電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)初探

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1、電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)初探浙江省義烏中學(xué)（322000）傅可欽【摘要】物理是實(shí)驗(yàn)性科學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新精神。近年來，高考實(shí)驗(yàn)試題向著全面考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，注重?shí)驗(yàn)方法的應(yīng)用，根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方向發(fā)展。因此，在注重能力考查的發(fā)展趨勢(shì)下，更應(yīng)重視設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的研究，其中電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)應(yīng)用性強(qiáng)，考查范圍廣，試題靈活，在歷年高考中出現(xiàn)的頻率最高。本文以電阻測(cè)量這一重要課題為載體，總結(jié)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本方法，剖析應(yīng)用實(shí)例，闡明解題基本思路?！娟P(guān)鍵詞】電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)　　選材　　選路物理實(shí)驗(yàn)是中學(xué)物理教學(xué)的重要內(nèi)容，也是高考試題的重要組成部分，近年來高考，明

2、顯體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思想，估計(jì)此類試題的比重將有增加趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ木C合考查，有利于激勵(lì)學(xué)生發(fā)散思維，開發(fā)學(xué)生智力；能有效地考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)方面的綜合能力，其中電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)綜合性強(qiáng)，特別是伏安表測(cè)電阻，內(nèi)容涉及測(cè)量電路的選擇（即安培表的內(nèi)、外接法），控制電路的選擇（即滑動(dòng)變阻器的限流、分壓式接法），電表讀數(shù)及量程的選擇等等，幾乎遍及電學(xué)實(shí)驗(yàn)全部?jī)?nèi)容。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)制約因素較多，頭緒繁雜，而一般學(xué)生只是掌握了部分與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相關(guān)的知識(shí)片段，缺少全面整體的設(shè)計(jì)理念，沒有形成解決問題的思維程序和方法，針對(duì)具體問題，往往思維混亂，從而導(dǎo)致得分率低。本文將緊

3、緊圍繞“電阻的測(cè)量”，采用以題論理的方式，著重分析選材、選路、連線三類問題，探求有效的選擇方法，總結(jié)簡(jiǎn)明的設(shè)計(jì)思路，以幫助學(xué)生快速、正確地完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。一、以點(diǎn)帶面，把握電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則［例1］有一個(gè)電阻Rx，其阻值大約在之間，現(xiàn)要進(jìn)一步測(cè)量其電阻，手邊現(xiàn)有器材如下：器材(代號(hào))規(guī)格A．電源EB．電壓表C．電流表D．滑動(dòng)變阻器R1E．滑動(dòng)變阻器R2F．電鍵K和導(dǎo)線若干電動(dòng)勢(shì)12V，內(nèi)阻為0．50－3－15V，內(nèi)阻約為10k0－0．6－3A，內(nèi)阻約為1阻值0－10，額定電流2A阻值0－1700，額定電流0．3A請(qǐng)利用以上器材，設(shè)計(jì)出能更精確測(cè)定RX阻值的實(shí)

4、驗(yàn)方案。6（一）選材問題：必選器材：待測(cè)電阻RX、電源E、電壓表、電流表、電鍵K和導(dǎo)線若干待選項(xiàng)目：滑動(dòng)變阻器、電表的量程如何進(jìn)一步確定呢？一般來說，選擇實(shí)驗(yàn)器材有三條原則：1．安全性原則：通過電源、電表、用電器的電流不能超過允許的最大值；電表、用電器兩端電壓不能超過其量程或額定電壓。顯然，電壓表量程應(yīng)選：0~15V。電流表：估算電路中可能出現(xiàn)的最大電流：?？梢?，電流表兩量程均符合安全性原則，又該如何選??？2．精確性原則：在安全性得到保證的前提下，量程越小，精度越高。因?yàn)椋海?）同樣大小的電流、電壓變化，小量程電表指針偏轉(zhuǎn)較大，讀數(shù)較準(zhǔn)確；（2）不同電表有不同

5、的精度等級(jí)，而同一電表等級(jí)雖然確定，但不同量程誤差范圍不同。如2.5級(jí)電表，其表示的誤差范圍為：量程×2.5%，可見，量程越小，誤差也越小。綜上所述，電流表量程就選：0~0.6A。3．方便性原則：兩只滑動(dòng)變阻器均符合安全性原則，也不存在讀數(shù)的精確性問題，又該如何選擇呢？變阻器是電路狀態(tài)的控制元件，它的選擇以便于操作，利于多組數(shù)據(jù)測(cè)量以及讀數(shù)的方便性為標(biāo)準(zhǔn)。R2阻值較大，串聯(lián)在電路中，調(diào)控能力較強(qiáng)，但操作的方便性不足；而R1阻值雖小，利用分壓式接法，既能滿足實(shí)驗(yàn)要求，又便于調(diào)節(jié)。（二）選路問題：電路設(shè)計(jì)中，電流表和滑動(dòng)變阻器的連接都存在不同方案，以下進(jìn)行分析比較

6、：1．測(cè)量電路的選擇：伏安法內(nèi)、外接法對(duì)照表接法外接法內(nèi)接法電路誤差原因I偏大（電壓表分流造成）U偏大（電流表分壓造成）測(cè)量結(jié)果R測(cè)偏?。▽?shí)質(zhì)：R測(cè)=）R測(cè)偏大(實(shí)質(zhì)：R測(cè)=RX+RA)應(yīng)用條件RX<>RA根據(jù)上表分析，對(duì)照內(nèi)、外接法的應(yīng)用條件，不難確定本實(shí)驗(yàn)應(yīng)采用外接法。2．控制電路的選擇：6滑動(dòng)變阻器限流式與分壓式對(duì)照表接法限流式分壓式電路調(diào)壓范圍0≤Ux≤E選擇依據(jù)R變較RX大R變較RX小根據(jù)上表，可以確定控制電路應(yīng)選擇分壓式，這樣，實(shí)驗(yàn)電路圖已是水到渠成，躍然紙上。如右圖：（三）連線問題在實(shí)物連線中，應(yīng)特別注意“按圖連線”，并注意連線中的三

7、個(gè)原則：1．連線順序：“先串后并”原則；2．電鍵狀態(tài)：“先斷后通”原則；2．電流調(diào)節(jié)：“先小后大”原則。另外，提醒學(xué)生在連線中注意電表的量程，接線柱的極性，避免“丁字線”的錯(cuò)誤接法；連線結(jié)束后，應(yīng)先對(duì)照檢查，確認(rèn)無誤后，方可進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量。二、投石問題，探究電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本方法［例2］現(xiàn)有如下器材：器材（代號(hào)）規(guī)格A．電壓表B．電流表A1C．電流表A2D．電流表A3E．滑動(dòng)變阻器RF．電源EG．電鍵K及導(dǎo)線若干0～3V，RV：20～50k0～2000～5mA0～0.6A0～10004V試選擇器材，設(shè)計(jì)電路，測(cè)出Rv。[解析]本題選材關(guān)鍵是電流表的選擇，應(yīng)根據(jù)

8、電路中的可能最大電流確定：6由精確性原