高中物理电学中电路与器材的选择策略探析

    汪绪乐

    摘要：随着新课改的实施，培养学生综合素质，成为教学工作者理应达成的目标。物理作为一门系统性的逻辑学科，在教学过程中，教学工作者需要結合学生特点，转变教学思路，有效进行物理课程的规划设计。电学是物理学科中重要的构成部分，需要教学工作者在实践中加以利用。本文以高中物理人教版电学课程内容为例，分析高中物理电学中电路与器材的选择原则，进而阐述基本的策略。

    关键词：高中物理;电学;电路;器材;选择策略

    引言

    电学是物理课程知识点的主要构成部分，是系统性的学习单元。由于内容相对枯燥，而且知识点繁多，如果按照传统的教学方法，学生无法真正理解和消化。教学工作者应该激发学生的学习兴趣，尽可能地将抽象的知识点转变为直观的教学内容，以案例研究的方法，让学生深化记忆。电路与器材的选择是摸索电学知识必不可少的环节，教学工作者应该在安全原则下，有效地引导学生熟悉电路与操作各种电器，进而更快地掌握电学知识。

    一、电路与器材选择的基本原则

    1.安全原则

    电学实验可以多种多样，以不同的形式呈现，例如教师示范学生参观，或者是分组实验，抑或是单人实验等。但是无论何种电学实验，都离不开带有危险性的电路器材，这些器材五花八门，适应了课程知识的需求。但因为课程知识点分散，需要在教学实验的实践过程中融入。需要注意的是，这时候学生依然不具备独立实验的能力，由于未曾将知识点统一摸索清楚，因此在使用电器方面，也容易手足无措。以高二人教版物理选修31为例，在第三单元磁场的学习中，包括电流和磁场。这一章节蕴含大量的知识点，需要学生能够掌握电流磁场的形成以及发散原理。因此，首先要做的是通过实验，让学生将电线与直流板串联，紧接着通过吸铁石感应磁场。但是有的学生容易在串接的过程中将正负两极接反，造成电路烧毁。除此之外，其他一些实验失误，如电流表烧毁、电表读数与量程严重不符等，不仅会造成实验效率不高，最重要的是还会引发大量的安全事故，造成人员伤亡。因此在进行相关电路实验和器材选择的过程中，教学工作者需要有机地进行引导，对学生各自的实验过程格外关注，尤其是在初期阶段，需要具备一定的安全意识。

    2.准确原则

    有些教师往往在带领学生做实验的过程中，为了注重实验的节奏，就没有对具体的实验步骤做出进一步优化，也没有对实验结果进行精准分析。而这就等于是将原有传统的课堂照搬到实验中，做了无用功。确保所选择的电路器材能够完成实验，并且准确无误，这是极为重要的。以高二人教版物理选修32为例，在第四单元电磁感应中，有交变电流一章节的知识，区分交流电与直流电的区别，需要将两种不同的器材进行对接，测算电流度数的不同。但是相关教师选择的电流表严重超出范围，导致两种电路都不能达成想要的效果，因此产生实验误差。教学工作者需要根据电学实验提供的已知条件，估算具体的电压和电流等相关有效数据，然后匹配合适的电路与实验器材;相反，若在实验以后再进行选择，就会耽误实验时间。

    3.适用原则与方便原则

    除此以外，尽管电路和器材能够匹配完成实验，但依然要遵循最优原则。有些电路与器材组合进行实验以后需要花大量时间拆装以及布置，不仅线路复杂、安全性不高，还会影响学生的实验心情。因此尽可能地以方便原则为前提，在实验前期，就对不同的几种电路器材反复对比，将其按复杂程度划分等级，尽可能地简化实验线路。通过这种方式，能够迅速引导学生进入实验状态，使其更快地理解物理电学知识。

    二、器材的选择策略

    1.电源的选择

    电学实验，必不可少的就是电源。只有接通了电源，才能开始探测信号，有了电力信号，才能传播电流以及电力磁场。以高二物理选修31为例，第二章节为恒定电流，需要安排两个级数不等的电阻，并且准备相应的电流变压器，从而形成逆向的电流差，在不同的电阻摩擦下，形成相应的压强。但是电源的选择与实际的实验要求有关，不能随便安排。一般来说，如果电线线路过多，电源产生的电流电压就过快，频率较高。如果线路较少，则可以选择电压较低的交流电源。打点计时器是计算电源至每一部分电流停滞的时间，需要以低压交流电源为准，这样产生的电流不会造成整体线路的损坏。另外，电流出现火花，如果承受力较大，有可能产生爆炸。因此，电火花计时器的交流电源最多为50 Hz。干电池一般被用于测量内电阻和电动势的实验之中，在这一实验过程中，需要描述等势线，6 V的直流电源作为工作砝码最为便捷。

    2.电压表和电流表的选择

    接通电源以后，这只是实验的开始。其他必不可少的实验器材中，电流与电压是绕不开的话题。电压与电流贯穿整个电学，因此，电压表与电流表是常见的实验器材。电流表与电压表也需要按照实验等标准来定。如果是简单的判断电流与电压的传导过程，则可以减少电源参数与最大电流值等元素，额定电压也可以适当减少;而如果需要发现电压与电流在干扰状态下的反应过程，则应该增加线路，就需要提高电源参数等数值。因此，教学工作者需要根据不同的实验目标，确定不同数值的电流表与电压表，进而选择正确的电压表与电流表。

    三、电路的选择策略

    1.供电电路的设计思路

    （1）限流接法的供电电路选择

    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ERxR+Rx-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。

    （2）分压接法的供电电路选择

    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，选择限流接法无法调节电压与电流，也必须采用分压接法。

    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”。

    四、结语

    综上所述，在现代教育背景下，教学工作者教育学生应该脱离传统的教学思维，转向以人为本的科学化教育策略。物理逻辑性较强，需要借助于实验逐一将知识点分解。在电学学习中，更应针对复杂深奥的知识内容，设计具体的实验流程。器材以及电路，是实验的重要构成部分，是使实验效果具有有效性的根本保障，需要对此做出相应的探索性。

    参考文献：

    [1]肖潇雨. 高中生电学概念学习的心智模型研究[D].华中师范大学，2019.

    [2]刘睿.关于高中物理电学的学习技巧[J].科技风，2019（05）：43.

    [3]杨葆乐.高中物理常见电学问题的几点探究[J].科技风，2019（05）：252.

    [4]游桂章.高中生谈高中物理电学实验难点的应对策略初探[J].科技风，2018（33）：26.

    责任编辑：丁?蔚