电学实验电路的设计

摘要：高中物理电学实验是教学的一大难点，尤其是实验器材的选择和实验电路的设计。要想增强实验教学效果，发挥学生的主体性，就必须从基础入手，学会电路的连接。以伏安法测电阻为例，来简述电路的设计思路。

关键词：电学实验 电路连接

一、实验电路（电流表内外接法）的选择

内、外接法是相对电流表的位置而言的。无论哪种接法，都会由于电表的内阻影响而带来测量误差。从下表的分析可以看出，合理的选择接法有利于减小误差。

（1）若Rx、RA、RV的大小大致可估计，可用以下方法来选择内、外接法：

当Rx较大，满足Rx远大于RA时，应采用内接法，因为此时电流表的分压作用很小；当Rx较小，满足Rx远小于RV时，应采用外接法，因为此时电压表的分流作用很小；当Rx的大小难以断定时，可采用计算临界值的方法确定大小。即算出临界电阻 ，若Rx>R0则视为大电阻，若Rx

（2）若Rx、RA、RV的大小关系事先没有给定，可用图示试触法确定内外接法。用电压表的一个接线柱分别试触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的示数变化明显，说明接M点时电压表分流作用引起的误差大于接N点时电流表分压引起的误差，这时应采用内接法。反之则应采用外接法。

例：有一小灯泡上标有“6V0.6W”的字样，现在要用伏安法测量这个灯泡的I—U图线，已知所用器材有：是电流表（0～0.3A，内阻1Ω）；电压表（0～15V，内阻20kΩ）；滑动变阻器（0～30Ω，2A）；学生电源（直流9V）；开关一只、导线若干。为使实验误差尽量减小，画出合理的实验电路图。

【分析与解】因为电压表内阻远大于灯泡的最大阻值60Ω，因此选择电流表外接法。电路如图所示。

在具体的实验中若RA、RV均不知的情况下，可用试触法判定电流表内接还是外接。

二、控制电路的选择

为改变被测电阻两端的电压（或被测电阻中的电流强度），常用滑动变阻器与电源的连接有两种不同的形式：限流接法和分压接法，这两种接法区别之处是：

在下列情况下应选择分压电路：

1、实验要求待测电阻两端电压从零开始连续变化。（范围大）

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。常见于变阻器全电阻远小于测量部分电阻的情况。（限不住）

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。

例如在上例中，电路若采用限流电路，电路中的最小电流为 ，Imin等于小灯泡额定电流，滑动变阻器无法对电流进行调节，故必须采用分压电路，如图所示。

所以，我们在选择电学实验仪器和实验电路时，应先依据题意确定电流表、电压表和滑动变阻器等仪器，然后确定电流表的内外接法，再选择控制电路并画出实验电路图。