高中电学实验教学体会.docx

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高中电学实验教学体会

电学实验教学体会

电学实验是高二物理的重点和难点，从高考角度看是高考的热点内容；但是学起来，难度很大。

在教学过程中，如何教呢？

结合本学期的教学，主要从以下三个方面谈谈自己在教学中的一点体会。

一、难点形成的原因

电学实验我觉得难就难在以下几个方面：

1、对电流表、电压表的读数规则认识模糊，导致读数的有效数字错误

2、对滑动变阻器的限流、分压两种控制电路的原理把握不准，导致控制电路选用不当

3、对实验测量电路、电学仪器的选用原则把握不准，导致电路、仪器选用错误

4、对电学实验的重点内容“电阻的测量”方法无明确的归类，导致思路混乱

二、难点突破

如何突破难点，最好的方法应该是把难点分散，各个突破

1、电流表、电压表的读数规则：

电流表、电压表的读数，尤其0~15V，0~0.6A是教学中的难点，在今年（2010年）的高考已经出现，因此，教学中应该引起注意。

电流表量程一般有两种——0~0.6A，0~3A；电压表量程一般有两种——0~3V，0~15V。

如图10-1所示：

因为同一个电流表、电压表有不同的量程，因此，对应不同的量程，每个小格所代表的电流、电压值不相同，所以电流表、电压表的读数比较复杂，测量值的有效数字位数容易出错。

下面是不同表，不同量程下的读数规则：

电压表、电流表若用0~3V、0~3A量程，其最小刻度（精确度）分别为0.1V、0.1A，为10分度仪表读数，读数规则较为简单，只需在精确度后加一估读数即可。

如图所示，电压表读数为1.88V，电流表读数为0.83A。

若指针恰好指在2上，则读数为2.00V（或A）。

电压表若用0~15V量程，则其最小刻度为0.5V，数误差就在小数点后一位的’’5’’上，因此读数必须有一位小数，也只有一位小数。

如图所示，若指针指在整刻度线上，如指在10上应读做10.0V，指在紧靠10刻度线右侧的刻度线上（即表盘上的第21条小刻度线）读数为10.5V，若指在这两条刻度线间的中间某个位置，则可根据指针靠近两刻度线的程度，分别读做10.1V，或10.2V，或10.3V，或10.4V，即使是指在正中央，也不能读做10.25V，若这样，则会出现两位不准确的数，即小数点后的2和5，不符合读数规则，如上图中所示，读数应为9.3V。

电流表若用0-0.6A量程，则其最小刻度为0.02A，其读数规则与0—15V电压表相似，所读数值小数点后只能有两位小数，也必须有两位小数。

如上图所示，电流表读数为0.17A，若指针指在第11条刻度线上，则读数为0.22A，指在第10条刻度线上，读数为0.20A，指在第12条刻度线上，读数为0.24A。

2、滑动变阻器应用分析

滑动变阻器是电学实验中常用的仪器，近几年高考电学设计性实验命题对其应用多次直接或渗透考查.如何选择滑动变阻器的接法设计控制电路仍是历届考生应考的难点.

图12-3

滑动变阻器的限流接法与分压接法的特点：

如图2所示的两种电路中，滑动变阻器（最大阻值为R0）对负载RL的电压、电流强度都起控制调节作用，通常把图（a）电路称为限流接法，图（b）电路称为分压接法.

①限流法.如图（a）所示，待测电阻上电压调节范围为

.显然，当R0<>RL时，滑动触头在从b向a滑动的过程中，先是电流表、电压表的示数变化不大，后来在很小的电阻变化范围内，电流表、电压表的读数变化很快，也不方便读数，只有当RL与R0差不多大小时，才能对电流、电压有明显的调控作用.在同样能达到目的的前提下，限流法较为省电，电路连接也较为简单.

②分压法.如图（b）所示，待测电阻上电压调节范围为0～E，且R0相对于RL越小，R上的电压变化的线性就越好.当R0>>RL时，尽管UL变化范围仍是0～E，但数据几乎没有可记录性，因为在这种情况下，滑片从左端滑起，要一直快到右端时，电压表上示数一直几乎为零，然后突然上升到E，对测量几乎没有用处.因此，分压接法要用全阻值较小的滑动变阻器。

滑动变阻器的限流接法与分压接法：

两种电路均可调节负载电阻电压和电流的大小，但在不同条件下，调节效果大不一样，滑动变阻器以何种接法接入电路，应遵循安全性、精确性、节能性、方便性原则综合考虑，灵活选取.

1.下列三种情况必须选用分压式接法

（1）要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节时（如：

测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路），即大范围内测量时，必须采用分压接法.

（2）当用电器的电阻RL远大于滑动变阻器的最大值R0时，必须采用分压接法.因为按图（b）连接时，因RL>>R0＞Rap,所以RL与Rap的并联值R并≈Rap，而整个电路的总阻值约为R0，那么RL两端电压UL=IR并=

·Rap，显然UL∝Rap,且Rap越小，这种线性关系越好，电表的变化越平稳均匀，越便于观察和操作.

（3）若采用限流接法，电路中实际电压（或电流）的最小值仍超过RL的额定值时，只能采用分压接法.

2.下列情况可选用限流式接法

（1）测量时对电路中的电流或电压没有要求从零开始连续调节，只是小范围内测量，且RL与R0相差不大或RL略小于R0，采用限流式接法.

（2）电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压式接法的要求时，采用限流式接法.

（3）没有很高的要求，仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时，可考虑安装简便和节能因素优先采用限流式接法.

3、实验电路和电学仪器的选择

（一）电路的选择是指安培表内、外接电路的选择和滑动变阻器的接法的选择

1、控制电路（即滑动变阻器的接法）的选择见难点2滑动变阻器应用分析

2、安培表内、外接电路的选择

由于电压表的分流作用和电流表的分压作用，造成表的示数与通过负载的电压或电流真实值之间产生误差，为减小此系统误差，应慎重选择电流表的内外接法，选择方法如下：

方法一:

直接比较法：

当待测电阻阻值Rx<>RA时，安培表分压很小，选择安培表内接电路。

方法二:

临界值计算比较法：

当待测电阻阻值与电压表、电流表的阻值相差不多时，如何确定被测电阻R是较大还是较小呢？

我们要计算两种接法的相对误差，可用

与

相比较.

当

即

时，宜采用电流表外接法；

当

即

时，宜采用电流表内接法；

而

时，电流表内外接法效果是一样的.此时的被测电阻值R我们称为临界电阻。

方法三:

测试判断法（试触法）

　　若Rx、RA、RV的大小关系事先没有给定，可借助试触法确定内、外接法.具体做法是:

如图10-6所示组成电路，其中电流表事先已经接好，拿电压表的一个接线柱去分别试触M、N两点，观察先后两次试触时两电表的示数变化情况。

如果电流表的示数变化比电压表示数变化明显（即

），说明接M点时电压表分流作用引起的误差大于接N点时电流表分压作用引起的误差，这时应采用内接法（即电压表接N点）。

如果电压表的示数变化比电流表示数变化明显（即

），说明接N点时电流表分压作用引起的误差大于接M点时电压表分流作用引起的误差，这时应采用外接法（即电压表接M点）.

（口决：

“内大外小”，即内接法适合测大电阻且系统误差偏大，即测量值大于真实值，外接法适合测小电阻且系统误差偏小，即测量值小于真实值，）

（二）电路实验器材和量程的选择，应考虑以下几点：

①电路工作的安全性，即不会出现电表和其它实验器材因过载毁坏现象。

②能否满足实验要求（常常要考虑便于多次测量求平均值）。

③选择器材的一般思路是：

首先确定实验条件，然后按电源—电压表—电流表—变阻器顺序依次选择。

根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表.首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合理选择量程，务必使指针有较大偏转（一般取满偏度的

左右），以减少测读误差.根据电路中可能出现的电流或电压范围需选择滑动变阻器，注意流过滑动变阻器的电流不超过它的额定值，对大阻值的变阻器，如果是滑动头稍有移动，使电流、电压有很大变化的，不宜采用.应根据实验的基本要求来选择仪器，对于这种情况，只有熟悉实验原理，才能作出恰当的选择.总之，最优选择的原则是：

a、方法误差尽可能小.

b、实现较大范围的灵敏调节.

c、在大功率装置（电路）中尽可能节省能量；在小功率电路里，在不超过用电器额定值的前提下，适当提高电流、电压值，以提高测试的准确度.

综上所述，仪器的选择应该按照“安全、可行、精确、经济、方便”的原则进行选择

4、电阻测量的方法归类

在高中电学实验中，涉及最多的问题就是电阻的测量，电阻的测量方法也比较多，最常用的有：

（1）欧姆表测量：

最直接测电阻的仪表。

但是一般用欧姆表测量只能进行粗测，为下一步的测量提供一个参考依据。

用欧姆表可以测量白炽灯泡的冷电阻。

（2）替代法：

替代法的测量思路是等效的思想，可以是利用电流等效、也可以是利用电压等效。

替代法测量电阻精度高，不需要计算，方法简单，但必须有可调的标准电阻（一般给定的仪器中要有电阻箱）。

替代法是用与被测量的某一物理性质等效，从而加以替代的方法。

如图4所示。

先把双刀双掷开关S2扳到1，闭合S1，调整滑动变阻器，使电流表指针指到某一位置，记下此时的示数I（最好为一整数）。

再把开关S2扳到2，调整电阻箱R0，使得电流表指针仍指到示数I读出此时电阻箱的阻值r，则未知电阻Rx的阻值等于r

（3）伏安法：

伏安法的测量依据是欧姆定律（包括部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律），需要的基本测量仪器是电压表和电流表，当只有一个电表时，可以用标准电阻（电阻箱或给一个定值电阻）代替；当电表的内阻已知时，根据欧姆定律I=U/RV，电压表同时可以当电流表使用，同样根据U=IRA，电流表也可以当电压表用。

（4）比例法：

如果有可以作为标准的已知电阻的电表，可以采用比例法测电表的电阻。

用比例法测电表内阻时，两个电流表一般是并联（据并联分流原理），两个电压表一般是串联（据串联分压原理）。

所谓“比例法”是：

要测量某一物体的某一物理量，可以把它与已知准确数值的标准物体进行比较。

例如，使用天平称量物体的质量，就是把被测物体与砝码进行比较，砝码就是质量数准确的标准物体。

天平的结构是等臂杠杆，因此当天平平衡时，被测物体的质量与标准物体的质量是相等的，这就省去了进一步的计算。

有很多情况下，被测物体与标准物体的同一物理量间的关系并不是相等，而是在满足一定条件下成某种比例的关系，这种方法又称为“比例法”。

例如，测电流表和电压表的内阻，如果有可以作为标准的已知电阻的电表，都可以使用比例法。

采用比例法测电阻的依据是：

串联电路电压与电阻成正比，并联电路电流与电阻成反比。

电压表可显示电阻两端的电压值，电流表可显示电阻中通过的电流，所以测电流表内阻应把两电流表并联，测电压表内阻应把两电压表串联，电路图分别如图5（甲）、（乙）所示。

测电流表内阻时，应调节滑动变阻器R01，使两电流表的指针都有较大偏转，记录下两电表的示数I1和I2，根据并联电路分流原理，若已知电流表A1的内阻为r1，则电流表A2的内阻r2=

。

测电压表内阻时，应调节滑动变阻器R02，使两电压表的指针都有较大偏转，记录下两电表的示数U1和U2，根据串联电路分压原理，若已知电压表V1的内阻r1，则电流表V2的内阻r2=

。

以上例子中，甲图采用限流电路而乙图采用分压电路，这是由于电流表内阻都较小，若采用分压电路，则滑动变阻器的阻值必须更小，这时电路近似于短路，是不允许的；而电压表内阻都很大，若采用限流电路，则滑动变阻器的电阻必须更大，这在实际上行不通。

（5）半值法（半偏法）。

半值法是上面比例法的一个特例，测电流表内阻和测电压表内阻都可以用半值法，电路图如图6所示。

甲图实验时先断开开关S’，闭合S，调整滑动变阻器R01（限流法连接），使电流表A满度（即指针指满刻度处）；再闭合S’，调整电阻箱R1，使电流表A的指针恰好指到半满度处，读出此时电阻箱的阻值R，则电流表A的电阻rA=R。

（测量结果偏小）

乙图实验时先闭合开关S’及S，调整滑动变阻器R02（分压法连接），使电压表V满度；再断开S’，调整电阻箱R2，使电压表V的指针恰好指到半满度处，读出此时电阻箱的阻值R，则电压表V的电阻rV=R。

（测量结果偏大）

例：

测量某电阻Rx的阻值.已知Rx约为5Ω左右.下表给出可供选择器材.请画出你所设计的实验原理图（至少3种），并标明所选器材的规格或代号.

备注：

另有导线若干，各器材数目均只一个

《审题》该题要求至少应用3种设计方案，需要熟练掌握测电阻的原理和方法，列出所有的测电阻的基本方法，看题目中给出的仪器是否适合，灵活利用、变通，充分发挥题目中所给仪器的作用。

解析

方案一：

应用伏-安法测电阻，见图7.

选R2，还是选R1，就是出于对实验安全方面的考虑.R2与G表，可改装成3V左右的电压表；R1与G表，只能改装成0.3V左右电压表，这样小的电压表既不能安全实验，也不能进行精确测量.

　　电流表外接而不内接，是出于对实验结果精确程度的考虑.因为改装后的电压表内阻远大于Rx，这样测量系统误差较小.选A1表，而不选A2表是出于精确读数的考虑.A1、A2诚然都能满足安全的要求，但小量程表读数相对误差要小得多，显然这是精确原则的应用.

　　R3作为控制线路的主元件，其控制电压方便与否，与R3、Rx值相对大小有关.当两电阻相近时，为了线路简单、经济，控制电

路适宜用限流接法，这主要是出于实验操作是否方便的考虑.

　　方案二：

应用全电路欧姆定律测电阻.见图8.

　　原理：

令Rx短路，调R1，测得I1后，由全电路欧姆定律得

E=I1（r+R1+0+RA）接着去掉短路线，可得I2，同理得

E=I2（r+R1+Rx+RA）可求Rx.

　　讨论：

用R1为何不用R2？

显然是考虑了测量方便问题，是方便原则的应用.因为R1调节时能用到0.1Ω变化，对电流调整是有利的.

　　方案三：

欧姆表原理测电阻，见图9.

　　原理：

先让ab短路，调R1使A1满偏，此时内阻为5Ω.去掉短路线，接通S，测得I，则依据欧姆表原理，RX值为（E/I-5）Ω

　　讨论：

用A1不用A2或G，主要是考虑了测量结果的精确问题.若用A2改装为欧姆表，其中值电阻为1Ω；若用G改装为欧姆表，其中值电阻为10kΩ，与待测电阻比较，测量误差太大.欧姆表特点是当测量值在其中值电阻附近时，其读数（或测量结果）比较准确.这是精确原则的应用.且整个方案三操作上是很方便的.

本题处理过程相对复杂，但只要遵循前面所提出的各种选择方法，题目也就迎刃而解了，因此说，基础知识是关键，复杂题目只是基础知识的合成。

三、关于电路实物连线的几个易错点：

1、电键必须控制全电路

2、电表的量程和正负极

3、滑动变阻器的“两端限流、三端分压”接法，且要求在闭合电键前，必须保证限流接法中滑动变阻器以最大电阻接入电路，分压接法中滑动变阻器输出电压端电压为零。

4、注意检查安培表的内外接法是否正确

5、导线不能接在滑动变阻器的支架或滑动头上，不能穿越用电器，不能有交叉线.

总之，电学实验内容错综复杂、题型灵活多样，教学中一定要从学生的实际出发，循序渐进，不可能一下子面面俱到，有些内容在新课教学中讲，有些内容在高三复习时讲，作为教师一定要心中有数。

图10-21

图10-23