徐修文

【摘要】電學(xué)實(shí)驗(yàn)題在歷年高考中出現(xiàn)的頻率極高，而高考對電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的考察，往往是將多個(gè)電學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綜合，考察的是學(xué)生對各個(gè)實(shí)驗(yàn)的綜合運(yùn)用能力，故其難度和靈活度比較大。本文認(rèn)為電學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合設(shè)計(jì)題大體可分為兩大綜合：一是以測電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)為主線，穿插電流表和電壓表改裝和伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)知識(shí)；更重要的是另一根主線：描繪伏安特性曲線測電阻或電阻率，穿插電流表和滑動(dòng)變阻器接法以及多用表的使用和游標(biāo)卡尺和螺旋測微器讀數(shù)的知識(shí)。本文就如何設(shè)計(jì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)以及綜合運(yùn)用電學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)談?wù)劚救说囊娊狻?/p>

【關(guān)鍵詞】電學(xué)實(shí)驗(yàn) 綜合設(shè)計(jì) 主線 輔線

俗語“得理綜者得天下”。而從歷年高考和親身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)來看，高考理綜電學(xué)實(shí)驗(yàn)題往往是幾個(gè)電學(xué)實(shí)驗(yàn)的綜合運(yùn)用設(shè)計(jì)，難度和靈活度較高。物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的得分率不高，學(xué)生也反應(yīng)解物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題很費(fèi)時(shí)，而且對自己解答的結(jié)果很疑惑！這嚴(yán)重影響了考生的情緒和信心，對后面綜合大題的正常發(fā)揮不利。為加強(qiáng)考生實(shí)驗(yàn)題設(shè)計(jì)能力，打牢考生電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是關(guān)鍵，把握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路和步驟是主線，培養(yǎng)考生良好的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)習(xí)慣和能力是長遠(yuǎn)目標(biāo)。本文認(rèn)為電學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合設(shè)計(jì)題大體可分為兩大綜合：一是以測電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)為主線，穿插電流表和電壓表改裝和伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)知識(shí)；更重要的是另一根主線：描繪伏安特性曲線測電阻或電阻率，穿插電流表和滑動(dòng)變阻器接法以及多用表的使用和游標(biāo)卡尺和螺旋測微器讀數(shù)的知識(shí)。以下將具體闡述高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的主線和輔線，以及它們對電學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合設(shè)計(jì)的作用。

一、背景分析

知己知彼才能百戰(zhàn)不殆，那么先來回味下高中各個(gè)電學(xué)實(shí)驗(yàn)。

（一）教材分析

高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)夸洠海ㄔ斠姼咧形锢磉x修3—1第二章）

①繪小燈泡的伏安特性曲線：②電流表和電壓表的改裝：③測定電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻：④測定金屬電阻和電阻率：⑤示波器的使用：⑥用多用電表探索黑箱內(nèi)的電學(xué)元件⑦傳感器

（二）考情分析

高考作為電學(xué)實(shí)驗(yàn)主線的有兩條：①測定電源電動(dòng)勢E和內(nèi)阻r ②描繪伏安特性曲線測電阻或電阻率。

作為輔助實(shí)驗(yàn)知識(shí)的有：

電流表和電壓表的改裝多用表的讀數(shù)及使用，電流表內(nèi)接和外接 滑動(dòng)變阻器限流分壓接法游標(biāo)卡尺螺旋測微器的讀數(shù)。（對于半偏法測電阻只做介紹，了解其設(shè)計(jì)思路，人教版高中物理選修3—1教材已將該內(nèi)容刪除。）

二、實(shí)施綱要

對于如何做好電學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)題，可從以下兩方面具體著手：

（一）把握好主線靈活變通

本文考情分析中提到的高考電學(xué)實(shí)驗(yàn)的兩條主線：測定電源電動(dòng)勢E和內(nèi)阻r、描繪伏安特性曲線測電阻或電阻率，是解決電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的關(guān)鍵，電學(xué)實(shí)驗(yàn)的電路圖和實(shí)驗(yàn)原理也是根據(jù)這兩條主線衍生而來！

第一大類主線：測電源E和r

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模孩僬莆諟y定電池E和r的原理和實(shí)驗(yàn)方法。②學(xué)習(xí)用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)原理：閉合電路歐姆定律：E=U+Ir（U是路段電壓，I是干路電流）

實(shí)驗(yàn)電路圖1（源于人教版教材圖）

圖1

當(dāng)然高考是選拔性考試，電學(xué)實(shí)驗(yàn)的電路圖肯定有所變通，但基本設(shè)計(jì)思想

是源于教材上的電路圖，所以把握好教材提供的電路圖和實(shí)驗(yàn)原理是基礎(chǔ)，具體應(yīng)用要按題目要求改裝設(shè)計(jì)。

第二大類主線：描繪伏安特性曲線測電阻或電阻率

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模孩倜枥L小燈泡的伏安特性曲線.②分析曲線的變化規(guī)律。

實(shí)驗(yàn)原理：歐姆定律U=IR 做伏安特性曲線（如果測電阻率ρ=RS/l）

教材所提供的實(shí)驗(yàn)電路圖，如圖2：

圖2

這條主線變化的形式比較多，可以用來測小燈泡電阻和其他形式的電阻阻值，也可用來間接測電阻率。并且這條主線涉及到的輔助實(shí)驗(yàn)知識(shí)比較多，如電流表內(nèi)外接法，滑動(dòng)變阻器分壓、分流接法，可能還會(huì)設(shè)計(jì)到電流表電壓表的改裝。對于測電阻率ρ，還會(huì)用到游標(biāo)卡尺和螺旋測微器的使用讀數(shù)知識(shí)。

（二）夯實(shí)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)，以靜制動(dòng)

平時(shí)的測驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生知道電學(xué)實(shí)驗(yàn)主線的選擇，但是得分率卻失分低。仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)這些學(xué)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)薄弱，滑動(dòng)變阻器分壓、分流接法不分，電流表內(nèi)外接法不分，并且實(shí)驗(yàn)總結(jié)處理能力不強(qiáng)，所以打牢學(xué)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)尤為重要。下面本文將例舉電學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合中，幾點(diǎn)重要的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)，本文把它們稱為輔助兩條主線的基本輔助知識(shí)?；据o助知識(shí)一：電流表內(nèi)外接法的選擇

測量未知電阻的原理是R= ，由于測量所需的電表實(shí)際上是非理想的，所以在測量未知電阻兩端電壓U和通過的電流I時(shí)，必然存在誤差，即系統(tǒng)誤差，要在實(shí)際測量中有效地減少這種由于電表測量所引起的系統(tǒng)誤差，必須依照以下原則：

（1）若 > ，一般選電流表的內(nèi)接法。如圖（a）所示。由于該電路中，電壓表的讀數(shù)U表示被測電阻Rx與電流表A串聯(lián)后的總電壓，電流表的讀數(shù)I表示通過本身和Rx的電流，所以使用該電路所測電阻R測= =Rx+RA，比真實(shí)值Rx大了RA，相對誤差a=

（2）若 < ，一般選電流表外接法。如圖（b）所示。由于該電路中電壓表的讀數(shù)U表示Rx兩端電壓，電流表的讀數(shù)I表示通過Rx與RV并聯(lián)電路的總電流，所以使用該電流所測電阻

R測= 也比真實(shí)值Rx略小些，相對誤差a= .

基本輔助知識(shí)二：滑動(dòng)變阻器分壓與限流接法的選擇

在沒有特殊指明的情況下，從減小電能損耗和接線方便的角度考慮，變阻器通常選用限流接法，但在出現(xiàn)下述情況時(shí)，則必須選擇分壓接法。

（1）若采用限流電路時(shí)，如果電路中的最小電流大于等于被測電阻Rx的額定電流或所給電表的量程時(shí)，必須選用分壓電路；

（2）滑動(dòng)變阻器全阻值R遠(yuǎn)小于或者遠(yuǎn)大于被測電阻Rx或電路中串聯(lián)的其他電阻的阻值，而實(shí)驗(yàn)要求電壓變化范圍較大（或要求測量多組數(shù)據(jù)）時(shí)，必須采用分壓電路；

（3）實(shí)驗(yàn)中要求電壓從零開始并連續(xù)變化時(shí)須采用分壓電路；

綜上所述，對于理綜電學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合設(shè)計(jì)，首先要把握好主線，選擇好控制電路滑動(dòng)變阻器的接法：主線一測電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻采用限流接法，主線二描繪伏安特性曲線測電阻或電阻率，大多采用分壓接法，具體選擇參考本文的輔線二。

【參考文獻(xiàn)】

[1]高中物理選修3-1教科書。