小議高中物理電學(xué)實驗綜合設(shè)計

徐修文

【摘要】電學(xué)實驗題在歷年高考中出現(xiàn)的頻率極高，而高考對電學(xué)實驗設(shè)計的考察，往往是將多個電學(xué)實驗進行綜合，考察的是學(xué)生對各個實驗的綜合運用能力，故其難度和靈活度比較大。本文認為電學(xué)實驗綜合設(shè)計題大體可分為兩大綜合：一是以測電源電動勢和內(nèi)阻實驗為主線，穿插電流表和電壓表改裝和伏安特性曲線實驗知識；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。本文就如何設(shè)計電學(xué)實驗以及綜合運用電學(xué)實驗基礎(chǔ)談?wù)劚救说囊娊狻?/p>

【關(guān)鍵詞】電學(xué)實驗 綜合設(shè)計 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)驗來看，高考理綜電學(xué)實驗題往往是幾個電學(xué)實驗的綜合運用設(shè)計，難度和靈活度較高。物理電學(xué)實驗設(shè)計題的得分率不高，學(xué)生也反應(yīng)解物理電學(xué)實驗設(shè)計題很費時，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。為加強考生實驗題設(shè)計能力，打牢考生電學(xué)實驗設(shè)計基礎(chǔ)是關(guān)鍵，把握實驗設(shè)計思路和步驟是主線，培養(yǎng)考生良好的設(shè)計實驗習(xí)慣和能力是長遠目標(biāo)。本文認為電學(xué)實驗綜合設(shè)計題大體可分為兩大綜合：一是以測電源電動勢和內(nèi)阻實驗為主線，穿插電流表和電壓表改裝和伏安特性曲線實驗知識；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。以下將具體闡述高中物理電學(xué)實驗中的主線和輔線，以及它們對電學(xué)實驗綜合設(shè)計的作用。

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電學(xué)實驗。

（一）教材分析

高中物理電學(xué)實驗?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)實驗主線的有兩條：①測定電源電動勢E和內(nèi)阻r ②描繪伏安特性曲線測電阻或電阻率。

作為輔助實驗知識的有：

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、實施綱要

對于如何做好電學(xué)綜合實驗題，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)實驗的兩條主線：測定電源電動勢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)實驗設(shè)計題的關(guān)鍵，電學(xué)實驗的電路圖和實驗原理也是根據(jù)這兩條主線衍生而來！

第一大類主線：測電源E和r

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

實驗原理：閉合電路歐姆定律：E=U+Ir（U是路段電壓，I是干路電流）

實驗電路圖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)實驗的電路圖肯定有所變通，但基本設(shè)計思想

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驗原理是基礎(chǔ)，具體應(yīng)用要按題目要求改裝設(shè)計。

第二大類主線：描繪伏安特性曲線測電阻或電阻率

實驗?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。

實驗原理：歐姆定律U=IR 做伏安特性曲線（如果測電阻率ρ=RS/l）

教材所提供的實驗電路圖，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驗知識比較多，如電流表內(nèi)外接法，滑動變阻器分壓、分流接法，可能還會設(shè)計到電流表電壓表的改裝。對于測電阻率ρ，還會用到游標(biāo)卡尺和螺旋測微器的使用讀數(shù)知識。

（二）夯實實驗基礎(chǔ)知識，以靜制動

平時的測驗中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生知道電學(xué)實驗主線的選擇，但是得分率卻失分低。仔細分析發(fā)現(xiàn)這些學(xué)生的實驗基礎(chǔ)薄弱，滑動變阻器分壓、分流接法不分，電流表內(nèi)外接法不分，并且實驗總結(jié)處理能力不強，所以打牢學(xué)生的實驗基礎(chǔ)知識尤為重要。下面本文將例舉電學(xué)實驗綜合中，幾點重要的實驗基礎(chǔ)知識，本文把它們稱為輔助兩條主線的基本輔助知識?；据o助知識一：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，必然存在誤差，即系統(tǒng)誤差，要在實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= 也比真實值Rx略小些，相對誤差a= .

基本輔助知識二：滑動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，則必須選擇分壓接法。

（1）若采用限流電路時，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，必須選用分壓電路；

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

（3）實驗中要求電壓從零開始并連續(xù)變化時須采用分壓電路；

綜上所述，對于理綜電學(xué)實驗綜合設(shè)計，首先要把握好主線，選擇好控制電路滑動變阻器的接法：主線一測電源電動勢和內(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】

[1]高中物理選修3-1教科書。