的選擇

電學實驗，必不可少的就是電源。只有接通了電源，才能開始探測信號，有了電力信號，才能傳播電流以及電力磁場。以高二物理選修31為例，第二章節為恒定電流，需要安排兩個級數不等的電阻，并且準備相應的電流變壓器，從而形成逆向的電流差，在不同的電阻摩擦下，形成相應的壓強。但是電源的選擇與實際的實驗要求有關，不能隨便安排。一般來說，如果電線線路過多，電源產生的電流電壓就過快，頻率較高。如果線路較少，則可以選擇電壓較低的交流電源。打點計時器是計算電源至每一部分電流停滯的時間，需要以低壓交流電源為準，這樣產生的電流不會造成整體線路的損壞。另外，電流出現火花，如果承受力較大，有可能產生爆炸。因此，電火花計時器的交流電源最多為50 Hz。干電池一般被用于測量內電阻和電動勢的實驗之中，在這一實驗過程中，需要描述等勢線，6 V的直流電源作為工作砝碼最為便捷。

2.電壓表和電流表的選擇

接通電源以后，這只是實驗的開始。其他必不可少的實驗器材中，電流與電壓是繞不開的話題。電壓與電流貫穿整個電學，因此，電壓表與電流表是常見的實驗器材。電流表與電壓表也需要按照實驗等標準來定。如果是簡單的判斷電流與電壓的傳導過程，則可以減少電源參數與最大電流值等元素，額定電壓也可以適當減少;而如果需要發現電壓與電流在干擾狀態下的反應過程，則應該增加線路，就需要提高電源參數等數值。因此，教學工作者需要根據不同的實驗目標，確定不同數值的電流表與電壓表，進而選擇正確的電壓表與電流表。

三、電路的選擇策略

1.供電電路的設計思路

（1）限流接法的供電電路選擇

在限流接法的供電電路a，b兩個輸出端接上負載電阻Rx后，負載電阻兩端電壓的可調節范圍為ERxR+Rx-E，電壓無法從零開始調節。但是，限流接法的供電電路操作便捷、結構簡單、耗電量小，通常優先考慮這種電路。此外，根據限流接法的特點，負載電阻的阻值一般較小，調節電路時，要先將滑動變阻器的滑片置于最大阻值處，再逐步調節滑片，使其達到合適的狀態。

（2）分壓接法的供電電路選擇

分壓接法的供電電路中，負載電阻兩端電壓的可調節范圍為0～E，也就是說，負載電阻兩端的電壓可以從零開始調節。例如，在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中，要求小燈泡的電壓從零開始，并且有足夠大的電壓調節范圍，就只能選擇分壓接法。當實驗中提供的滑動變阻器阻值較小，遠遠小于負載電阻時，選擇限流接法無法調節電壓與電流，也必須采用分壓接法。

2.測量電路的設計思路

由歐姆定律可以知道電阻的阻值，因此，通過測量待測電阻兩端的電壓U以及流過待測電阻的電流I，就可以計算得到待測電阻的阻值R。但是，我們在測量電流時，需要將電流表串聯在電路中。當我們將電流表串聯在電壓表的測量范圍之內，稱之為“內接法”;當我們將電流表串聯在電壓表的測量范圍之外，稱之為“外接法”。

四、結語

綜上所述，在現代教育背景下，教學工作者教育學生應該脫離傳統的教學思維，轉向以人為本的科學化教育策略。物理邏輯性較強，需要借助于實驗逐一將知識點分解。在電學學習中，更應針對復雜深奧的知識內容，設計具體的實驗流程。器材以及電路，是實驗的重要構成部分，是使實驗效果具有有效性的根本保障，需要對此做出相應的探索性。

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責任編輯：丁?蔚