淺談新課標(biāo)理念下高三電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

林叢

[摘 要]電學(xué)實(shí)驗(yàn)是整個(gè)物理知識(shí)的重要組成部分。在具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可從實(shí)驗(yàn)原理入手，讓學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)方法；以實(shí)驗(yàn)電路為著力點(diǎn)，讓學(xué)生識(shí)圖、連圖，進(jìn)而夯實(shí)學(xué)生的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)；通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生在不同的實(shí)驗(yàn)條件下，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

[關(guān)鍵詞]實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn)方法 實(shí)驗(yàn)探究

[中圖分類(lèi)號(hào)] G633.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 16746058（2015）230044

物理是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)，實(shí)驗(yàn)是高中物理的重要組成部分，所以實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分。如何開(kāi)展電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)？筆者認(rèn)為可按以下幾個(gè)步驟進(jìn)行：（1）從實(shí)驗(yàn)原理入手，讓學(xué)生明白實(shí)驗(yàn)所需器材，實(shí)驗(yàn)中所要測(cè)量的物理量，從而熟練掌握相關(guān)的實(shí)驗(yàn)方法；（2）以實(shí)驗(yàn)電路為著力點(diǎn)，讓學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)電路原理圖，懂得按原理圖畫(huà)實(shí)物圖，進(jìn)而夯實(shí)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)，基本掌握實(shí)驗(yàn)操作方法；（3）開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生通過(guò)探究明白電壓表、電流表連接方法，以及電流表內(nèi)接和外接，對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，初步掌握實(shí)驗(yàn)誤差的分析方法。下面談?wù)勛约旱慕虒W(xué)體會(huì)。

一、從實(shí)驗(yàn)原理入手，比較和掌握多種測(cè)量方法

新課程要求重視培養(yǎng)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)方法的遷移能力，如果學(xué)生懂得遷移運(yùn)用基本實(shí)驗(yàn)方法，則表明學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰^強(qiáng)。但在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理認(rèn)識(shí)較膚淺，只會(huì)生搬硬套，不能活學(xué)活用。要解決這個(gè)問(wèn)題，首先要深入理解實(shí)驗(yàn)原理；其次，通過(guò)對(duì)學(xué)過(guò)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容加以復(fù)習(xí)鞏固、更新、提升，以達(dá)到重建知識(shí)結(jié)構(gòu)的目的，這樣能加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解，并提升學(xué)生靈活運(yùn)用的水平。

例如，在“測(cè)定電表內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)中，由實(shí)驗(yàn)原理（歐姆定律R=U/I）可知，要測(cè)出電阻R，就必須想辦法測(cè)量出加在電表兩端的電壓U和通過(guò)電表的電流I，所不同的是電壓表可直接讀出自身兩端的電壓，而電流表則可反映通過(guò)自身的電流值，這兩點(diǎn)自然成為已知條件。據(jù)此，我們可以根據(jù)給出的實(shí)驗(yàn)器材、題設(shè)條件、實(shí)驗(yàn)要求，設(shè)計(jì)不同的方案進(jìn)行測(cè)量。

類(lèi)型1：一只電流表，一只電壓表。

1.電流表內(nèi)阻未知，可按圖1甲連接，電流表的內(nèi)阻RA=UI

2.電壓表內(nèi)阻未知，可按圖1乙連接，電壓表的內(nèi)阻RV=UI

圖1

類(lèi)型2：兩只電壓（電流）表（其中一只內(nèi)阻未知）。

1.圖2甲所示，內(nèi)阻已知的電流表A1可起到電壓表的作用，可測(cè)出電流表A2的內(nèi)阻RA2=I1RA1I2

2.圖2乙所示，內(nèi)阻已知的電壓表V1可以起到電流表的作用，可測(cè)出電壓表V2的內(nèi)阻RV2=U2RV1U1

圖2

類(lèi)型3：兩只電壓（電流）表（內(nèi)阻均未知）和一個(gè)電阻箱。

1.圖3甲所示，電阻箱相當(dāng)于電壓表，此法可測(cè)A1表的內(nèi)阻RA1=（I2-I1）RI1

2.圖3乙所示，電阻箱相當(dāng)于電流表，此法可測(cè)V1表的內(nèi)阻RV1=U1RU2-U1

圖3

類(lèi)型4：等效替代法。兩只電壓（電流）表（內(nèi)阻均未知、一個(gè)電阻箱、一個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)）。

1.圖4甲所示，利用電流等效，當(dāng)開(kāi)關(guān)撥到“1”或“2”時(shí)，調(diào)節(jié)R使A2兩次讀數(shù)一樣，就可測(cè)出RA1=R。

2.圖4乙所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)撥到“1”或“2”時(shí)，調(diào)節(jié)R使V2兩次讀數(shù)一樣，就可測(cè)出RV1=R，此法測(cè)量精度高。

圖4

類(lèi)型5：半偏法。僅一只電表（內(nèi)阻未知、一個(gè)電阻箱、一個(gè)滑動(dòng)變阻器）。

1.如圖5甲所示，可測(cè)電流表內(nèi)阻。首先調(diào)節(jié)R1使電流表指針滿偏（圖中S2斷開(kāi)），然后R1不變，調(diào)節(jié)R2使電表指針半偏（圖5甲S2閉合），就可測(cè)得RX=R2，這種方法存在系統(tǒng)誤差，精度不高。

2.如圖5乙所示，可測(cè)電壓表的內(nèi)阻，首先調(diào)節(jié)R1使電表指針滿偏（圖中電阻箱R2調(diào)為0），然后R1不變，調(diào)節(jié)R2使電壓表指針半偏，就可測(cè)得RX=R2，這種方法存在系統(tǒng)誤差，精度不高。

圖5

上述測(cè)量方法其實(shí)都是“伏安法”及其延伸，所有的變式中，都包含一個(gè)共同點(diǎn)，那就是需要一個(gè)已知阻值（或已知電表內(nèi)阻，或電阻箱）來(lái)輔助測(cè)量，輔助方式或串或并聯(lián)，目的只有一個(gè)，那就是讓待測(cè)對(duì)象與已知電阻串或并聯(lián)連接，得出待測(cè)對(duì)象的電壓、電流值。

二、以實(shí)驗(yàn)電路為著力點(diǎn)，夯實(shí)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)

隨著素質(zhì)教育的不斷推進(jìn)，高考實(shí)驗(yàn)命題動(dòng)向也隨之變化。高考電學(xué)實(shí)驗(yàn)，更多的是考查學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能：儀器選擇、電路設(shè)計(jì)、實(shí)物連線、圖像處理等等。在平時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，應(yīng)以扎實(shí)的基礎(chǔ)為前提，發(fā)揮學(xué)生思維的創(chuàng)造力，“舉一反三”，從而夯實(shí)學(xué)生的創(chuàng)新基礎(chǔ)。

例題.某同學(xué)測(cè)量阻值約為30kΩ的電阻Rx，有如下器材可選：

電壓表V1（量程0-3V，內(nèi)阻約10kΩ）

電壓表V2（量程0-15V，內(nèi)阻約100kΩ）

電流表A1（量程0-100μA，內(nèi)阻約2kΩ）

電流表A2（量程0-5mA，內(nèi)阻約1Ω）

滑動(dòng)變阻器R（最大阻值1kΩ，額定功率1W）

電源E（電動(dòng)勢(shì)4V）

電鍵K和導(dǎo)線若干

（1）電流表應(yīng)選 ，電壓表應(yīng)選 （填寫(xiě)字母代號(hào)）。

（2）為使測(cè)量誤差盡量減小，要求測(cè)量多組數(shù)據(jù)，請(qǐng)畫(huà)出符合要求的測(cè)量電路圖。

解析：

（1）儀器的選擇

本實(shí)驗(yàn)提供了2只電壓表和2只電流表，我們可以從中各選一只電表來(lái)測(cè)量，為了盡量減小誤差，要求所選用的電表在測(cè)量時(shí)其指針的偏轉(zhuǎn)能達(dá)到滿偏的23以上，且其最大測(cè)量值不能超過(guò)電表的量程。由于電源電動(dòng)勢(shì)為4V，所以電壓表應(yīng)選V1；通過(guò)電阻的最大電流：

URx=330×103

A=100μA，電流表應(yīng)選A1。

（2）測(cè)量電路的設(shè)計(jì)

伏安法測(cè)電阻有兩種測(cè)量電路：電流表內(nèi)接法（圖6甲）和電流表外接法（圖6乙）。

a.由于所選的電表內(nèi)阻均未知，電壓表（或電流表）就無(wú)法算出自身的電流（或電壓），測(cè)量值就會(huì)有誤差。

由于本題中R2x>RA·RV，為了減小誤差，所以采用電流表內(nèi)接法。

b.若題設(shè)條件改成：電壓表和電流表就一個(gè)內(nèi)阻已知，該怎么辦？若電壓表內(nèi)阻已知，就可以采用圖6乙，讓它直接與R測(cè)并聯(lián)，準(zhǔn)確得出R測(cè)=

URVIRV-U

；若電流表內(nèi)阻已知，就可以采用圖6甲，讓它直接與R測(cè)串聯(lián)，準(zhǔn)確得出R測(cè)=UI-RA。

c.題設(shè)條件進(jìn)一步改成：若電壓表量程不能用，而兩只電流表（一只內(nèi)阻已知）正常可用。則可引導(dǎo)學(xué)生，用所學(xué)的改裝電表知識(shí)來(lái)解決，用一只定值電阻R0和已知內(nèi)阻的電流表A1串聯(lián)改裝成電壓表（內(nèi)阻已知），局部電路如圖6丙所示。

d.另外在“測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)中，電源內(nèi)阻是待測(cè)電阻，若電流表內(nèi)阻已知，則應(yīng)把電流表直接串聯(lián)在電源兩端上（如圖6丁所示），這樣測(cè)出的內(nèi)阻較準(zhǔn)確，等于U—I圖像的斜率絕對(duì)值減去電流表內(nèi)阻。

圖6

（3）控制電路的設(shè)計(jì)

為了減小誤差，需要測(cè)量多組數(shù)據(jù)。把滑動(dòng)變阻器接入電路中，改變通過(guò)待測(cè)電阻的電流I和其兩端的電壓U?；瑒?dòng)變阻器有兩種接法，如圖7甲所示的接法叫分壓式，當(dāng)把滑片P由左端移到右端時(shí)，電阻兩端電壓變化范圍從0V到3V；如圖7乙所示的接法叫限流式，由于滑動(dòng)變阻器的最大阻值為1kΩ，待測(cè)電阻Rx約為30kΩ，當(dāng)把滑片P由右端移到左端時(shí)，其兩端電壓從2.9V變化到3V，變化范圍比圖7甲的小。因此圖7甲所示電路要比圖7乙所示電路好，更符合題目要求。

圖7

從以上分析可以看出，在選好實(shí)驗(yàn)儀器的前提下，只需把握好這兩個(gè)方面：“測(cè)量電路”應(yīng)注意電流表內(nèi)、外接法；“控制電路”應(yīng)注意分壓式和限流式接法。它們是電路設(shè)計(jì)的基本框架。在此基礎(chǔ)上，可根據(jù)題設(shè)條件靈活設(shè)計(jì)電路圖（如本例“測(cè)量電路設(shè)計(jì)”中的b、c、d），為后面的實(shí)物連線打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

三、從實(shí)驗(yàn)探究入手，提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/p>

隨著教學(xué)改革的進(jìn)一步深入，重視實(shí)驗(yàn)探究是新課標(biāo)的要求。高考要求學(xué)生對(duì)考綱中所列的有關(guān)實(shí)驗(yàn)，都能明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，理解?shí)驗(yàn)原理和方法，會(huì)控制實(shí)驗(yàn)條件，會(huì)正確使用儀器，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)，得出結(jié)論，對(duì)結(jié)論進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。

下面結(jié)合“探究影響電阻大小因素”這個(gè)實(shí)驗(yàn)，來(lái)探討學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力的提高。

學(xué)情：在高二時(shí)候，學(xué)生已經(jīng)做過(guò)測(cè)量金屬電阻率這個(gè)實(shí)驗(yàn)。但學(xué)生在應(yīng)用原理、連接電路、測(cè)量讀數(shù)和處理圖像上存在不少的困難，學(xué)生的水平層次不同，對(duì)該實(shí)驗(yàn)的掌握情況也就不同，也在一定程度上影響學(xué)生的興趣。為了刺激層次不同的學(xué)生的興趣，可讓學(xué)生親自動(dòng)手探究，讓學(xué)生體會(huì)得出規(guī)律的樂(lè)趣。從而提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力。

為引導(dǎo)學(xué)生用控制變量法探究影響導(dǎo)體電阻各因素的定量關(guān)系，可設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)方案：

（1）保持溫度、材料、橫截面不變，研究電阻和長(zhǎng)度的關(guān)系；

（2）保持溫度、材料、長(zhǎng)度不變，研究電阻和橫截面的關(guān)系；

（3）保持溫度、長(zhǎng)度、橫截面不變，研究電阻和材料的關(guān)系；

（4）保持橫截面、長(zhǎng)度、材料不變，研究電阻和溫度的關(guān)系。

再讓學(xué)生自己找原理（伏安法測(cè)電阻），實(shí)驗(yàn)器材（電壓表，電流表，電源，導(dǎo)線，開(kāi)關(guān)，合金導(dǎo)線，刻度尺，滑動(dòng)變阻器），設(shè)計(jì)電路（引導(dǎo)學(xué)生討論安培表用外接法，還是內(nèi)接法？），連接實(shí)物圖（教師把關(guān)），明確注意事項(xiàng)。自己動(dòng)手收集數(shù)據(jù)（教師引導(dǎo)下），處理數(shù)據(jù)（對(duì)比兩種方法：計(jì)算列表法和圖像法，采用圖像法處理。討論當(dāng)用圖像法分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，如果碰到拋物線或雙曲線，應(yīng)怎么辦），最后得出規(guī)律：在溫度不變的情況下，電阻與材料、截面積、長(zhǎng)度的關(guān)系R=ρL/S。另外電阻還跟溫度有關(guān)（略）。

采用實(shí)驗(yàn)探究式，就是要讓學(xué)生親身經(jīng)歷知識(shí)的獲取過(guò)程。學(xué)生通過(guò)主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、采集信息、處理數(shù)據(jù)、分析誤差、得出規(guī)律。這樣做比直接復(fù)習(xí)原理，介紹方法，然后盲目大量解題更有實(shí)際意義，能有效提高學(xué)生的認(rèn)知能力、探究水平。

總之，我們要重視學(xué)生實(shí)驗(yàn)，以夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)為前提，以實(shí)驗(yàn)方法的遷移創(chuàng)新為導(dǎo)向，以培養(yǎng)探究能力為突破，加強(qiáng)學(xué)生在器材選擇、方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析等方面的訓(xùn)練，提高學(xué)生自主探究的積極性，激發(fā)學(xué)生思維的創(chuàng)造性。物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ母叩秃艽蟪潭壬吓c學(xué)生對(duì)物理的認(rèn)識(shí)、思維、興趣密切相關(guān)，僵硬地對(duì)待實(shí)驗(yàn)是不可能從根本上提高學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ??！氨鶅鋈?，非一日之寒”，要提高學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，必須通過(guò)長(zhǎng)期的、有計(jì)劃的、富有成效的訓(xùn)練和培養(yǎng)，而高三實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)得法也將大大提高實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)效率。

（責(zé)任編輯 易志毅）