徐勇
四川省眉山车城中学 620000
高中物理电学实验通常都会从以下几个方面来考查学生:
一、考查仪器、仪表的选取
仪器、仪表选取,主要是指电流表、电压表、滑动变阻器及电源的选取。实验通常会给出多个待选的电流表、电压表或者滑动变阻器,让学生根据实验目的、要求和设计进行选取。
1电压表的选择
根据题目给定的电源电动势及待测元器件的额定电压来选取。能保证在电表量程内,且能完成测量的基础上,选择量程较小的,因为量程小测量的精度才高,误差才小。
2电流表的选择
根据题目给定的电源电动势及整个电路中的总电阻,估算出整电路的总电流。在保证电流表不被烧坏的前提下选择量程较小的。
3滑动变阻器的选择
根据滑动变阻器在电路中的作用,在能充分保护电路用电器的前提下要通过调节比较明显的改变电路中的电流和电压,达到多次测量的目的,滑动变阻器应选阻值相对较小的。
二、考查仪器仪表的测量与读书
在电学实验中往往还会涉及一些仪器仪表的测量和读数。常见的有电流表、电压表、游标卡尺、螺旋测微器、学生多用电表等,偶尔还会考查电阻箱、改装后电表表头的读书。读数的关键是理解各类仪器仪表的工作和测量原理,并掌握其读数方法。
三、考查电路的设计和实物图的连接。
每个电学实验都要根据实验的目的和要求设计好电路图,有时还会考查实物图的连接。而实物图的正确连接一定是建立在已经设计好电路图的基础之上的。所以一个电学实验能否达到实验目的完成实验要求,电路图的设计就显得尤为重要。首先应明确题目的要求,看清题目要求测定什么物理量,验证、探究什么物理规律,或要求设计达到何种标准的电路等。其设计原则是:安全、精确、节能、方便。
任何基本电路都是由测量电路和控制电路构成,控制电路由变阻器、开关、电源构成.具体是指滑动变阻器的连接是限流式还是分压式;测量电路由电表和被测元件构成,具体是指电流表才用内接法还是外接法。因此每个电路在设计的时候都要根据具体要求和实际,选择好控制电路和测量电路。
(一)控制电路的选择
无论是限流电路还是分压电路都各有各的优缺点。限流电路在能耗和电路连接方面优于分压电路,但是由于分压电路可以使电流电压从零开始调节,故在调节范围上分压电路优于限流电路。
基于安全、方便、节能、经济的角度,电路设计应遵循能限流决不分压的原则。但是有三种特殊情形只能选择分压电路。1若实验要求回路中某部分电路的电流或电压从零开始连续可调,即大范围内测量时,必须采用分压电路,(零起必分)如:测定导体的伏安特性曲线、校对改装后的电表等电路;2若采用限流电路,当滑动变阻器阻值调到最大时,电路中的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程,或者超过元件的额定电流,则必须采用分压电路,即烧表必分;3若电路中其他元件的阻值比滑动变阻器的最大阻值大很时,在限流电路中,滑片从一端滑到另一端时,待测的电流或电压变化范围不够大,无法进行多次测量和读数,电表的变化越平稳均匀,越便于观察和操作.此时,应改用分压电路。即滑小必分。
(二)测量电路的选择
由于我们实验实际使用的电表都不可能是绝对的理想电表,也就是说电流表内阻不可能为零,因此电流表在电路中仍有分压作用;同样,电压表的内阻也不可能是无穷大,因此电压表在电路中必然会有分流作用。所以,在使用电表进行测量时,不可避免的会因为电表内阻的分压分流作业而产生实验误差。因此,在实验设计时,如何减小由于电表内阻而产生的数据误差就显得非常重要。高中阶段主要考查的测量电路主要分为电流表内接和电流表外接两种。
1电流表内接是指电流表与被测电阻串联后再与电压表并联,即电压表实际测量的是被测电阻和电流表两者两端的电压。电流表测量的电流就是实际通过被测电阻的电流,这样,由电压表和电流表读数相除得到的电阻测量值就比被测电阻的真实值偏大。分析其原因,主要是电流表的分压作用。于是,要减少电流表分压作用带来的误差,待测电阻的阻值就应该远大于电流表内阻。所以,电流表内接法主要用来测大电阻。简单记做大内偏大。
2电流表外接是指电压表与被测电阻并联后在与电流表串联,此时电压表测量的电压就是被测电阻两端的电压,而电流表测量的电流是被测电阻和电压表并联的总电流。这样,由电压表和电流表读数相除得到的电阻测量值就比被测电阻的真实值偏小。分析其原因,主要是电压表的分流作用。于是,要减少电压表分流作用带来的误差,待测电阻的阻值就应该远小于电压表内阻。所以,电流表外接法主要用来测小电阻。简单记做小外偏小。
以伏安法测电阻为例,测量电路的选择方法:
①阻值比较法:先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较,若Rx较小,采用电流表外接法;若Rx较大,采用电流表内接法.
②临界值计算法:
当Rx2>RARV时,用电流表内接法;当Rx2<RARV时,用电流表外接法;当Rx2=RARV时,内外接法都可以。
在实验目的和要求下选择好控制电路和测量电路,最后完成电路图的设计,并根据题目要求在电路的的即上完成实物图的连接,一个电学设计实验就基本完成。而考试题目一般不会只仅仅考查电路的设计,通常还会考查对实验数据的处理、图像问题、误差的分析、实验的结论等,进而提出实验的改进和创新方案。