高考電學(xué)實驗復(fù)習(xí)策略

王國紅，高考全省“十連冠”功勛教師，現(xiàn)任高三物理備課組組長。

編者按：“你要戰(zhàn)，便作戰(zhàn)！”《射雕英雄傳》里成吉思汗答復(fù)花剌子模的戰(zhàn)書可謂是豪氣萬千。支撐著這豪氣的，是雄厚的實力與細致的戰(zhàn)備。面對無可回避的電學(xué)實驗題，我們既要有敢于面對的勇氣，更需要做的，就是要了解電學(xué)實驗高考經(jīng)?？际裁?？怎么考？從而有目的地復(fù)習(xí)，在有限的時間內(nèi)快速提高自身實力，備考應(yīng)戰(zhàn)。

由于高考理綜物理必考部分通常只有12道題，受此限制，大部分高考理綜卷都未對恒定電流一章的知識另外單獨設(shè)題考查，而電學(xué)實驗不僅考查了大綱和考試說明所要求的獨立完成實驗的能力和實驗設(shè)計能力，同時也有效地考查了電學(xué)基礎(chǔ)知識。此外，電學(xué)實驗題尤其是設(shè)計性電學(xué)實驗題富于變化，為命題者提供了廣闊的命題空間?；谏鲜鲈?，電學(xué)實驗備受出題人的青睞，幾乎是每年必考。

一、高考電學(xué)實驗考什么

縱觀近兩年的全國14套高考試題，除了上海等一些個別省份考了電磁感應(yīng)的實驗，其他省份考的都是穩(wěn)恒電流的實驗，以實驗室中電阻的測量為依托，考查了基本儀器的使用、讀數(shù)，儀器的選擇，電路的連接，原理的設(shè)計，數(shù)據(jù)的處理等多方面的內(nèi)容。其中，基本儀器的讀數(shù)是出現(xiàn)頻率很高的一個考點，在2012年、2013年分別有5套和4套試卷涉及基本儀器的讀數(shù)，而實物連接更是在2013年14套卷中的8套卷中出現(xiàn)，說明現(xiàn)在的高考更注重對考生動手能力的考查與實驗探究能力的考查。

二、在復(fù)習(xí)中要注意什么問題

1.注意基本儀器的使用

基本儀器的讀數(shù)和使用是中學(xué)物理實驗教學(xué)的基礎(chǔ)，同樣也是高考實驗試題考查的重要內(nèi)容?！犊荚嚧缶V》要求會使用的儀器中，刻度尺、天平、彈簧秤、溫度表等的使用，已在初中進行系統(tǒng)、重點的學(xué)習(xí)和考查，而與電路實驗相關(guān)的器材——電流表、電壓表、多用電表、滑動變阻器、電阻箱、螺旋測微器等就理所當(dāng)然地成為高考考查的重點。

（1）螺旋測微器、游標(biāo)卡尺的使用與讀數(shù)

真題1 （2012廣東高考題節(jié)選）某同學(xué)測量一個圓柱體的電阻率，需要測量圓柱體的尺寸和電阻。分別使用游標(biāo)卡尺和螺旋測微器測量圓柱體的長度和直徑，某次測量的示數(shù)如圖1和圖2所示，長度為 cm，直徑為 mm。（參考答案見文末，下同）

圖1 圖2

總結(jié)：對于游標(biāo)卡尺與螺旋測微器要清楚其使用原理，弄清楚是怎樣把小量放大進行測量的。游標(biāo)卡尺出錯率比較高，主要是要分清游標(biāo)卡尺有10分度、20分度、50分度，清楚了原理其精確度就不用死記了。還有游標(biāo)卡尺的半毫米刻度線是否露出又是一個易錯點，這些易錯點要在改錯本上進行記錄，這樣就能保證不失分。

（2）電表的使用與讀數(shù)

真題2（2013上海高考題節(jié)選）為確定某電子元件的電氣特性，做如下測量：用多用表測量該元件的電阻，選用“×100”倍率的電阻擋測量，發(fā)現(xiàn)多用表指針偏轉(zhuǎn)過大，因此需選擇 倍率的電阻擋（填 “×10”或“×1k”），并 再進行測量，多用表的示數(shù)如圖3所示，測量結(jié)果為 Ω。

圖3

真題3（2011海南高考）圖4是改裝并校準(zhǔn)電流表的電路圖，已知表頭的量程為Ig=600μA，內(nèi)阻為Rg，是標(biāo)準(zhǔn)電流表，要求改裝后的電流表量程為I=60mA。完成下列填空。

（1）圖4中分流電阻RP的阻值為 。

（2）在電表改裝完成后的某次校準(zhǔn)測量中，表的示數(shù)如圖5所示，由此讀出流過電流表的電流為

mA。此時流過分流電阻RP的電流為 mA（保留一位小數(shù)）。

總結(jié)：在學(xué)習(xí)這些基本儀器使用方法時，應(yīng)抓住各種基本測量儀器的共性：

（1）各種基本測量儀器都有一定的量程。

（2）使用測量儀器前通常都要調(diào)節(jié)零點或校正零點，否則測出的數(shù)據(jù)就不準(zhǔn)確。

（3）會正確讀數(shù)。關(guān)鍵是會讀出儀器的最小刻度值，會從最小刻度之間估計出一位有效數(shù)字。

（4）根據(jù)儀器的構(gòu)造原理，掌握它的使用方法和使用規(guī)則。

（5）為了減小誤差，應(yīng)掌握使用儀表所用量程的三分之二左右讀數(shù)。

2.重視動手能力的培養(yǎng)

如上文所述，實物連接在高考卷中頻頻出現(xiàn)，說明現(xiàn)在的高考更注重對考生動手能力的考查與實驗探究能力的考查。實物連接實際并不難，但是在高考閱卷中發(fā)現(xiàn)，考生的丟分情況很嚴(yán)重。要解決這個問題，最有效的辦法莫過于自己動手做實驗。如果同學(xué)們能夠在實驗室熟練地把實物接好，考試中連接電路圖肯定沒問題。物理實驗考查的是學(xué)生的實驗素養(yǎng)而不是死記硬背，在越來越重視學(xué)生能力考查的新課標(biāo)模式下，動手能力顯得尤為重要，所以一定要抓住一輪復(fù)習(xí)的機會攻破實驗復(fù)習(xí)的薄弱環(huán)節(jié)，能做的實驗自己一定要動手去做，真正進實驗室！

真題4（2013安徽高考）為了精確測量合金絲的電阻R???x，設(shè)計出如圖6所示的實驗電路圖，按照該電路圖完成圖7中的實物電路連接。

圖6 圖7

真題5（2013海南高考）某同學(xué)將量程為200μA、

內(nèi)阻為500Ω的表頭改裝成量程為1mA和10mA的雙量程電流表，設(shè)計電路如圖8所示。定值電阻R1=500Ω，R2和R3的值待定，S為單刀雙擲開關(guān)，A、B為接線柱?；卮鹣铝袉栴}：

圖8 圖9

（1）按圖8在圖9中將實物連線；

（2）表筆a的顏色為 色（填“紅”或“黑”）；

（3）將開關(guān)S置于“1”擋時，量程為 mA；

（4）定值電阻的阻值R2= Ω，R3= Ω；（結(jié)果取3位有效數(shù)字）

（5）利用改裝的電流表進行某次測量時，S置于“2”擋，表頭指示如圖10所示，則所測量電流的值為 mA。

圖10

實物圖連線常見錯誤：（1）沒有嚴(yán)格按原理圖接線或連線不到位；（2）未能把連線接到儀器的接線柱上，而是接在“+”“-”符號上，或多用電表的插孔上，或電阻箱旋鈕上等；（3）電流表、多用表極性接反等；（4）不懂多用電表擋位或擋位選錯，有的因擋位選錯而導(dǎo)致讀數(shù)錯誤。

3.關(guān)注實驗中的圖象問題

物理圖象的考查是近年高考的熱點，尤其是用圖象處理物理實驗數(shù)據(jù)或從圖象中獲取相關(guān)實驗數(shù)據(jù)和實驗結(jié)論，是高考非常關(guān)注的重點。歷年物理高考實驗試題中幾乎都有涉及物理圖象問題，而且還作為試題的難點之一，賦分較高。

真題6 （2013安徽高考）根據(jù)閉合電路歐姆定律，用圖11所示電路可以測定電池的電動勢和內(nèi)電阻。圖中R?0是定值電阻，通過改變R的阻值，測出R?0兩端的對應(yīng)電壓U12，對所得的實驗數(shù)據(jù)進行處理，就可以實現(xiàn)測量目的。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在

-R坐標(biāo)系中描出坐標(biāo)點，如圖12所示。已知R?0=150Ω，請完成以下數(shù)據(jù)分析和處理。

（1）圖12中電阻為 Ω的數(shù)據(jù)點應(yīng)剔除；

（2）在坐標(biāo)紙上畫出-R關(guān)系圖線；

（3）圖線的斜率是 （V-1·Ω-1），由此可得電池電動勢En= V。

圖11 圖12

真題7（2013廣東高考）圖13是測量電阻Rx的原理圖。學(xué)生電源輸出電壓可調(diào)，電流表量程選0.6A（內(nèi)阻不計），標(biāo)有長度刻度的均勻電阻絲ab的總長為30.0cm。

圖13

（1）根據(jù)原理圖連接圖14的實物圖。

（2）斷開S2，合上S1；調(diào)節(jié)電源輸出電壓為3.0V時，單位長度電阻絲的電壓U= V/cm，記錄此時電流表A1的示數(shù)。

圖14

（3）保持S1閉合，合上S2；滑動c點改變ac的長度L，同時調(diào)節(jié)電源輸出電壓，使電流表A1的示數(shù)與步驟②記錄的值相同，記錄長度L和A2的示數(shù)I。測量6組L和I值，測量數(shù)據(jù)已在圖15中標(biāo)出，寫出Rx與L、I、U的關(guān)系式Rx= ；根據(jù)圖15用作圖法算出Rx= Ω。

圖15

總結(jié)：利用相關(guān)物理規(guī)律，導(dǎo)出與實驗中所測得的物理量有關(guān)的一次函數(shù)關(guān)系式，建立平面直角坐標(biāo)系，依據(jù)所測數(shù)據(jù)描點連線，繪出線性圖象，利用圖象的截距、斜率可求得實驗要測的物理量。在處理圖象問題時要注意軸、線、點、截距、面積、斜率等幾個方面的問題。關(guān)鍵是要列出對應(yīng)的關(guān)系式，找出對應(yīng)斜率及截距。

4.注重實驗復(fù)習(xí)框架的建立，進行實驗分類

在《考試大綱》規(guī)定的11個必考實驗中，涉及電路的實驗有5個，它們分別是測定金屬的電阻率（同時練習(xí)使用螺旋測微器）、描繪小電珠的伏安特性曲線、測定電源的電動勢和內(nèi)電阻、練習(xí)使用多用電表、傳感器的簡單使用。這些實驗在實驗原理、實驗器材、實驗方法、實驗技能和實驗思想等方面具有內(nèi)在的統(tǒng)一性。這其中，測定金屬的電阻率、測定電源的電動勢和內(nèi)阻、描繪小電珠的伏安特性曲線等電學(xué)實驗，其共同實質(zhì)就是電阻的測量。因此復(fù)習(xí)電學(xué)實驗，可以圍繞“電阻測量及電路”進行復(fù)習(xí)，以控制電路、測量電路、儀表的選擇和讀數(shù)展開。

以下是對電阻測量方法的一些歸類，若能對這些方法熟練掌握，在涉及設(shè)計性實驗時就會得心應(yīng)手，事半功倍！

（1）歐姆表測量：最直接測電阻的儀表。但是一般用歐姆表測量只能進行粗測，為下一步的測量提供一個參考依據(jù)。用歐姆表可以測量白熾燈泡的冷電阻。

（2）替代法：替代法的測量思路是等效的思想，可以是利用電流等效，也可以是利用電壓等效。替代法測量電阻精度高，不需要計算，方法簡單，但必須有可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)電阻（一般給定的儀器中要有電阻箱）。

替代法是用與被測量的某一物理性質(zhì)等效，從而加以替代的方法。如圖16所示。先把雙刀雙擲開關(guān)S2扳到1，閉合S1，調(diào)整滑動變阻器，使電流表指針指到某一位置，記下此時的示數(shù)I（最好為一整數(shù)）。再把開關(guān)S2扳到2，調(diào)整電阻箱R0，使得電流表指針仍指到示數(shù)I。讀出此時電阻箱的阻值r，則未知電阻Rx的阻值等于r。說明：①在此實驗中的等效性表現(xiàn)在開關(guān)換位后電流表的示數(shù)相同，即當(dāng)電阻箱的阻值為r時，對電路的阻礙作用與未知電阻等效，所以未知電阻Rx的阻值等于r。②替代法是一種簡捷而準(zhǔn)確度很高的測量電阻的方法，此方法沒有系統(tǒng)誤差，只要電阻箱和電流表的精度足夠高，測量誤差就可以忽略。

圖16

（3）伏安法：伏安法的測量依據(jù)是歐姆定律（包括部分電路歐姆定律和全電路歐姆定律），需要的基本測量儀器是電壓表和電流表。當(dāng)只有一個電表時，可以用標(biāo)準(zhǔn)電阻（電阻箱或給一個定值電阻）代替；當(dāng)電表的內(nèi)阻已知時，根據(jù)歐姆定律I=U/RV，電壓表同時可以當(dāng)電流表使用，同樣根據(jù)U=IRA，電流表也可以當(dāng)電壓表用。

（4）比例法：如果有可以作為標(biāo)準(zhǔn)的已知電阻的電表，可以采用比例法測未知電表的電阻。用比例法測電表內(nèi)阻時，兩個電流表一般是并聯(lián)（據(jù)并聯(lián)分流原理），兩個電壓表一般是串聯(lián)（據(jù)串聯(lián)分壓原理）。所謂“比例法”是：要測量某一物體的某一物理量，可以把它與已知準(zhǔn)確數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)物體進行比較。例如，使用天平稱量物體的質(zhì)量，就是把被測物體與砝碼進行比較，砝碼就是質(zhì)量數(shù)準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)物體。天平的結(jié)構(gòu)是等臂杠桿，因此當(dāng)天平平衡時，被測物體的質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)物體的質(zhì)量是相等的，這就省去了進一步的計算。有很多情況下，被測物體與標(biāo)準(zhǔn)物體的同一物理量間的關(guān)系并不是相等，而是在滿足一定條件下成某種比例的關(guān)系，這種方法又稱為“比例法”。

例如，測電流表和電壓表的內(nèi)阻，如果有可以作為標(biāo)準(zhǔn)的已知電阻的電表，都可以使用比例法。采用比例法測電阻的依據(jù)是：串聯(lián)電路電壓與電阻成正比，并聯(lián)電路電流與電阻成反比。電壓表可顯示電阻兩端的電壓值，電流表可顯示電阻中通過的電流，所以測電流表內(nèi)阻應(yīng)把兩電流表并聯(lián)，測電壓表內(nèi)阻應(yīng)把兩電壓表串聯(lián)，電路圖分別如圖17（甲）（乙）所示。

甲 乙

圖17

測電流表內(nèi)阻時，應(yīng)調(diào)節(jié)滑動變阻器R01，使兩電流表的指針都有較大偏轉(zhuǎn)，記錄下兩電表的示數(shù)I1和I2，根據(jù)并聯(lián)電路分流原理，若已知電流表A1的內(nèi)阻為r1，則電流表A2的內(nèi)阻r2=r1。測電壓表內(nèi)

阻時，應(yīng)調(diào)節(jié)滑動變阻器R02，使兩電壓表的指針都有較大偏轉(zhuǎn)，記錄下兩電表的示數(shù)U1和U2，根據(jù)串聯(lián)電路分壓原理，若已知電壓表V1的內(nèi)阻r1，則電流表V2的內(nèi)阻r2=r1。以上例子中，甲圖采用限流電

路而乙圖采用分壓電路，這是由于電流表內(nèi)阻都較小，若采用分壓電路，則滑動變阻器的阻值必須更小，這時電路近似于短路，是不允許的；而電壓表內(nèi)阻都很大，若采用限流電路，則滑動變阻器的電阻必須更大，這在實際上行不通。

（5）半偏法：

半偏法是上面比例法的一個特例，測電流表內(nèi)阻和測電壓表內(nèi)阻都可以用半偏法，電路圖如圖18所示。甲圖實驗時先斷開開關(guān)S′，閉合S，調(diào)整滑動變阻器R01（限流法連接），使電流表A滿度（即指針指滿刻度處）；再閉合S′，調(diào)整電阻箱R1，使電流表A的指針恰好指到半滿度處，讀出此時電阻箱的阻值R，則電流表A的電阻rA=R（測量結(jié)果偏?。?；乙圖實驗時先閉合開關(guān)S′及S，調(diào)整滑動變阻器R02（分壓法連接），使電壓表V滿度；再斷開S′，調(diào)整電阻箱R2，使電壓表V的指針恰好指到半滿度處，讀出此時電阻箱的阻值R，則電壓表V的電阻rV=R（測量結(jié)果偏大）。

甲 乙

圖18

同學(xué)們實際電學(xué)實驗也并沒有想象中的那么難，只要我們用心去體會一定會收到事半功倍的效果！

參考答案

真題1： 5.01 5.315

真題2：×10 歐姆調(diào)零 70 解析：用多用表測量該元件的電阻，選用“×100”倍率的電阻擋測量，發(fā)現(xiàn)多用表指針偏轉(zhuǎn)過大，說明電阻較小，因此需選擇×10倍率的電阻擋，并歐姆調(diào)零后再進行測量，多用表的示數(shù)如圖所示，測量結(jié)果為70Ω。

真題3：（1） 由于Rg和RP并聯(lián)，由IgRg=IRRP和

I=Ig+IR得：RP===。

（2） 由圖5知流過電流表的電流I′為49.5mA；設(shè)此時流過表頭的電流為Ig′，流過RP的電流為IR′， ∵加在表頭和RP上的電壓相等，故有Ig′Rg=IR′RP…①

I′=Ig′+IR′…②，聯(lián)立得：

IR′=49.005mA≈49.0mA。

真題4：如圖所示。

真題5：（1）如圖所示 （2）黑 （3）10 （4）225，250 （5）0.780 （0.78同樣給分）

真題6：（1）80.00 （2）如圖所示 （3）0.00444 1.50

真題7：（1）如圖所示 （2）0.1 （3） 6.0