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对初中物理实验中电表学习的思考
【关键词】 ；
【正文】 【摘 要】 电表的使用初中物理电学实验的一个重点.我们在电表学习时，会忽略一些细节.本文就电表实验学习中出现的一些现象进行了思考、分析，提出了一些见解，就常见问题给出了解决方案。
【关键词】 初中物理；电流表；电压表；伏安法；电阻的测量
电流表、电压表是初中物理电学实验常用测量仪器，在初中物理课程标准中对其要求为：会使用电流表和电压表。所以这个两个电表的实验操作是我们这部分学习的重点之一。实验操作的关键在于规范的理解和落实，在学完电表的使用之后，本人对电表的使用存在一些疑问和想法，就着所使用的器材，通过查阅资料，询问老师，和同学一起探究，形成以下内容。
一、对电表面盘的解读
如图1、图2所示为初中物理实验中常用的双量程直流电流表、电压表，表盘正中央“A”（“V”）表示该电表为电流表（电压表），字母下端“—”表示此电表为直流电表，图3字母下端“—”表示此电表为交直流电表，刻度盘上下排分别对应不同的量程。这些都是课本上有介绍的，老师上课时也有讲解。除此之外，表盘右下还有一些符号，为了使用规范，我们对每个符号的意义了解一下。
“∩”表示表头为磁电式结构。
“∠”表示表盘的工作位置与水平面成45°，若表盘与水平面夹角减少时，会发现指针向右偏转，反之，指针会左偏。这说明，我们对电表“校零”时，要保持电表在水平桌面不动，此时表盘与水平面夹角就是45°，如果没有水平放置，会造成偏差。
“☆”表示电表的耐压测试值为500V，耐压测试值，是指表头与地线之间的绝缘电压。有些电表在五角星中标有数字，如 ，内有数字5，表示电表耐压测试值为5KV。
“2.5”表示电表的准确度等级，在长度测量中，刻度尺的最大绝对误差为最小刻度的一半，但在电表使用中的最大绝对误差由电表的量程和准确度等级共同决定，如在使用2.5级的电表，最大绝对误差为2.5%与量程所对应最大值的乘积，则我们实验中所对应的最大绝对误差值（Δ）分别为：“0~0.6A”时0.015A（分度值0.02A），“0~3A”时0.075A（分度值0.1A），“0~3V”时0.075V（分度值0.1V），“0~15V”时0.375V（分度值0.5V）.由以上分析可知：我们所使用的电表的准确度级别较低，不需要对电流、电压进行估值。另外在测量中，如果测量值超过量程一半，测量的相对误差（δ）就<5%。所以我们在测量值不超过量程的条件下，选择直流电表的量程尽量取小量程，这样相当误差更小。我们学习的过程中，老师一般不介绍绝对误差和相对，但我们也可以根据以往测量的经验可知，小量程的分度值更小，精确度更高。
二、对电表电路结构的分析
电表内部结构经查阅资料分别可知图4和图5。
我们实验用的电流表的测量电路如图4所示：
其中（RG1+R2） R2>R1。
从图中我们可以得出：
使用“0~0.6A”量程时，电流表内阻为RA=■≈R1+R2
使用“0~3A”量程时，电流表内阻为RA=■≈R2.
我们实验用的电流表的测量电路如图5所示：
从图中我们可以得出：
使用“0~3V”量程时，电流表内阻为：RV=RG2+R3.
使用“0~15V”量程时，电流表内阻为：RV=RG2+R3+R4.
经过充分了解实验器材的结构、原理，我对实验设计有了更深的理解.
三、关于电表使用的探究
1.我们普遍使用安培表外接法原因分析
在同学们分析、设计、作图、实验中，无论是“探究电流与电压、电流关系”、还是“使用欧姆定律测电阻”，甚至“测量小灯泡的功率”。我们大部分都使用安培表外接法，虽然在习题中我们接触过安培表内接法，但绝大部分同学没有可以使用内接法的意识。经过思考，可能存在以下几点原因。
原因一，老师在进行涉及电压表和电流表的分析的教学时，都让我们采取理想化模型的方法来处理，电流表等效成导线，电压表等效成断路。若电路比较复杂时，我们可以先将电压表去掉，在这种分析中，我们首先感觉到电压表在电路中属于一个可有可无的角色，多个它少个它不会影响电路结构，所以我们下意识会在设计、实验中将电压表安排到最后。
原因二，在“探究电流与电压、电流关系”实验时，由于它是我们首次将电压表和电流表结合使用的实验，老师为了考虑课堂效率，在让我们设计电路和连接电路时，都采用了简洁、高效方法。在我们学习过程中，很多老师都是让我们先把串联电路部分设计好、连接好，最后再将电压表接到定值电阻两端测电压，以保证连接电路的正确率，在这种方法之下，我们也会主动使用安培表外接法。
2.初中物理实验中安培表外接法和内接法误差分析
由实验器材已知，电流表部分：R1=0.025Ω，R2=0.1Ω.
电压表部分：RG2=100Ω，R3=5KΩ，R4=20KΩ.
（1）.电流表外接时误差分析
如图6，此时电表不作理想电表处理，由于电压表RV不为无穷大，则它会分去部分电流，使测得的电流偏大，因此，由R测=■测得的电阻会偏小.
测量值为：R测=■=■＜RX.
绝对误差为：△R外=|R测-RX|=|■-RX|=■.
相对误差为：δ外=|■|=■.
设待测电阻为RX=10Ω，电压表所选量程为“0~3V”此时RX=5100Ω.
则该实验中的δ外≈0.2%.
（2）.电流表内接时误差分析
如图7，同理，由于电流表RA不为0，则它会分担部分电压，使测得的电压偏大，因此，由R测=■测得的电阻会偏大.
测量值为：R测=■=RA+RX＞RX.
绝对误差为：△R内=|R测-RA|=RA.
相对误差为：δ外=|■|=■.
设待测电阻为RX=10Ω，电流表所选量程为“0~0.6A”，此时RA=0.125Ω.
则该实验中的δ内=1.25% .
将两次计算结论进行比较：使用内接法时δ内=1.25%，使用外接法时δ外≈0.2%.
看起来外接法相对误差比内接法小得多，但我们实际实验中所使用的电表都是精确度为2.5%的，此时内接法和外接法的1.25%和0.2%的误差都可以忽略不计.
在实验室还有另一种电流表，电流表部分：R1=0.22Ω，R2=0.91Ω，这种RA=1.13Ω，那么此时δ内=11.3%，根据此时的误差计算结果，可以明显判断出，这种电流表在本次实验中只能使用外接法，不能使用内接法了.
通过对内接法和外接法分析可知，貌似简单的现象，包含着复杂的道理.所以在学习中，我们不能对所学的细节含含糊糊，因为在小小的细节中，可能会隐藏着更奇妙、更深奥的问题.
四、对此现象的反思和小结
从我们实验中普遍使用外接法这个小小的现象进行分析，我们可以发现，原有的学习经验会影响我们对物理的分析、观察、联想、设计、实验、归纳等.因此，我们在学习中不能一直依靠老的经验，而是要多思善想，毕竟多思能促发我们的思维发散.在遇到问题时，我们不能拘囿于故知，在学习时，不能仅将课堂所学作为金科玉律，而是要多问几个为什么，多思考几个怎么办.这样学习方式，可以让我们在学习中有更深、更广的收获.
参考文献：
[1]刘炳昇，李容.物理 九年级上册[M].第三版.江苏：江苏凤凰科学技术出版社，2013 （6）.
[2]刘炳昇，李容.物理 九年级上册 教师教学用书[M].第二版.江苏：江苏凤凰科学技术出版社，2013 （8）.
[3]叶兵，孔德生. 义务教育学科核心素养· 关键能力测评与教学，初中物理[M].第一版.南京：江苏凤凰出版社，2018（6）.
【关键词】 初中物理；电流表；电压表；伏安法；电阻的测量
电流表、电压表是初中物理电学实验常用测量仪器，在初中物理课程标准中对其要求为：会使用电流表和电压表。所以这个两个电表的实验操作是我们这部分学习的重点之一。实验操作的关键在于规范的理解和落实，在学完电表的使用之后，本人对电表的使用存在一些疑问和想法，就着所使用的器材，通过查阅资料，询问老师，和同学一起探究，形成以下内容。
一、对电表面盘的解读
如图1、图2所示为初中物理实验中常用的双量程直流电流表、电压表，表盘正中央“A”（“V”）表示该电表为电流表（电压表），字母下端“—”表示此电表为直流电表，图3字母下端“—”表示此电表为交直流电表，刻度盘上下排分别对应不同的量程。这些都是课本上有介绍的，老师上课时也有讲解。除此之外，表盘右下还有一些符号，为了使用规范，我们对每个符号的意义了解一下。
“∩”表示表头为磁电式结构。
“∠”表示表盘的工作位置与水平面成45°，若表盘与水平面夹角减少时，会发现指针向右偏转，反之，指针会左偏。这说明，我们对电表“校零”时，要保持电表在水平桌面不动，此时表盘与水平面夹角就是45°，如果没有水平放置，会造成偏差。
“☆”表示电表的耐压测试值为500V，耐压测试值，是指表头与地线之间的绝缘电压。有些电表在五角星中标有数字，如 ，内有数字5，表示电表耐压测试值为5KV。
“2.5”表示电表的准确度等级，在长度测量中，刻度尺的最大绝对误差为最小刻度的一半，但在电表使用中的最大绝对误差由电表的量程和准确度等级共同决定，如在使用2.5级的电表，最大绝对误差为2.5%与量程所对应最大值的乘积，则我们实验中所对应的最大绝对误差值（Δ）分别为：“0~0.6A”时0.015A（分度值0.02A），“0~3A”时0.075A（分度值0.1A），“0~3V”时0.075V（分度值0.1V），“0~15V”时0.375V（分度值0.5V）.由以上分析可知：我们所使用的电表的准确度级别较低，不需要对电流、电压进行估值。另外在测量中，如果测量值超过量程一半，测量的相对误差（δ）就<5%。所以我们在测量值不超过量程的条件下，选择直流电表的量程尽量取小量程，这样相当误差更小。我们学习的过程中，老师一般不介绍绝对误差和相对，但我们也可以根据以往测量的经验可知，小量程的分度值更小，精确度更高。
二、对电表电路结构的分析
电表内部结构经查阅资料分别可知图4和图5。
我们实验用的电流表的测量电路如图4所示：
其中（RG1+R2） R2>R1。
从图中我们可以得出：
使用“0~0.6A”量程时，电流表内阻为RA=■≈R1+R2
使用“0~3A”量程时，电流表内阻为RA=■≈R2.
我们实验用的电流表的测量电路如图5所示：
从图中我们可以得出：
使用“0~3V”量程时，电流表内阻为：RV=RG2+R3.
使用“0~15V”量程时，电流表内阻为：RV=RG2+R3+R4.
经过充分了解实验器材的结构、原理，我对实验设计有了更深的理解.
三、关于电表使用的探究
1.我们普遍使用安培表外接法原因分析
在同学们分析、设计、作图、实验中，无论是“探究电流与电压、电流关系”、还是“使用欧姆定律测电阻”，甚至“测量小灯泡的功率”。我们大部分都使用安培表外接法，虽然在习题中我们接触过安培表内接法，但绝大部分同学没有可以使用内接法的意识。经过思考，可能存在以下几点原因。
原因一，老师在进行涉及电压表和电流表的分析的教学时，都让我们采取理想化模型的方法来处理，电流表等效成导线，电压表等效成断路。若电路比较复杂时，我们可以先将电压表去掉，在这种分析中，我们首先感觉到电压表在电路中属于一个可有可无的角色，多个它少个它不会影响电路结构，所以我们下意识会在设计、实验中将电压表安排到最后。
原因二，在“探究电流与电压、电流关系”实验时，由于它是我们首次将电压表和电流表结合使用的实验，老师为了考虑课堂效率，在让我们设计电路和连接电路时，都采用了简洁、高效方法。在我们学习过程中，很多老师都是让我们先把串联电路部分设计好、连接好，最后再将电压表接到定值电阻两端测电压，以保证连接电路的正确率，在这种方法之下，我们也会主动使用安培表外接法。
2.初中物理实验中安培表外接法和内接法误差分析
由实验器材已知，电流表部分：R1=0.025Ω，R2=0.1Ω.
电压表部分：RG2=100Ω，R3=5KΩ，R4=20KΩ.
（1）.电流表外接时误差分析
如图6，此时电表不作理想电表处理，由于电压表RV不为无穷大，则它会分去部分电流，使测得的电流偏大，因此，由R测=■测得的电阻会偏小.
测量值为：R测=■=■＜RX.
绝对误差为：△R外=|R测-RX|=|■-RX|=■.
相对误差为：δ外=|■|=■.
设待测电阻为RX=10Ω，电压表所选量程为“0~3V”此时RX=5100Ω.
则该实验中的δ外≈0.2%.
（2）.电流表内接时误差分析
如图7，同理，由于电流表RA不为0，则它会分担部分电压，使测得的电压偏大，因此，由R测=■测得的电阻会偏大.
测量值为：R测=■=RA+RX＞RX.
绝对误差为：△R内=|R测-RA|=RA.
相对误差为：δ外=|■|=■.
设待测电阻为RX=10Ω，电流表所选量程为“0~0.6A”，此时RA=0.125Ω.
则该实验中的δ内=1.25% .
将两次计算结论进行比较：使用内接法时δ内=1.25%，使用外接法时δ外≈0.2%.
看起来外接法相对误差比内接法小得多，但我们实际实验中所使用的电表都是精确度为2.5%的，此时内接法和外接法的1.25%和0.2%的误差都可以忽略不计.
在实验室还有另一种电流表，电流表部分：R1=0.22Ω，R2=0.91Ω，这种RA=1.13Ω，那么此时δ内=11.3%，根据此时的误差计算结果，可以明显判断出，这种电流表在本次实验中只能使用外接法，不能使用内接法了.
通过对内接法和外接法分析可知，貌似简单的现象，包含着复杂的道理.所以在学习中，我们不能对所学的细节含含糊糊，因为在小小的细节中，可能会隐藏着更奇妙、更深奥的问题.
四、对此现象的反思和小结
从我们实验中普遍使用外接法这个小小的现象进行分析，我们可以发现，原有的学习经验会影响我们对物理的分析、观察、联想、设计、实验、归纳等.因此，我们在学习中不能一直依靠老的经验，而是要多思善想，毕竟多思能促发我们的思维发散.在遇到问题时，我们不能拘囿于故知，在学习时，不能仅将课堂所学作为金科玉律，而是要多问几个为什么，多思考几个怎么办.这样学习方式，可以让我们在学习中有更深、更广的收获.
参考文献：
[1]刘炳昇，李容.物理 九年级上册[M].第三版.江苏：江苏凤凰科学技术出版社，2013 （6）.
[2]刘炳昇，李容.物理 九年级上册 教师教学用书[M].第二版.江苏：江苏凤凰科学技术出版社，2013 （8）.
[3]叶兵，孔德生. 义务教育学科核心素养· 关键能力测评与教学，初中物理[M].第一版.南京：江苏凤凰出版社，2018（6）.
- 【发布时间】2020/6/10 17:08:01
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