解讀2011年高考全國(guó)理綜卷I電學(xué)實(shí)驗(yàn)題

許 文

（華中科技大學(xué)附屬中學(xué) 湖北 武漢 430074）

高考物理科的《考試說明》中明確指出，考生應(yīng)具有理解能力、推理能力、分析綜合能力、應(yīng)用數(shù)學(xué)工具處理物理問題的能力與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?其中對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ囊笫牵耗塥?dú)立的完成所列的實(shí)驗(yàn)，能明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模芾斫鈱?shí)驗(yàn)原理和方法，能控制實(shí)驗(yàn)條件，會(huì)使用儀器，會(huì)觀察、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，會(huì)記錄、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并得出結(jié)論，對(duì)結(jié)論進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)；能發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，并制定解決方案；能運(yùn)用已學(xué)過的物理理論、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)儀器去處理問題，包括簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn).

下面是一個(gè)電學(xué)實(shí)驗(yàn)題，此題的能力立意較高，考查了《考試說明》中的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，且具有一定的探究性，為以后的高考備考物理?shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)起到了一定的導(dǎo)向性作用.

題目：（2011年高考全國(guó)卷Ⅰ第23題）使用多用電表測(cè)量電阻時(shí)，多用電表內(nèi)部的電路可以等效為一個(gè)直流電源（一般為電池）、一個(gè)電阻和一個(gè)表頭相串聯(lián)，兩個(gè)表筆分別位于此串聯(lián)電路的兩端.現(xiàn)需要測(cè)量多用電表內(nèi)電池的電動(dòng)勢(shì)，給定的器材有：待測(cè)多用電表、量程為60mA的電流表、電阻箱、導(dǎo)線若干.實(shí)驗(yàn)時(shí)，將多用電表調(diào)至×1Ω擋，調(diào)好零點(diǎn)；電阻箱置于適當(dāng)數(shù)值完成下列填空：

（1）儀器連線如圖1所示（a和b是多用電表的兩個(gè)表筆），若兩電表均正常工作，則表筆a為______（填“紅”或“黑”）色；

圖1

（2）若適當(dāng)調(diào)節(jié)電阻箱后，圖1中多用電表、電流表與電阻箱的示數(shù)分別如圖2（a）、（b）、（c）所示，則多用電表的讀數(shù)為______Ω，電流表的讀數(shù)為______mA，電阻箱的讀數(shù)為______Ω；

（3）將圖1中多用電表的兩表筆短接，此時(shí)流過多用電表的電流為______mA（保留3位有效數(shù)字）；

（4）計(jì)算得到多用電表內(nèi)電池的電動(dòng)勢(shì)為______V（保留3位有效數(shù)字）.

圖2

解析：此題的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菧y(cè)量多用電表內(nèi)電池的電動(dòng)勢(shì)E，但同時(shí)還考查了多用表的基本結(jié)構(gòu)，基本測(cè)量?jī)x器的讀數(shù)，實(shí)驗(yàn)的基本原理與創(chuàng)新設(shè)計(jì).具體表現(xiàn)在以下方面.

（1）基本測(cè)量?jī)x器的使用與讀數(shù)

中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中對(duì)于一般的基本測(cè)量?jī)x器的讀數(shù)需要進(jìn)行估讀，但對(duì)不同的測(cè)量器材往往有不同的估讀要求.本實(shí)驗(yàn)主要是電阻箱及電表的使用與讀數(shù).由于受電表等級(jí)與測(cè)量精度的影響，電表通用的估讀規(guī)則是：最小分度是1，0.1，0.01的電表，要求在最小分度的下位按進(jìn)行估讀；最小分度是2，0.2，0.02或5，0.5，0.05的電表，要求在最小分度的本位按或進(jìn)行估讀；對(duì)刻度不均勻的電表（如Ω刻度），也要求在最小刻度的本位進(jìn)行估讀；對(duì)于電阻箱、機(jī)械秒表、游標(biāo)卡尺等測(cè)量?jī)x器則不需要估讀.

本題中多用電表的選擇開關(guān)調(diào)至×1Ω擋，由于Ω刻度線不均勻，因此不需要在最小刻度的下位進(jìn)行估讀.題中圖2（a）指針指示刻度14（已在最小刻度的本位進(jìn)行估讀），其讀數(shù)為14×1Ω＝14Ω；圖2（b）中電流表的最小分度是1mA，指針指示刻度為53.0（其中末位“0”是在最小刻度的下位進(jìn)行的估讀），因此電流表的讀數(shù)應(yīng)為53.0mA；圖2（c）中 電 阻 箱 的 讀 數(shù) 為 （0×1 0 0＋0×1 0＋4×1＋6×0.1）Ω＝4.6Ω.

（2）基本儀器結(jié)構(gòu)與原理

多用電表的表盤如圖3所示，選用Ω擋測(cè)電阻時(shí)其原理是閉合電路歐姆定律.這時(shí)表的結(jié)構(gòu)原理圖如圖4所示.考慮到多用電表的其他用途（如測(cè)電流、測(cè)電壓等）的統(tǒng)一性，即不論使用多用電表的哪個(gè)擋，電流總是從正接線柱（紅表筆）進(jìn)入電表，而從負(fù)接線柱（黑表筆）流出.因此本題中第（1）問在按圖1所示的測(cè)量電路中兩電表若均正常，則電流應(yīng)從多用表筆a流出，表筆a接的正極，故表筆應(yīng)為a黑色.

圖3

圖4

如圖4所示，設(shè)多用電表內(nèi)電池的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，表頭內(nèi)阻為rg，滿偏電流為Ig.將兩表筆短接調(diào)好零點(diǎn)時(shí)，調(diào)零電阻的阻值為R0，此時(shí)應(yīng)有

在測(cè)量某一電阻RZ時(shí)，若指針指到中央刻度應(yīng)有

由（1）、（2）兩式得歐姆刻度線中值電阻為

即為歐姆表的總內(nèi)阻.從題給圖2（a）看出此多用表的中值電阻

即

圖2（b）中電流表讀數(shù)I＝53.0mA，多用電表此時(shí)測(cè)出的值即為電阻箱電阻R與電流表內(nèi)阻RA之和，即R＋RA＝14Ω.由閉合電路的歐姆定律得

（保留3位有效數(shù)字）.

如果將圖1中多用電表的兩表筆短接，此時(shí)流過多用電表的電流為

（保留3位有效數(shù)字）.

結(jié)語：本題第（1）問考查了對(duì)基本儀器結(jié)構(gòu)的了解；第（2）問考查了基本測(cè)量?jī)x器的讀數(shù)與基本實(shí)驗(yàn)儀器的使用能力.按讀數(shù)規(guī)則，本題中圖2（a）的讀數(shù)為14Ω（標(biāo)準(zhǔn)答案中給出14.0Ω值得商榷）.第（3）問與第（4）問考查了實(shí)驗(yàn)觀察能力與對(duì)實(shí)驗(yàn)基本原理的理解能力，同時(shí)還考查了有效數(shù)字的處理能力，且具有一定的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想.這些都體現(xiàn)了物理科《考試大綱》的基本要求.目前新課程改革中特別強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力，這些在以后的高考備考中要倍加關(guān)注.