电学实验之外电路电阻测量的问题教学法

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  摘 要:电学实验是高中物理的重要实验,也是物理实验题的重要考点。高中物理实验复习的重点应放在电学实验上,尤其是设计类实验更应该把重点放在电学实验上,而电学实验又以电阻的测量为中心展开,所以对于电阻的测量,特别是外电阻的测量,考生必须熟练的掌握,方能握住高考的尚方宝剑,方能所向披靡,金榜题名。
  关键词:电学实验;电阻测量;方法;汇总
  谈到物理,很多同学都觉得要比化学和生物难得多,而电学实验更是因为难度高而让同学们望而却步。虽然大家都觉得电学实验难度很大,但是,电学实验却以其独特的魅力吸引着高考的出题者,考试大纲中近20个物理实验,电学实验就占了接近五分之四的比重,可见学好电学实验对高中生来说是多么的重要。本文对电学实验中外电阻的测量方法的教学模式进行探讨。
  一、电路有哪些部分组成
  一个完整的外电路电阻测量的实验包括两个部分:测量电路和控制电路。测量电路多种多样,变化很多,不容易掌握,而控制电路只有两种,相对容易掌握。
  二、控制电路有哪些
  (一)控制电路的分类
  控制电路只有两种,即限流电路和分压电路。
  限流电路的特点是滑动变阻器串联在电路中,通过变阻器电阻的变化来控制电路的电流,相对来说,电路总电阻较大,总电流较小,比较节能,但不足的是电路电流变化的范围较小,测量得到的数据跨度不是很大。分压电路的特点是滑动变阻器并联在电路中,测量电路的电压从滑动变阻器上按照比例分出去,优点是测量电路得到的电压(电流)可以从零开始变化,数据跨度很大。
  (二)控制电路如何选择
  以下情况下应选择分压电路:①实验要求待测电阻两端电压(电流)从零开始连续变化;②限流不能保证安全,即限流电路中的最小电流超过电表量程或用电器的额定电流;③限流能保证安全,但变阻器调节过程中,电表读数变化不明显,不满足实验测量多组数据的要求。常见于变阻器全电阻远小于测量部分电阻的情况。
  在限流、分压两种电路都满足实验要求时,由于限流电路结构简单,损耗的电功率小,应优先选用。
  三、测量电路有哪些
  (一)伏安法
  顾名思义就是用电压表和电流表来测量电阻,原理为Rx=U/I。用此法要注意电流表、电压表的量程要满足半偏以上,且注意区分电流表的内接和外接。
  若RA?RX时,选用电流表内接法,所测电阻比真实值Rx大了RA。若RX?RV时,选用电流表外接法,所测电阻比真实值Rx略小些。
  【例】用伏安法测量一个定值电阻的阻值,备用器材如下:
  待测电阻Rx(阻值约为25kΩ);电流表A1:(量程100μA,内阻约2kΩ);电流表A2:(量程500μA,内阻约200Ω);电压表V1:(量程10V,内阻约100kΩ);电流表V2:(量程50V,内阻约500kΩ);电源E:(电动势15V,允许最大电流1A);滑动变阻器R:(最大阻值1kΩ);电键S,导线若干。
  (1)电流表应选___________,电压表应选___________。
  (2)画出实验电路图。
  【解析】
  (1)测量电路的選择:注意到电源电动势远小于电压表V2的量程,若选用电压表V2来测量电压,其最大偏转量达不到量程的一半,而电源电动势跟电压表V1的量程较接近,所以选用V1较恰当;而此时通过电流表的最大电流为400μA,因此,电流表A2与V1配置较好。
  (2)控制电路:电路选择主要从滑动变阻器对电路的控制和调节的角度考虑。若采用限流电路控制,注意到测量部分的总电阻约为20kΩ,远大于滑动变阻器的总电阻(1kΩ),要保证电表安全,变阻器分得的电压至少为5V,阻值应调到10kΩ,显然,限流不能起到保证电表安全的作用,更不能进行有效调节,所以,只能采用分压电路控制,实验电路如图所示。
  (二)伏安变式法
  伏安法测电阻的实验,用到了电压表和电流表。但是,有时候,没有电压表或是电流表,或是即使有了电压表、电流表,但量程不满足电路设计的需要,我们该怎么办呢?当已知一只电压表V内阻的时候,它可以活用为电流表;当已知一只电流表A内阻的时候,它可以活用为电压表,且有时候还要增加一个定值电阻,加大量程。
  用以上两种方法,前提是有一只仪表的内阻已知。要是两只同种电表内阻都未知,我们该怎么办呢?我们就需要一只电阻箱的配合才能测量,电阻箱在知道电流的情况下,可以测量电压;在知道电压的情况下,可以测量电流。
  刚才我们复习了伏安法、伏安修正法和伏安变式法等三大类的电阻测量方法,究其根本,都是离不开对欧姆定律的综合应用。其实,除了以上介绍的常见方法外,还有其它的一些方法,不过,万变不离其宗,希望大家在日常的练习中加以积累和总结。
  参考文献
  [1]李和新.常用的电阻测量方法.
  [2]付桐.中学物理探究性实验的教学设计及实践研究.
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