电学实验设计初探

《电学实验设计初探》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、电学实验设计初探浙江省义乌中学（322000）傅可钦【摘要】物理是实验性科学，实验教学有助于培养学生的科学态度和创新精神。近年来，高考实验试题向着全面考查学生实验能力，注重实验方法的应用，根据实验原理自行设计实验的方向发展。因此，在注重能力考查的发展趋势下，更应重视设计性实验的研究，其中电学设计性实验应用性强，考查范围广，试题灵活，在历年高考中出现的频率最高。本文以电阻测量这一重要课题为载体，总结实验设计的基本方法，剖析应用实例，阐明解题基本思路。【关键词】电学实验设计　　选材　　选路物理实验是中学物理教学的重要内容，也是高考试题的重要组成部分，近年来高考，明

2、显体现了实验设计的思想，估计此类试题的比重将有增加趋势。实验设计是对学生实验知识和实验能力的综合考查，有利于激励学生发散思维，开发学生智力；能有效地考查学生实验方面的综合能力，其中电学实验设计综合性强，特别是伏安表测电阻，内容涉及测量电路的选择（即安培表的内、外接法），控制电路的选择（即滑动变阻器的限流、分压式接法），电表读数及量程的选择等等，几乎遍及电学实验全部内容。实验设计制约因素较多，头绪繁杂，而一般学生只是掌握了部分与实验设计相关的知识片段，缺少全面整体的设计理念，没有形成解决问题的思维程序和方法，针对具体问题，往往思维混乱，从而导致得分率低。本文将紧

3、紧围绕“电阻的测量”，采用以题论理的方式，着重分析选材、选路、连线三类问题，探求有效的选择方法，总结简明的设计思路，以帮助学生快速、正确地完成实验设计。一、以点带面，把握电学实验设计的基本原则［例1］有一个电阻Rx，其阻值大约在之间，现要进一步测量其电阻，手边现有器材如下：器材(代号)规格A．电源EB．电压表C．电流表D．滑动变阻器R1E．滑动变阻器R2F．电键K和导线若干电动势12V，内阻为0．50－3－15V，内阻约为10k0－0．6－3A，内阻约为1阻值0－10，额定电流2A阻值0－1700，额定电流0．3A请利用以上器材，设计出能更精确测定RX阻值的实

4、验方案。6（一）选材问题：必选器材：待测电阻RX、电源E、电压表、电流表、电键K和导线若干待选项目：滑动变阻器、电表的量程如何进一步确定呢？一般来说，选择实验器材有三条原则：1．安全性原则：通过电源、电表、用电器的电流不能超过允许的最大值；电表、用电器两端电压不能超过其量程或额定电压。显然，电压表量程应选：0~15V。电流表：估算电路中可能出现的最大电流：。可见，电流表两量程均符合安全性原则，又该如何选取？2．精确性原则：在安全性得到保证的前提下，量程越小，精度越高。因为：（1）同样大小的电流、电压变化，小量程电表指针偏转较大，读数较准确；（2）不同电表有不同

5、的精度等级，而同一电表等级虽然确定，但不同量程误差范围不同。如2.5级电表，其表示的误差范围为：量程×2.5%，可见，量程越小，误差也越小。综上所述，电流表量程就选：0~0.6A。3．方便性原则：两只滑动变阻器均符合安全性原则，也不存在读数的精确性问题，又该如何选择呢？变阻器是电路状态的控制元件，它的选择以便于操作，利于多组数据测量以及读数的方便性为标准。R2阻值较大，串联在电路中，调控能力较强，但操作的方便性不足；而R1阻值虽小，利用分压式接法，既能满足实验要求，又便于调节。（二）选路问题：电路设计中，电流表和滑动变阻器的连接都存在不同方案，以下进行分析比较

6、：1．测量电路的选择：伏安法内、外接法对照表接法外接法内接法电路误差原因I偏大（电压表分流造成）U偏大（电流表分压造成）测量结果R测偏小（实质：R测=）R测偏大(实质：R测=RX+RA)应用条件RX<>RA根据上表分析，对照内、外接法的应用条件，不难确定本实验应采用外接法。2．控制电路的选择：6滑动变阻器限流式与分压式对照表接法限流式分压式电路调压范围0≤Ux≤E选择依据R变较RX大R变较RX小根据上表，可以确定控制电路应选择分压式，这样，实验电路图已是水到渠成，跃然纸上。如右图：（三）连线问题在实物连线中，应特别注意“按图连线”，并注意连线中的三

7、个原则：1．连线顺序：“先串后并”原则；2．电键状态：“先断后通”原则；2．电流调节：“先小后大”原则。另外，提醒学生在连线中注意电表的量程，接线柱的极性，避免“丁字线”的错误接法；连线结束后，应先对照检查，确认无误后，方可进行数据测量。二、投石问题，探究电学实验设计的基本方法［例2］现有如下器材：器材（代号）规格A．电压表B．电流表A1C．电流表A2D．电流表A3E．滑动变阻器RF．电源EG．电键K及导线若干0～3V，RV：20～50k0～2000～5mA0～0.6A0～10004V试选择器材，设计电路，测出Rv。[解析]本题选材关键是电流表的选择，应根据

8、电路中的可能最大电流确定：6由精确性原