少了一点考虑 多了许多精彩

邵 永

（安徽省砀山中学，安徽 砀山 235300）

设计实验一般应遵循3个原则：可行性原则，准确性原则，操作性原则.而电学实验往往要通过实验原理的确定，实验器材的选择，电流表的内、外接法，滑动变阻器的分压、限流接法，电表的改装，电表的反串用法等方面来完成实验、落实3个原则.由于考虑的因素多、综合性强、对能力的要求很高，所以使电学实验成为实验部分的重点更是难点.下面的这道联考的实验题能充分说明以上特点.

例题.某同学要测量一待测电阻Rx的阻值，备选器材如下：电流表A，量程为50mA，内阻r＝30Ω；电压表V1，量程为3V，内阻约为2kΩ；电压表V2，量程为15V，内阻约为4.5kΩ；待测电阻Rx，阻值约为20Ω；定值电阻R0，阻值为10Ω；滑动变阻器R1，最大阻值为20Ω；滑动变阻器R2，最大阻值为200Ω；电源E，电动势为4V，内阻忽略不计；开关S，导线若干.

（1）该实验中电压表应选用______，滑动变阻器应选用________；

（2）画出实验电路图，标明仪器代号；

（3）如果在实验中，电压表的示数为2.70V时，电流表的指针指在正中间（图1），则待测电阻Rx的阻值为________Ω.

图1

图2

参考答案是这样的：

（1）V1（3分），R1（3分）；（2）电路图如图2所示，分压式接法（1分），电流表内接法（1分），电流表量程扩大（1分）；（3）19.5（3分）.

由上述答案可以看出命题者应有下述的设计意图.

1 命题者的设计意图

（1）电压表的确定.E＝4V，两表的量程分别为3V、15V，从可行性、准确性原则角度考虑应该选V1.

（3）电流表内、外接法的选择.内接法的误差来源于电流表的分压，外接法的误差来源于电压表的分流.但本题由于已知电流表的内阻所以能够计算出电流表的分压（电流表充当电压表）.在内接法中把电流表的分压减去，这样电压、电流都是准确的，测量的结果也是准确的，所以选择内接法.

（4）滑动变阻器的分压、限流接法.因题中电压表偏转大于电流表，所以最低不能低于电流表的最大不能超电压表的量程.若用限流式接法，滑动变阻器所用阻值大约在10Ω（电压表满偏时）到30Ω（电流表偏转时）范围内变化，R1太小、R2太大（调节不方便），所以该用分压式选R1.

2 少了一点考虑

由于已知内阻的电流表有3种角色：电流表、定值电阻、电压表（二者相乘得电压），因此已知内阻的电流表经常反串使用.在上述的实验设计中电表的改装实际就利用了电表的反串作用.题中电流表内阻与待测电阻相当，而上述解法中估算最大电流时显然没有充分考虑电流表的分压作用，所以实验设计中未必要进行电表的改装.

3 多了许多精彩

（1）设计方案1：直接用电流表内接法，如图3所示.待测阻值应为

改进方面：① 滑动变阻器分压、限流接法都行.若用限流式接法，滑动变阻器所用阻值大约在35Ω（电压表满偏时）到130Ω（电流表偏转时）范围内变化，调节范围足够大；因待测部分总电阻变大分压式接法效果也会比题中的设计好.② 电路结构简单.不必改表，可以用限流式.

图3

图4

（2）设计方案2：电流表与R0串联扩大分压，如图4所示.待测阻值应为

此设计改进方面与第一种设计相当，只是待测电阻与定值电阻看成一整体，测出的阻值比第一种设计少了定值电阻的阻值.

出题者在设计实验时过于想考查电表的改装，并没能完全体现电表的反串作用.从以上讨论可以看出本题应是开放性试题，答案应该是不唯一的.此题设计方法多种多样，考查方面更加丰富，正可谓是少了一点考虑、多了许多精彩.