高中物理电学实验的设计技巧

　　物理实验是高考的重要组成部分，而实验考点中电学实验又是出现频率最高的类型之一。电学实验往往要进行器材选择和电路设计，使相当一部分同学对这种题型产生了恐惧心理。为了帮助同学们更有效地了解和掌握这类题型，我将自己教学过程中的一点体会作了归纳总结，希望与同学们分享后能使这种恐惧心理有所缓解！
　　目前高中的实验电路设计大体分为二类：一是测电源电动势和内电阻；二是测电阻。
　　测电源电动势和内电阻的实验相对简单一些，方法也较为单一，同学们掌握起来应该不会太难。常见电路设计方案有如图甲、乙所示本文由论文联盟http://收集整理的二种情形。但由于乙方案中所产生的系统误差过大而很少使用，所以通常只采用甲方案。下面就通过例题与大家一起来梳理一下这类实验的设计思路。
　　【例1】在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻”的实验中.
　　①备有如下器材：
　　a.干电池1节；
　　b.滑动变阻器（0～20ω）；
　　c.滑动变阻器（0～1kω）；
　　d.电压表（0～3v，内阻约2kω）；
　　e.电流表（0～0.6a，内阻约2ω）；
　　f.电流表（0～3a）；[来源：zxxk.com]
　　g.开关、导线若干
　　其中滑动变阻器应选，电流表选 。（只填器材前的序号）
　　②用实线代表导线把图甲所示的实物连接成测量电路（图中有部分线路已连好）。.
　　③某同学记录的实验数据如下表所示，试根据这些数据在图中画出u-i图线，根据图线， 得到被测电池的电动势e = v，内电阻r = ω.
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　　【解析】①、分析本实验的电路设计后，可从电源的电动势仅为1.5v左右入手，得出滑动变阻器的电阻不能选得过大（一般为20ω左右），否则回路中的电流过小不便测量。再由所给电压和电阻的大小就可断定所选器材应为：b、e。
　　②、在连接实物图时，可先将电路图中的导线都标上号（如图所示），再把它对应到实物上。
　　③、根据u—i图中的物理意义可得知：e=1.46±0.03v，r=0.70±0.05ω。
　　测量电阻的情形就要复杂得多，首先要确定实验中滑动变阻器是采用分压还是限流作用；接着要确定电压表、电流表是采用内接，还是外接；有时题中还不直接给出合适量程的电压表或电流表，而需要把它改装成符合要求的电表。下面还是通过例题来与大家共同分亨这类电路的设计技巧吧！
　　【例2】从下列器材中选出适当的器材，设计一测量金属丝的电阻率的电路.要求操作简便，又尽可能有较高的测量精度，并能得到多组数据.
　　金属丝l （已知其长度为l0，直径为d，电阻小于50ω）；
　　电流表a1 （量程为10 ma ，内阻r1=40ω）；
　　电流表a2 （量程为500μa ，内阻r2=750ω）；
　　电压表v （量程为10v ，内阻为10kω）；
　　保护电阻r1（阻值为100 ω）；
　　滑动变阻器r2（总阻值约为20ω）；
　　滑动变阻器r3（总阻值约为2000ω）；
　　电池e（电动势为1.5v ，内阻很小）；
　　开关s 及导线若干.
　　（1）在虚线框中画出电路图，并标明所用器材的代号。
　　（2）若选出测量数据中的一组数据计算电阻率ρ ，则表达式ρ=____，写出题目中未给符号的意义是_____。
　　【解析】（1）、这是一道典型的电路设计，且在电路设计过程中要求选取合适的测量仪器。
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　　关于电路的设计，笔者认为任何电路都离不开电源和电键，所以可以首先作出电路的电源和电键部分（如图1所示）。
　　然后确定好所需选用的滑动变阻器及其接法，滑动变阻器在电路中的接法有二种；一种是限流作用，另一种是分压作用。一般来说如果滑动变阻器的总阻值比待测电阻阻值大，则滑动变阻器应作为限流电阻使用；反之滑动变阻器的总阻值

比待测电阻小，则滑动变阻器就要作为分压电阻使用。
　　接着设计如何测量待测电阻的阻值，在电阻测量中设计的思路笔者认为始终要以伏安法为基础，而伏安法测电阻也有二种方法：一种是内接法；另一种是外接法。究竟要采用那种方法可根据这样三个方面来判断：
　　①、题中所给条件如果能大致判定电表内阻和待测电阻的大小关系，则有：rv>>rx时用外接法；ra<<rx时用内接法； <br="">　　②、在二者大小关系不太明确的情况下可由：■用外接法；■用内接法；
　　③、在电表电阻和待测电阻的阻值完全不清楚的情况下，就需采用试探法（如图3所示），如果电压表示数变化的百分率大些则用外接法，反之电流表的示数变化百分率大就用内接法。在弄楚电阻的测量方法后，还需确定电表的量程
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　　（注：其中所述rv为电压表内阻，rx为待测电阻， ra为电流表内阻。）
　　（2） ■式中i1为电流表a1的示数，i2为电流表a2的示数 ，d为金属丝的直径，l为金属丝的长度。