高中物理电学实验电路的实物连接专题训练

应傲华

[摘 要]电学实验是高中物理的重点也是必考点，本文结合高考考纲的要求以及高中物理的知识内容，在安全、准确、适用、方便的原则上，总结了电学实验器材的选择方法和电学供电电路、测量电路的选择方法。

[关键词]高中物理 电学实验 电路选择 器材选择

中图分类号：G63.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）29-0258-01

1.前言

物理是一门一实验为基础的科学。[1]作为高中物理实验教学的重点，电学实验设计是每个高中生必备的基本实验操作技能。此外，高中物理电学实验是近几年全国卷高考实验题的必考题，考试形式多样化，需要我们通过实验，将所学的理论知识运用到实验操作中，学会正确合理地选择实验电路与器材，在明确实验目的的基础上，选择合适的电源、电压表、电流表以及滑动变阻器。

2.电路与器材选择的基本原则

2.1 安全原则

在电学实验的过程中，安全原则是基本的原则之一，电路短路、接线柱接反、电流表烧毁、电压表烧毁、电表的读数超过量程等，这些都是常见的安全问题，一旦出现这些事故，不仅会造成器材的损坏，而且可能导致实验人员的伤亡。所以我们在参与实验的过程中，要注意安全。

2.2 准确原则

尽可能地保证电学实验数据和结果的精准，降低实验误差，这就是准确原则。一般来说，电学实验的准确原则包括实验电路选择的准确性和实验器材选择的准确性两个方面。因此，我们可以依据电学实验提供的已知条件，对电压、电流等数据进行估算，由估算结果选取适当的实验电路和实验器材。[2]

2.3 适用原则与方便原则

选择合适的电路和器材进行实验，避免出现读数超过量程等问题，这就是适用原则。方便原则指的是在安全原则、准确原則和适用原则的基础上，选择合理的实验电路和器材，尽量简化实验线路，促使电路实验进行得更加方便快捷。

3.器材的选择

3.1 电源的选择

在电学实验中，电源的选择要依据实验的要求而定。一般情况下，打点计时器采用低压交流电源，电火花计时器采用频率为50Hz的交流电源，测量内电阻或者电动势的实验一般采用干电池作为电源，描绘等势线的电学实验采用6V的直流电源。

3.2 电压表和电流表的选择

电压表和电流表是高中物理实验常见的关键器材，其选择直接影响到实验的效果，要根据电源参数、最大电流值、额定电压、额定电流等来选择合适的电压表和电流表。[3]第一，从电源参数入手。由电源参数，我们可以确定电压表或者电流表的大致量程范围。例如，在测量电源内阻时，如果实验选定2节干电池作为实验电源，那么电压表只需要选用一个0-3V的量程；第二，从最大电流值入手。依据实验电路、实验器材和电路的连接方式，初步确定该电路的最大电流值，据此可以选择量程大于最大电流值的电流表就可以满足工作需求；第三，从额定电压或者额定电流入手。当电学实验明确给出实验器材的额定电压、额定电流等额定参数时，可以依据这些额定值去选取合适的电压表、电流表。

4.电路的选择

4.1 供电电路的设计思路

为了改变流过待测电阻的电流，或者改变待测电阻两端的电压，通常将供电电源与滑动变阻器进行连接，有限流接法与分压接法两种连接方式，分别如图1、2所示。

（一）限流接法的供电电路选择

如图1所示，在限流接法的供电电路a、b两个输出端接上负载电阻RX后，负载电阻两端电压的可调节范围为-E，电压无法从零开始调节。但是，限流接法的供电电路操作便捷、结构简单、耗电量小，通常优先考虑这种电路。

此外，根据限流接法的特点，负载电阻的阻值一般较小，调节电路时，要先将滑动变阻器的滑片置于最大阻值处，再逐步调节滑片，使其达到合适的状态。

（二）分压接法的供电电路选择

从图2可知，分压接法的供电电路中，负载电阻两端电压的可调节范围为0-E，也就是说，负载电阻两端的电压可以从零开始调节。例如，在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，要求小灯泡的电压从零开始，并且有足够大的电压调节范围，就只能选择分压接法。

当实验中提供的滑动变阻器阻值较小，远远小于负载电阻时，此事选择限流接法无法调节电压与电流，也必须采用分压接法。

4.2 测量电路的设计思路

由欧姆定律可以知道，电阻的阻值，因此，通过测量待测电阻两端的电压U以及流过待测电阻的电流I，就可以计算得到待测电阻的阻值R。但是，我们在测量电流时，需要将电流表串联在电路中。当我们将电流表串联在电压表的测量范围之内，称之为“内接法”；当我们将电流表串联在电压表的测量范围之外，称之为“外接法”。[4]

（一）内接法的测量电路选择

如图3所示，待测电阻的阻值IX等于电流表的示数IA，即待测电阻的电流测量是准确的，不存在系统误差。然而电压表的示数UV等于待测电阻两端的电压UX加上电流表的分压值UA，因此，用内接法测量得到的待测电阻的测量值大小RX测=，大于待测电阻的实际阻值RX真=，也就是说，测量结果偏大。

由以上分析可知，当待测电阻两端的电压UX远远大于电流表的分压值UA，即待测电阻的阻值RX远远大于电流表的内阻RA时，可以忽略由于电流表分压而带来的系统误差。换句话说，内接法适合测量大电阻，测量结果大于真实值。

（二）外接法的测量电路选择

如图4所示，待测电阻两端的电压UX等于电压表的示数UV，即待测电阻的电压测量是准确的，不存在系统误差。但是，电流表的示数IA等于流过待测电阻的电流IX加上电压表的分流值IV，因此，用外接法测量得到的待测电阻的测量值大小RX测=，小于待测电阻的实际阻值RX真=，也就是说，测量结果偏小。

由以上分析可知，当流过待测电阻的电流IX远远大于电压表的分流值IV，即待测电阻的阻值RX远远小于电压表的内阻RV时，可以忽略由于电压表分流而带来的系统误差。换句话说，外接法适合测量小电阻，测量结果小于真实值。

5.结束语

在高中阶段，学习和解答电学实验的相关习题时，应该从安全、准确、适用和方便的基本原则出发，根据实验目的，选择需要的实验电路和实验器材，并结合所学的知识体系，依照实验流程开展实验。电学实验只有选取了合适的电路和器材，才能确保实验的安全性、高效性和科学性。

参考文献

[1] 王丕广.高考物理实验与高中物理教学[D].山东师范大学，2009.

[2] 吕少永.高中物理电学实验器材和电路的选择分析[J].中学课程资源，2015（10）：61-62.

[3] 徐君生.电学实验中器材、电路选择的一般原则[J].高中数理化，2014（02）83-87.

[4] 李峰.高中物理电学实验教学中系统误差分析的方法[J].高等函授学报（自然科学版），2011（03）：101-102.