电学实验这“玩意”

李孔望

【摘 要】电学实验纷繁复杂，本文通过对电学实验分类列举，循序渐进地介绍实验考查的类型和考查角度，提供解决每个类型题目的方法和关键点。

【关键词】电流表内外接；滑动变阻器分压或限流接；伏安法测电阻

电学实验一直都是高考的热点和重点，高三复习中，学生觉得电学实验变幻莫测，总是不得要领。在教学实践中，笔者根据实验特点和学生的思维习惯，做了以下总结，期待和同行交流，以期达到帮助学生迈过电学实验这道“坎”。

电学实验的核心内容是伏安法测电阻，电路设计的关键是电流表内外接和滑动变阻器分压或限流，基本题型是仪器的选择，包括电表量程的选择，定值电阻和滑动变阻器的选择，电路连接和误差分析等题型；实验模型分为：测定金属的电阻率、测定电源的电动势和内阻以及练习使用多用电表三种类型。

一、测电阻及电阻率（内外选择是关键，分压限流是妙招）

1.某同学测量阻值约为25kΩ的电阻RX，现备有下列器材：

A.电流表（量程122μA，内阻约2kΩ）；

B.电流表（量程500μA，内阻约300Ω）；

C.电压表（量程15V，内阻约100kΩ）；

D.电压表（量程50V，内阻约500kΩ）；

E.直流电源（20V，允许最大电流1A）；

F.滑动变阻器（最大阻值1kΩ，额定功率1W）；

G.电键和导线若干。

电流表应选___，电压表应选___。（填字母代号）

该同学正确选择仪器后连接了以下电路，为保证实验顺利进行，并使测量误差尽量减小，实验前请你检查该电路，指出电路在接线上存在的问题：

①___________________。②______________________。

分析：本题是非常典型的基础实验，涉及的内容十分丰富：

（1）电压表和电流表量程的选择，基本方法是估算法，基本原则是安全性和精确性。

（2）电流表的内外接的选择，基本方法“大内偏大，小外偏小”，即大电阻需要内接，测量误差偏大，小电阻需要外接，测量误差偏小。

（3）滑动变阻器的分压或限流的选择，其方法是若电路要求被测元件电压或电流从零起或变阻器的阻值比被测电阻小的多的时候一般采用分压式，其它情况能限流的不分压接。

掌握以上所述的方法，此题就迎刃而解；同时同学们对电学实验的分析方法有了全面的认识和透彻的理解。

2.待测电阻Rx的阻值约为20Ω，现要测量其阻值，实验室提供器材如下：

A.电流表A（量程150mA，内阻约为10Ω）；

B.电流表A（量程20mA，内阻r=30Ω）；

C.电压表V（量程15V，内阻约为3000Ω）；

D.定值电阻R=100Ω；

E.滑动变阻器R，最大阻值为5Ω，额定电流为1.0A；

F.滑动变阻器R，最大阻值为5Ω，额定电流为0.5A；

G.电源E，电动势E=4V（内阻不计）；

H.电键S及导线若干。

（1）为了使电表调节范围较大，测量准确，测量时电表读数不得小于其量程的，请从所给的器材中选择合适的实验器材______（均用器材前对应的序号字母填写）；

（2）根据你选择的实验器材，请你在虚线框内画出测量R的最佳实验电路图并标明元件符号；

（3）待测电阻的表达式为R=_______，式中各符号的物理意义为_______。

分析：通过上题的分析，再看此题，电压表量程太大，不能使用，需要用A改装量程合适的电压表，故本题考查了电表改装原理，然后利用伏安法的基本规则设计电路图，也是人们所说的“安安法”。

二、测电动势和内阻（千言万语融三图，只盼君来能读懂）

分析：对于本实验学生容易摸不到头脑，只要把握教材给出三种基本测量方案即可，其它测量方法都是在基本方案上的变形。

3.用图所示电路，测量一节干电池的电动势和内阻。电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R起保护作用。除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：

A.电流表（量程0.6A、3A）；

B.电压表（量程3V、15V）；

C.定值电阻（阻值1Ω、额定功率5W）；

D.定值电阻（阻值10Ω、额定功率10W）；

E.滑动变阻器（阻值范围0～10Ω、额定电流2A）；

F.滑动变阻器（阻值范围0～100Ω、额定电流1A）。

那么：（1）要正确完成实验，电压表的量程应选择________V，电流表的量程应选择_______A；R应选择________Ω的定值电阻，R应选择阻值范围是____Ω的滑动变阻器。

（2）引起该实验系统误差的主要原因是_______。

分析：本题是此实验最基本的方案之一，涉及的内容相当丰富：

①类似于伏安法且电流表内接的电路图；

②用该电路图处理数据的方法是画出路端电压与电流的图像，看图像斜率及截距得到电动势和内阻；

③测量误差为“双偏小”即电动势和内阻测量值都比真实值小，通过解析法和图像法得到此结论。

三、多用电表的使用（赢得芳心——三剑客）

本实验重点是对欧姆表原理的理解，掌握欧姆表内部基本电路图。

4.如图是一个简化的电路图，电流、电压和电阻的测量都各有两个量（或分度值）不同的档位。1、2两个档位为电流表档位，其中大量是小量的10倍。已知表头G的满偏电流100μA，内阻990Ω，图中的电源E的电动势均为3.5V，当把转换开关S旋到位置4，在AB之间接3500Ω的电阻时，表头G刚好半偏，设测量过操作的顺序和步骤都正确无误，则R=_______Ω，R=_______Ω。

分析：本题考查两量程多用电表，十分典型，要求学生对原理有深刻的理解，同时通过此题，能够使学生更加彻底的认识多用电表内部结构。

當然，电学实验还包括黑箱问题、电表改装及校对的问题等，由于篇幅有限，在此不再赘述。通过以上分类分析，会让学生有拨开云雾看彩虹的感觉，对电学实验有个整体把握，再碰到电学实验题目就会有章可循。

【参考文献】

[1]普通高中课程标准实验教科书物理选修3-1[M].北京：人民教育出版社，2007

[2]十年高考分类解析与应试策略[M].海南：南方出版社，2009