对物理电学实验的整体分析与探究

对物理电学实验的整体分析与探究

◆闵江涛

◆闵江涛新疆和硕县第一中学841200

现行各级别的考试中对实验能力的考查主要是《教学大纲》上要求的实验的掌握程度以及在此基础上对知识的迁移能力。对于电学实验能力的考查，是理解实验原理和明确实验目的，会选择合适的实验器材，设计符合实验要求的电路，熟练应用常用仪器进行测量（或读数），能够对实验结果进行评估和处理等，尤其是对电流表、电压表接法（内接法或外接法）及电表的量程选择，滑动变阻器在电路中的作用（分压或限流）和选择问题，学生是难于理解和把握的。

在这里笔者分类解析实验的各个环节，与各位学者共同探讨，以找出解决电学实验问题的方法和思路。

考点一：电流表和电压表在电路中的接法以及电表的量程选择问题。

电表由于其内阻的存在接入电路中对电路有影响，为减小实验误差、提高实验精确度，根据实验要求和目的，结合实验器材的配置，应合理选择电流表和电压表的接法及量程。

一、如何判定电流表和电压表在电路中的接法。

第一种方法：

若已知（或粗略知道）电流表电阻RA、电压表电阻RV和待测电阻Rx的阻值，可用公式法判定两电表在电路中的接法。若Rx/RA＞RV/Rx+1时，表明待测电阻与电流表阻值差别较大，采用电流表内接法；若Rx/RA＜RV/Rx+1时，表明待测电阻与电压表阻值差别较大，采用电流表外接法。

第二种方法：

若不知电流表电阻RA、电压表电阻RV和待测电阻Rx的阻值时，可采用试触法。改变电流表和电压表在电路中的接法，若电压表示数有明显的变化，说明电流表的阻值对电路的影响较大，应采用电流表外接法；相反，若电流表示数变化明显，说明电压表的阻值对电路影响较大，采用电流表内接法。

二、如何选择电流表和电压表量程。

若电压表测的是路端电压（或是某段电路两端电压），电压表的示数不会超过电源的电动势（或这段电路电压变化的最大值）；若电压表测的是电阻（或其它电学元件）两端的电压，而此电阻（或其它电学元件）的额定电压U、额定电流I、电阻R及额定功率P四个物理量中任意两个物理量已知，从而能求出电阻的额定电压，则电压表的示数不能超过电阻的额定电压。

同样，利用电流表测电流时，电流表的示数不超过与其串联的电阻（或其它电学元件）的电流变化的最大值，或者已知电阻的电流（或能间接求出电阻的额定电流），则电流表的示数不能超过电阻的额定电流。可由以上分析判定并选择合适的电表量程。

考点二:滑动变阻器。

滑动变阻器在电路中的不用接法，对变阻器的阻值要求不同，这里还要考虑实验操作的方便问题。若采用分压式接法，宜选取阻值较小的变阻器，如“测小灯泡的伏安特性曲线”实验；若采用限流式接法，宜选取用阻值较大的变阻器，例如“半偏法测电流表的内阻”实验中干路中的变阻器。

还有“用电流表和电压表测电池的电动势和内阻”实验中，因为电池的内阻一般较小，为减小测量电池的内阻实验误差，电表的接法宜选用电流表内接法，由实验原理和误差分析知与电流表串联的变阻器应选用阻值较小的。

考点三：实验仪器的读数规则和数据的处理以及误差分析问题。

电学实验中涉及读数的仪器有6个，除电阻箱以外其它5个都需估读。常用仪器如何正确读数呢？高中阶段比较流行的仪器读数规则是：若仪器最小刻度值为上一级单位的1/10时，应估读到最小刻度的下一位；若最小刻度值大于（或等于）上一级单位的1/5时，只需要估读到和最小分度值所在同一位数字即可。具体操作（读数）时也可将仪器最小分度值除以2，所得数字的首位即为估读到的位数。

例如，图3给出的是用螺旋测微器测量一小钢球的直径的示数,此读数应是____mm。

解析：螺旋测微器的最小刻度为0.01mm，除以2结果为0.005mm，误差出现在毫米的千分位上，所以在毫米的千分位上进行估读。螺旋测微器的正确读数方法是：先从固定刻度尺上读出半毫米以上的长度，然后找出可动刻度上的第几条刻度线与固定刻度尺上的水平线重合，从而读出半毫米以下的刻度，并估读一位数字。

用公式表示读数方法为：d=固定刻度示数+可动刻度×最小分度值。由螺旋测微器的读数方法知：被测小球的直径为：d=0.5mm+20.0×0.01mm=0.700mm。

处理电学实验数据的方法主要有列表法和图像法。

列表法：实验数据列成表格形式，可以简单而明确地表示出有关物理量之间的关系，便于分析和发现数据的规律，有助于检验规律。

图像法：可以直观地反映规律，减小偶然误差带来的影响，并可外推某些规律等优点，不但可以依据已有的规律从图线上来求得要测的物理量，还可以根据图线的形状变化趋势分析研究物理量之间存在的规律。