林再发
福建省泉州第五中学
摘要：物理学是一门以实验为基础的学科，电学实验设计是中学物理实验教学的一个重点，又是学生学习的难点。本文以伏安法测电阻实验为例，结合实例解析控制电路（变阻器接法）、测量电路（电流表内外接法）和器材（变阻器、电表等）的选择方法和技巧。
关键词：物理实验、电路设计、器材选择、方法、技巧
电学实验是高中物理的重点实验，在历届高考中频繁考查。电学实验的设计、电路和器材的选择比较灵活，是电学实验的考查重点，又是学生学习的难点。本文以伏安法测电阻实验为例，结合实例解析电路实验控制电路（变阻器接法）、测量电路（电流表内外接法）和器材（变阻器、电表等）的选择方法和技巧。
一、实验电路和器材选择应遵循的主要原则
安全性原则——实验过程中，不产生因器材或装置选择不当而使仪器发生损坏等不良后果。
准确性原则——要求实验能尽量减小系统误差和偶然误差。
方便性原则——在保证实验能够顺利进行的条件下，使实验操作方便易行，使所选电流表、电压表的示数随滑动变阻器滑片滑动平稳变化。
节能性原则——所选或设计的电路要尽可能耗电少，节能。
二、控制电路接法的选择
1、滑动变阻器规格的选择
如图甲所示的两种常用控制电路中，设电源电动势为E，不计内阻，滑动变阻器的全电阻为R0，待测电阻为Rx，待测电阻两端的电压U。
例1、测金属丝电阻率实验中用伏安法测电阻，金属丝电阻约4 Ω，现有下列器材：
直流电源E=3 V，内阻很小
电流表A（0~0.6 A，约1.0 Ω）
电压表V（0~3 V，约5 kΩ）
滑动变阻器R1（0~20 Ω）
滑动变阻器R2（0~100 Ω）
为了较准确测量金属丝的阻值，保证器材的安全，以及操作方便，滑动变阻器选 。
解析：由于金属丝电阻约4 Ω，滑动变阻器R1的电阻值与待测电阻值较为接近，故选R1。
点评：在伏安法测电阻的实验中，变阻器的规格通常选择与待测电阻值相近或小的变阻器。
（1）在滑动变阻器作限流作用时，应选总电阻R0大于Rx，一般2~5倍。
（2）在滑动变阻器作分压作用时，应选总电阻R0小于Rx，一般R0在0.1Rx~0.5Rx之间。
（3）当0.5Rx＜R0＜2Rx之间时，两种接法均可用。
2、滑动变阻器接法的选择
例2、图甲为某一热敏电阻（电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感）的I—U关系曲线图．为了通过测量得到图甲所示I—U关系的完整曲线，在图乙和图丙两个电路中应选择的是图 。
解析：因题中要求通过测量得到该热敏电阻I—U关系的完整曲线，即电压可从0调到所需电压，调节范围较大，所以应选乙电路。
例3、用伏安法测量一只定值电阻的实验所需的器材的规格为：
待测电阻Rx （约100 Ω）
直流毫安表（量程0~10 mA，内阻RA约50 Ω）
直流电压表（量程0~3 V，内阻RV约5 kΩ）
直流电源E（输出电压3 V，内阻可不计）
滑动变阻器R0（0~15 Ω，允许最大电流1 A）
电键一只，导线若干。
根据器材的规格和实验要求，应选图中的 图进行测量。
解析：若采用变阻器限流接法，可估算电路中可能出现的最小电流
，超过毫安表的量程10 mA，故只能采用变阻器分压接法，选乙图电路。
点评：通常变阻器以限流接法为主，但在下列三种情况下，必须选择分压接法。
（1）要求待测电阻的电压从零开始连续变化。
（2）变阻器的电阻R0比待测电阻Rx小得比较多，采用限流接法在变阻器的阻值变化过程中，电路中的电流变化太小。
（3）若采用限流接法时，电路中最小电流大于或等于待测电阻Rx的额定电流或电表的量程。
三、测量电路接法的选择
1、电流表内、外接法的比较
2、电流表内、外接法的选择
（1）当已知电压表、电流表及待测电阻的近似阻值时，采用阻值判断法或倍率比较法：
①阻值判断法：
当Rx>>RV，即待测电阻Rx阻值较小，约为几欧～几十欧时，采用外接法误差较小。
当Rx>>RA，即阻值较大，约为几千欧以上时，采用内接法误差较小。
②倍率比较法：
如果RV/Rx＞Rx/RA时，采用外接法误差小。
如果RV/Rx＜Rx/RA时，采用内接法误差小。
（2）当电压表、电流表及待测电阻的阻值均未知时，采用实验探测法（又称试触法）：
四、电压表和电流表的选择
电压表、电流表的指针偏角越大，读数的相对误差就越小，因此在选择电压表和电流表时，可以从电源的参数、估算测量电路中的最大电流（或者电压）及用电器的额定值等方面入手，遵循以下原则来选择：
（1）测量值不超过电表的量程或待测电阻的额定值；
（2）测量值应使表针有较大的偏转范围，一般最大偏角应达到1/2量程，至少1/3量程以上。
例5、用伏安法测量某电阻的阻值，现有实验器材如下：
待测电阻Rx（阻值大约为5 Ω，额定功率为1 W）
电流表A1（量程0～0.6Ａ，内阻0.2 Ω）
电流表A2（量程0~3 A，内阻0.05 Ω）
电压表V1（量程0~3 V，电阻3 kΩ）
电压表V2（量程0~15 V，内阻15 kΩ）
滑动变阻器R（0~50 Ω）
蓄电池（电动势为6 V）
开关、导线。
为了较准确测量Rx阻值，保证器材的安全，以及操作方便，电流表、电压表应选择 。
解析：由待测电阻Rx（阻值大约为5 Ω，额定功率为1 W）可估算出其最大电压约为2.24 V和最大电流约为0.45 A，故选A1和V1。
综上所述，伏安法测电阻实验的的电路和器材选择，应综合依据安全性、准确性、方便性、节能性原则，同时伏安法测电阻实验是高中电路实验的基础，以上所述的规律、方法和技巧大多可以迁移到其它电路实验。