例析初中電學實驗錯誤數(shù)據(jù)的典型成因

吳翠松

摘 要：實驗數(shù)據(jù)是對實驗定量分析的依據(jù)，是探索、驗證物理規(guī)律的第一手資料。初中電學實驗數(shù)據(jù)的分析是實驗教學的重要內容之一，對錯誤數(shù)據(jù)的甄別與處理能促進學生知識結構的重建與優(yōu)化，提升學生的科學素養(yǎng)。

關鍵詞：初中；電學實驗；錯誤數(shù)據(jù)；成因

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）4-0009-3

物理學是一門以實驗為基礎的自然科學。實驗為學生提供了符合認知規(guī)律的環(huán)境，發(fā)展思維的基礎。實驗對于學生的物理學習既是物理方法的學習，也是提高能力的一種手段。因此，中學教育非常重視實驗教學與實驗考查。在教學實踐中發(fā)現(xiàn)，實驗始終是學生學習的薄弱環(huán)節(jié)。對初中學生而言，對電學實驗數(shù)據(jù)的處理頗感棘手，尤其是對錯誤實驗數(shù)據(jù)的成因分析尤為頭痛。現(xiàn)對此類問題歸類分析，以期對電學實驗教學有所幫助。

1 違背物理規(guī)律

例1 小米同學在用伏安法測電阻的實驗中，選用了如圖1所示的實驗器材。其中，待測定值電阻R的阻值為10 Ω，滑動變阻器的最大阻值為20 Ω，電源由3節(jié)舊干電池串聯(lián)而成。

（1）請你用筆畫線代替導線將電路連接完整，以便繼續(xù)進行實驗。

（2）在連接電路時，開關應處于______狀態(tài)，在閉合開關前，滑動變阻器的滑片應置于最_____端（選填“左”或“右”）。

（3）連接電路后，閉合開關，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)為1.3 V，但無論怎樣移動滑片，電流表、電壓表的示數(shù)都不變。則在連接電路時出現(xiàn)的錯誤是_______________________________________。

（4）糾正連接錯誤后，從左向右移動滑片，將所測得的4組數(shù)據(jù)記錄在表1中。明顯錯誤的數(shù)據(jù)是第____組。若不再補充實驗數(shù)據(jù)，則待測電阻R的測量值為_____Ω（結果保留一位小數(shù)）。

參考答案：（1）外接法（初中一般采用外接法，圖略）；（2）斷開，左；（3）滑動變阻器連接A、B接線柱；（4）三，10.3 Ω。

錯解 （4）由R=U/I計算出第一組至第四組的電阻分別為10.0 Ω、11.0 Ω、9.4 Ω、10.0 Ω，因11.0 Ω與題干已知的10 Ω差值最大，故第二組數(shù)據(jù)明顯錯誤。

正解 從左向右移動滑片時，滑動變阻器接入電路的電阻逐漸減小，定值電阻R分得的電壓逐漸增大，R的電流也逐漸增大。因第三組數(shù)據(jù)違背定值電阻R的伏安特性，故明顯錯誤。

2 不滿足調節(jié)要求

例2 第（1）至第（3）問同例1。

（4）糾正連接錯誤后，從左向右移動滑片，將所測得的4組數(shù)據(jù)記錄在表2中。明顯錯誤的數(shù)據(jù)是第____組。

錯解 錯誤解析同例1，認為第三組數(shù)據(jù)明顯錯誤。

正解 因滑動變阻器與定值電阻R串聯(lián)，且第（3）問中“連接電路后，閉合開關，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)約為1.3 V，但無論怎樣移動滑片，電流表、電壓表的示數(shù)都不變?！北砻骷词拱鸦瑒幼冏杵髡{至最大值，電壓表示數(shù)的最小值應為1.3 V。說明第一組數(shù)據(jù)是命題人臆想編創(chuàng)的數(shù)據(jù)，故第一組數(shù)據(jù)明顯錯誤。

3 電流表或電壓表沒有校零

例3 第（1）至第（3）問同例1。

（4）糾正連接錯誤后，從左向右移動滑片，將所測得的4組數(shù)據(jù)記錄在表3中。每組數(shù)據(jù)計算得出的待測電阻R的值均大于10 Ω的原因是________。

錯解1 由于多數(shù)導體的電阻隨溫度的升高而增大，所以原因是待測電阻R的溫度升高。

錯解2 計算出的待測電阻R的值均大于10 Ω的原因是存在實驗誤差。

正解 定值電阻常由溫度系數(shù)小的材料構成，即電阻值受溫度的影響可以忽略。若為實驗誤差導致的，實驗數(shù)據(jù)一定有時大時小的特點，不會全部偏大。數(shù)據(jù)錯誤的成因是電壓表有0.2 V或電流表有0.02 A的讀數(shù)沒有校零。

4 看錯電表量程

例4 第（1）至第（3）問同例1。

（4）糾正連接錯誤后，從左向右移動滑片，將所測得的4組數(shù)據(jù)記錄在表4中。第四組數(shù)據(jù)的電壓值明顯錯誤，形成原因是____________。

錯解 形成原因是違背部分電路的歐姆定律，即通過定值電阻的電流與它兩端的電壓成正比。

正解 分析前三組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)電壓表選擇的是0～3 V的量程，且實驗過程沒有提到更換量程，第四組數(shù)據(jù)的電壓值10.3 V遠大于3 V，應該是看錯電壓表量程所致，即電壓值應該為2.6 V。本問要求回答形成原因，而不是結果——違背部分電路的歐姆定律。

5 電壓表連接位置錯誤

例5 第（1）至第（4）同例1。

（5）小米同學將電源換為輸出電壓恒為4.5 V的學生電源，待測電阻R換為額定電壓為2.5 V的小燈泡，利用伏安法來測量燈泡的電阻。實驗中測出了4組數(shù)據(jù)并記錄在表5中，他的讀數(shù)和記錄均正確。但仔細分析他的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該同學在連接實驗電路時出了錯誤，該錯誤是______。

錯解 由R=U/I計算出第一組至第四組的電阻逐漸增大，該錯誤原因是小燈泡的電阻隨溫度的升高而增大。

正解 伏安法測量小燈泡的電阻實驗中，小燈泡的電阻的確會隨溫度的升高而增大，但依然不會改變小燈泡的電流隨其兩端的電壓增大而增大的伏安特性。由于讀數(shù)和記錄均正確，表格中的電流隨其兩端的電壓減小而增大體現(xiàn)的是滑動變阻器接入電路的電阻逐漸減小，故錯誤是電壓表并聯(lián)在滑動變阻器兩端。

6 沒有控制變量

例6 第（1）至第（4）問同例1。

（5）小米同學將電源換為輸出電壓恒為4.5 V的學生電源，增加5 Ω、115 Ω、20 Ω的定值電阻來探究電流跟電阻的關系。實驗中測出了4組數(shù)據(jù)并記錄在表6中，他的讀數(shù)和記錄均正確。但仔細分析他的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，表中數(shù)據(jù)與歐姆定律不相符，形成原因是 。（下轉第14頁）

（上接第10頁）

錯解 電流表沒有校零或其他錯誤答案。

正解 由U=IR計算出第一組至第四組定值電阻兩端的電壓分別為2.0 V、3.0 V、3.6 V、4.0 V。探究電流跟電阻的關系時應該采用控制變量法，即控制定值電阻兩端的電壓不變，所以形成原因是沒有控制定值電阻兩端的電壓恒定。

（欄目編輯 趙保鋼）