朱獻(xiàn)珍

摘要： 設(shè)計(jì)性電學(xué)實(shí)驗(yàn)是近幾年高考的熱點(diǎn)，也是得分的難點(diǎn)。作者就如何針對設(shè)計(jì)性電學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有效復(fù)習(xí)展開探討， 結(jié)合教學(xué)實(shí)踐總結(jié)出“梳理知識、整合方法、形成思路、實(shí)踐實(shí)驗(yàn)”的四步復(fù)習(xí)法，有效促進(jìn)了學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶岣?，從而突破了這一難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 設(shè)計(jì)性電學(xué)實(shí)驗(yàn)三步復(fù)習(xí)法整合復(fù)習(xí)

設(shè)計(jì)性電學(xué)實(shí)驗(yàn)是近幾年高考的熱點(diǎn)，也是得分的難點(diǎn)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是學(xué)生在掌握的基本實(shí)驗(yàn)原理基礎(chǔ)上，應(yīng)用基本測量儀器自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)試題靈活度大，綜合性強(qiáng)，對學(xué)生能力考查要求較高。學(xué)生做這類試題時，往往存在“沒思路，確定不了實(shí)驗(yàn)原理”、“儀器選擇把握不準(zhǔn)”、“要考慮的因素太多，考慮不周全”等問題。針對以上問題，我在教學(xué)中采用了三步復(fù)習(xí)法，有效促進(jìn)了學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶岣?，從而突破了這一難點(diǎn)。具體過程如下。

一、梳理知識

1.基本儀器的使用要“心知肚明”。

熟練掌握基本儀器的使用是進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的前提，所以復(fù)習(xí)時應(yīng)對基本儀器的使用做一個全面系統(tǒng)的歸納、整理。

（1）電流表有內(nèi)接法和外接法。

復(fù)習(xí)比較電流表的兩種不同的接法，總結(jié)兩種接法的測量特點(diǎn)和選擇方法。

（2）滑動變阻器有限流式和分壓式。

復(fù)習(xí)歸納選擇滑動變阻器接法的原則：

①由于限流式電路能節(jié)約能源，一般情況下優(yōu)先選擇限流式接法。

②以下情況必須用分壓式：

要求電壓或電流從零開始連續(xù)調(diào)節(jié)；

采用限流式時，無論怎樣調(diào)節(jié)，電路中電壓或電流都超過電表量程；

所給滑動變阻器總阻值比待測電阻小得多。

③采用分壓式接法在滿足安全性原則的前提下，選阻值小的滑動變阻器。

④測干電池的電動勢和內(nèi)電阻實(shí)驗(yàn)時，由于內(nèi)阻較小，選阻值較小的滑動變阻器。

（3）定值電阻、變阻箱在電路中的作用。

①可作為保護(hù)電阻，有時同時起到增大讀數(shù)范圍的作用，如在測干電池的電動勢和內(nèi)阻時，定值電阻一般接在電壓表外側(cè)，既保護(hù)電路又可充當(dāng)電源的內(nèi)阻，增大路端電壓的讀數(shù)范圍。

②還可用于改裝電表，擴(kuò)大量程。

③可直接充當(dāng)電壓表和電流表。

④電阻箱，除具有定值電阻的作用外，可當(dāng)做可讀數(shù)的滑動變阻器來使用。

2.課本實(shí)驗(yàn)的原理要“成竹在胸”。

電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的試題均為課本實(shí)驗(yàn)的拓展與變式。立足課本，對課本實(shí)驗(yàn)基本原理和規(guī)律進(jìn)行整合、系統(tǒng)復(fù)習(xí)，是提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的基礎(chǔ)。

二、整合方法

1.整合包含設(shè)計(jì)型電學(xué)實(shí)驗(yàn)多種方法，促進(jìn)學(xué)生方法結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。

以下以測電阻為例:（1）伏安法；（2）安安法；（3）伏伏法；（4）替代法等。

圖1所示電路如伏特表、安培表內(nèi)阻未知根據(jù)盡可能減少誤差的方法選擇安培表內(nèi)接還是外接，如電壓表內(nèi)阻已知，采用安培表外接法可精確測量；如電流表內(nèi)阻已知采用安培表內(nèi)接可精確測量；

圖2所示電路采用安培表外接，與R并聯(lián)的電表內(nèi)阻需已知，采用安培表外接，兩個電表的內(nèi)阻均需為已知；

圖3所示電路伏特表內(nèi)接，與R串聯(lián)的電表的內(nèi)阻需為已知；伏特表外接，兩個電表的內(nèi)阻均需已知；

圖4所示電路采用替代法測電阻，開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中，控制電路不能動。

例1：用以下器材測量一待測電阻R的阻值（900—1000Ω）：

電源E，具有一定內(nèi)阻，電動勢約為9.0V；

電壓表V，量程為1.5V，內(nèi)阻r=750Ω；

電壓表V，量程為5V，內(nèi)阻r=2500Ω；

滑線變阻器R，最大阻值約為100Ω；

單刀單擲開關(guān)K，導(dǎo)線若干。

測量中要求電壓表的讀數(shù)不小于其量程的1/3出測量電阻R的一種實(shí)驗(yàn)電路原理圖（原理圖中的元件要用題圖中相應(yīng)的英文字母標(biāo)注）。

分析：由本題的所給器材和測量要求可確定采用伏伏法測電阻，由于兩個電壓表的內(nèi)阻均已知，既可采用伏特表外接，又可采用伏特表內(nèi)接，進(jìn)一步估算出電路圖如下兩種情況。

2.整合相似和相異的實(shí)驗(yàn)原理，拓展學(xué)生的方法結(jié)構(gòu)。

利用安安法和伏伏法，借助阻值已知的電阻或定值電阻可以用來測電表的內(nèi)阻。

三、形成思路

1.明確電路設(shè)計(jì)基本原則。

（1）安全原則；（2）準(zhǔn)確原則；（3）方便原則；（4）可行原則。

2.電學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般思路。

例2：某研究性學(xué)習(xí)小組為了測量一只阻值約3KΩ的電阻較為準(zhǔn)確的阻值，實(shí)驗(yàn)室可以提供的器材有：

A.電流表A（量程為300μA，內(nèi)阻R=100Ω）

B.電流表A（量程為1mA，內(nèi)阻R約為5Ω）

C.電壓表V（量程15V，內(nèi)阻約為10KΩ）

D.電阻箱R（阻值為0—9999.9Ω）

E.電阻箱R（阻值范圍為0—99.9Ω）

F．滑動變阻器R（最大阻值為10Ω）

G．滑動變阻器R（最大阻值為100Ω）

H．電源E（電動勢3V，最大允許電流200mA）

I．單刀單擲開關(guān)S、導(dǎo)線若干

（1）如果讓你設(shè)計(jì)測量電阻R阻值的實(shí)驗(yàn)電路，要求電表的讀數(shù)從零開始變化，請選擇合適的元件，在答題卷相應(yīng)的方框中畫出電路圖．要求圖中的元件用題中相應(yīng)的字母標(biāo)注出來。

（2）根據(jù)你所設(shè)計(jì)的方案，待測電阻的表達(dá)式為R=?搖?搖 ?搖?搖。

解析：

第一步，根據(jù)題意的要求要測量的是電阻的阻值，所提供的器材既有伏特表又有安培表，但是電源電動勢只有3V，約為伏特表量程的1/5，誤差太大，所以確定測電阻的方案為安安法；

第二步，由于電流表A得內(nèi)阻已知，考慮可以用來測電壓，但量程太小，只有0.03V，所以考慮串聯(lián)一個電阻箱增大量程，經(jīng)估算要達(dá)到量程為3V，需電阻箱的電阻為9900Ω，所以選電阻箱R；

第三步，根據(jù)題意要求電表的讀數(shù)從零開始變化，確定控制電路采用分壓是接法，從操作性方便去考慮分壓式連接應(yīng)選阻值小的滑動變阻器，但由于電源有最大允許電流200mA，只能選滑動變阻器R；

第四步，連成完整的電路，根據(jù)原理列式求解，R=。（設(shè)計(jì)電路如圖14）

總之，在電學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中，立足考綱要求的實(shí)驗(yàn)，在對實(shí)驗(yàn)原理、基本實(shí)驗(yàn)電路、實(shí)驗(yàn)器材性質(zhì)、特點(diǎn)等方面進(jìn)行整合復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過總結(jié)、比較、拓展等方法，構(gòu)建比較完整的實(shí)驗(yàn)方法體系，形成能解決該類問題的一般思路，是突破設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)這一難點(diǎn)的非常有效的途徑。

參考文獻(xiàn)：

［1］世紀(jì)金榜高中全程復(fù)習(xí)方略.延邊大學(xué)出版社.

［2］普通高中新課程·物理實(shí)驗(yàn)手冊（選修）.浙江科學(xué)技術(shù)出版社.

［3］普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·物理（教師用書）.人民教育出版社.