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高二物理电学实验问题的研究

范文

白江伟

摘要：电路设计问题在电学实验中的难度比较大，分析电学问题中的典型案例，并对其中的的常见问题进行列举，帮助学习者更好的掌握实验原理，并更好的明确实验关键问题，从而在实验问题中做到胸有成竹，有的放矢。

关键词：闭合电路欧姆定律 ?部分电路欧姆定律分压式 ?限流式内接法外接法

一、部分电路欧姆定律在电路设计中的应用我们在初中已经对部分电路欧姆定律进行了学习，对单个的纯电阻进行处理是没有障碍的。

进入高中后，我们连续使用部分电路欧姆定律对小灯泡的伏安特性曲线、测量电阻丝的电阻率进行处理，充分发挥了部分电路欧姆定律的作用，下面我们对欧姆定律具体解决的两个问题电路进行设计，并列举出其中的需要注意的问题。

1、描绘小灯泡的伏安特性曲线

（1）电路设计：

在这个实验中，图线的坐标要从零开始变化，需要大量的数据，因此控制电路采用滑动变阻器的分压式接法。根据小外偏小，电流表采用外界法

（2）实验过程中常见的问题

a ?本实验中，实验用小灯泡电阻值是比较小的，为了减小实验误差，电流表采用外接法。

b ?闭合回路中的开关，拨动滑动变阻器的滑片，使小灯泡两端所加电压逐渐增大，电压表每增加相同的量，读取一次数据，得到一个电阻值，及时将数据记录在表格中，为了保证安全小灯泡两端所加电压不应超过小灯泡的额定电压。

C ?本实验采用图像法处理，建立平面直角坐标系，横纵坐标分别表示电流和电压，要选取合理的标度，最终使图像占满整个坐标纸，然后用平滑的曲线进行连接，切勿使用折线。

d ?实验数据取得不准，造成曲线误差过大，要理解数据的取舍。很多同学对滑动变阻器的限流式和分压式接法不是很熟，要能正确选择和区分，因所取数据的组数比较多，故滑动变阻器要并联使用。

2、测定电阻丝的电阻率

（1）电路设计

大内偏大小外偏小，电阻丝阻值是比较小的，电流表在本实验中采用外接法。电流的变化不需要从零开始变化，因此电压表采用串联的接法（限流式）。

（2）实验过程中常见的问题

A结合实际情况，本实验应采用外接法（电阻丝电阻小），而不是内接法。

b 测l时应测接入电路的电阻丝的有效长度。在金属导线的3个不同位置上用螺旋测微器测量直径d

c 要考虑安全要求，开始实验前，滑动变阻器的应使接入回路中的阻值最大，以起到保护电表的作用。

d 记录数据，并计算出电阻值，再求电阻R的平均值。

e 电流不宜过大，通电时间不宜过长，否则电阻率要变化，电流表一般选0.6A

二、闭合电路欧姆定律在电路设计中的应用

闭合电路欧姆定律是针对全电路进行处理的实验定律。用途广泛，既可以处理纯电阻电路、也能处理非纯电阻电路。目前高中阶段物理电路问题，我们采用部分电路欧姆定律及闭合电路欧姆定律的交替使用，理论上可以解决所有的问题。

1、测电源电动势和内电阻

（1）电路设计

由于电源电阻比较小，因此本实验采用相对于内电阻的外接式接法，由于不需要从零开始变化，电压表采用比较简单的一种接法，即限流式接法。

（2）实验过程中常见的问题

a ?为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些（选用已使用过一段时间的干电池）

b ?为了提高实验的准确性，防止电池快速极化，导致电动势发生明显变化。我们在实验的过程中应控制电流的大小，电流不宜过大0.5A为准。在读数方面要即快还准，读完后断开开关。

C ?为了保证实验的准确减小误差，实验数据尽量多测几组，滑动变阻器要起到调节作用，使数据测量有一个比较的范围，在用逐差法处理并取平均值。

d 在做图像时，数据处理不可能尽善尽美。U-I，绘制过程中个坐标点应均匀分布，误差较大的点应舍去。

e 路端电压U变化较小因为电池内阻较小的缘故，至外电压不会比电动势小太多。这时，在画U-I图像时，纵轴的刻度可以不从零开始，而是根据测得数据从某一恰当值开始（横坐标I必须从零开始）但这时图像和横轴的交点不再是短路电流，不过图线与纵轴截距仍为电动势，直线斜率的绝对值仍是电源内阻。

2、改装欧姆表

多用电表具有测量电流、电压、电阻等多种功能。其中测量电阻涉及到欧姆表的改装，是对闭合电路欧姆定律的具体应用。

（1）电路设计

（2）实验过程中常见的问题

a 用到闭合电路欧姆定律的知识，电阻刻度与电流刻度如何进行转化：

①欧姆调零时，红黑两个表笔直接接触，指针满偏，即Ig=ERg+R+r，

②测量被测电阻时，两表笔接在电阻两端，根据闭合电路欧姆定律I=ERg+R+r+Rx，

③如果I中=12Ig，此时表盘显示电阻为中值电阻即R中=Rg+R+r.

b ?在使用欧姆档测量电阻时，指针偏转不能太大或太小，中间位置附近较为合适。满足“大换小、小换大”就可以完成调整。

C ?测量二极管的正、反向电阻

（1）半导体材料可以用于二极管，其有两极，正极和负极。符号为 ?.

（2）可以使用多用电表的欧姆档确定二极管的正负极，具体方法就是利用二极管的单向导电性，分两次测量二极管的电阻。其中电阻较大的一次黑表笔接的就是二极管的负极反之黑表笔接的就是二极管的正极。

以上是高中物理中部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律的具有应用，在这个基础上我们可以采用伏安法或相应图像法进行问题解答。对这些典型问题的介绍，是想帮助学习者更好的抓住高中阶段处理电路问题的基本方法。

三、具体问题中电路设计原则

如何选择控制电路即电路中限流式和分压式的确定，如果都可以优选限流式。测量电路外界内接（大内小外）。最后处理方法部分电路欧姆定律还是全电路欧姆定律。下面以例题的形式帮助大家理解。

参考文献

[1]《高考总复习全解》 ?陕西人民出版社 ? ? ?薛金星

[2]《名师导学》 ? ? ? ?湖北人民出版社 ? ? ?邓保沧

[3]《教材帮》 ? ? ? ? ?新疆青少年出版社 ? ?杜志建

[4]《5年高考3年模擬》教育科学出版社 ? ? ?曲一线

[5]《十年高考》 ? ? ? 南方出版社 ? ? ? ? ?任志鸿

[6]《教材解读与拓展》开明出版社 ? ? ? ? ?刘增利

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