高中物理电学实验设备与电路的选择 摘要：电学实验是高中实验教学的重点内容，而电学实验设计是高中生必须掌握的一项基本实验操作技能，因此电学设计实验成为历年高考的热点问题之一。由于高中电学实验原理丰富，涉及设备种类繁多，每种设备的范围不同，因此电学实验设计的难点在于电路与设备的选择。电学实验设备与电路的选择主要针对电源、仪表、变阻器等的选择，总的原则是安全、适用、方便、准确。 关键词：电学实验；设备；电路；选择 中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章号：1003-6148(2010)8(S)-0008-3 高中物理电学实验是近年来重庆市高考的必考题型。 考试形式是开放的，内容以课本上的电学实验基础为主，但并不局限于书本知识，需要学生深刻理解基础知识，并运用到新的实践中。本文就设备和电路的选择，谈几点笔者的感悟。1.1电源的选择，一般根据实验要求来定，如“火花定时器”直接用220V交流电源；“电磁打点定时器”要用4-6V低压交流电源；“电场中等势线的绘制”用6V直流电源；“电源电动势和内阻的测量”用的是旧干电池等。一般没有太大的变化，低压电源的选择一般控制在6-12V范围内。
1.2 电流表、电压表的选择选择电流表的原则是：使用时要保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压不超过使用范围；其次要考虑电压表、电流表的指针在使用时有较大的偏转（一般为满偏的2/3左右）。电流表、电压表的选择依据主要是：①根据电源的参数。例如在“测电源电动势和内阻”实验中高中物理电学满偏，我们选用的是旧干电池作为电源，因此我们选择量程为3V的电压表就足够了。②根据电路中的最大电流（或电压）。这往往需要我们学生根据题中已知的电参数进行计算，而电流表的量程只要比最大值稍大即可。③根据用电器的额定电流（或电压）。 例如在“绘制小灯泡伏安特性曲线”实验中，假如我们研究的小灯泡是“3V、2.5W”，那么我们就可以据此选择电流表的量程。1.3滑动变阻器的选择滑动变阻器是电工实验中必不可少的仪器，它主要起着阻值调节电压、电流的作用。滑动变阻器选择的原则：考虑被测对象所需的电流或电压变化范围，要方便、省电。注意流过滑动变阻器的电流不要超过它的额定值。对于大阻值的变阻器，如果滑动头稍有移动，电流、电压变化就很大，就不宜使用，应选择阻值小的变阻器。 例1 在图1所示电路中，电源E=5V，R为阻值0~10000Ω、额定电流1A的滑动变阻器，电压表的量程为0~6V，电流表的量程为0~0.6A，Rx为阻值约为10Ω的电阻器。
本次实验中滑动变阻器的选择存在问题，会造成滑动变阻器开始滑动一点点时，电流表的变化就很大；而后面滑动很长一段距离时电流表读数就几乎不会变化了。2 基本原则2.1 安全原则是指在实验过程中，不会因设备或器件选择不当而发生仪器损坏等不良后果。在电工实验中，主要表现在电流表、电压表的使用中，正负极不能接反；每只表的读数不能超过它的量程，电阻元件的电流不能超过它的最大允许电流等； 电源的最大输出电流不超过它的额定电流等。 例2 为测量一段金属丝的电阻（电阻为10Ω左右），主要备选仪器如下： A.电动势为6V的直流电源 B.量程为0～600mA、内阻为2Ω的电流表 C.量程为0～100mA、内阻为15Ω的电流表 D.量程为0～3V、内阻为3kΩ的电压表 E.量程为0～15V、内阻为15kΩ的电压表 F.阻值0～10Ω、额定电流为1.0A的滑动变阻器 ①应选用电流表。 ②应选用电压表。（用代号表示） 解答 首先必须估计电路中可能出现的最大电流值和电路两端的最大电压值。 当接入电路的滑动变阻器阻值为零时，电路中的电流最大，根据闭合电路欧姆定律可得：Imax??≈ε/R=0.6A。
因此应选用电流表B。同样，当电路中电流达最大时，电阻两端的电压也最大，其值可能达6V，所以应选用电压表E。2.2适用性原则所谓适用性原则，是指所选用的仪器必须适用、可行，能保证实验正常顺利进行，实验的测量范围应符合实验要求。例3 改装的电流表A1，需用标准电流表A2来校验。采用图3所示电路，其中ε为直流电源(三节蓄电池串联)，R0为定值电阻，R为可变电阻，S为电键。 实验中所需设备、仪器的规格如下： A.固定电阻器（阻值8Ω，额定电流2A） B.固定电阻器（阻值15Ω，额定电流2A） C.滑动变阻器（阻值范围0～20Ω，额定电流2A） D.滑动变阻器（阻值范围0～200Ω，额定电流2A） 已知两种电表的刻度均分为6大格，每条刻度线都要求从0.1A开始逐一检查，为此应在备用电阻器中选择R0，选用R（用字母代号填写）。固定阻值电阻器R0在电路中称为限流电阻器，它的作用是限制电路中的最大电流，不至于过多超出电流表的量程，从而保护电流表。 滑动变阻器R是一个调整电阻器，它的作用是调整电路中的电流强度，从而达到对电路中电流强度的控制作用。
从题中的要求看，电流应在0.1～0.6A范围内高中物理电学满偏，I=U/R，即电阻的最小值小于10Ω，最大值应大于60Ω，即R0应为A，R应为D。 2.3 方便原则 所谓方便原则，就是在保证实验能顺利进行（安全性、适用性符合要求）的前提下，如何恰当地选择设备或实验器材，使实验便于操作。这一原则在电工实验中也十分突出，主要表现在滑动变阻器、分压电路和限流电路的选择上。滑动变阻器在电路中的连接方式有分压连接和限流连接两种。当滑动变阻器作为限流器使用时，其连接方式如图4所示，将滑动变阻器串联在电路中，可以控制或调节电路中的电流。 本电路中待测电阻Rx两端电压的调节范围为[E#8226;Rx/(Rx+R)]~E。滑动变阻器作为分压器使用时，其接法如图5所示，它将滑动变阻器输出的电压分出一部分加到待测电阻上。它的优点是当其滑块从a端滑动到b端时，待测电阻Rx两端电压可从零连续变化到所需电压（限流型则做不到这一点），电压调节范围为0~E，比作为限流器使用时要大。变阻器接法的选择可根据以下情况确定： （1）分压器电路一般在以下几种情况下选用： ①要求待测电阻两端电压变化范围大，比如有些实验要求画UI图，或者要求电压从零开始连续可调。
②若采用限流法连接电路，则电路中的最小电流仍大于被测电阻器的额定电流或电路中电流的额定值。③滑动变阻器的阻值R为Rx，为使电流变化明显，还需采用分压电路。（2）若滑动变阻器的阻值是RRx，两种电路均符合要求，则选用限流法，它具有省电、电源负担轻、电路连接简单等优点，优于限流法。（3）限流法适用于测量阻值较小的电阻器（与滑动变阻器总阻值相差不大或小于滑动变阻器总阻值），分压法适用于测量阻值较大的电阻器（一般大于滑动变阻器总阻值）。2.4准确度原则所谓准确度原则，就是要求实验误差小，精度高英语作文，这一原则是物理实验的普遍原则之一。 减少实验误差的方法有很多，这里只介绍如何选择实验设备和实验装置，以尽量减少实验误差，主要是电压表内部连接方式和外部连接方式的选择。