中考?？茧妼W(xué)實(shí)驗(yàn)器材選擇問題的分析與思考

黃 坤

湖北省武漢市光谷第二初級(jí)中學(xué)(430074)

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》指出，要發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的重要作用，物理實(shí)驗(yàn)是科學(xué)探究的主要方式之一，它對(duì)學(xué)生發(fā)展實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、提高科學(xué)素養(yǎng)方面發(fā)揮著重要作用。對(duì)于?？嫉碾娏髋c電壓、電阻關(guān)系實(shí)驗(yàn)和測量小燈泡電功率實(shí)驗(yàn)，課程標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定必須通過實(shí)驗(yàn)來學(xué)習(xí)，而且近幾年各地中考試題中經(jīng)常出現(xiàn)此類考題。從學(xué)生答題情況來看，由于“按方抓藥”的菜單式實(shí)驗(yàn)操作模式往往將學(xué)生的思維模式逐漸固化，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)簡單的常規(guī)問題，由于“訓(xùn)練有素”答題情況較理想。但當(dāng)遇到實(shí)驗(yàn)器材選擇的問題時(shí)，學(xué)生不知所措。本文中，筆者對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)器材選擇問題進(jìn)行了歸類分析，以期對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)的教與學(xué)有所幫助。

1 電路確保安全原則

在初中電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，主要構(gòu)成電路元件有電源、用電器、電表和開關(guān)。而我們通常所說的電路安全一般是指用電器、電表的安全使用，也就是在電路中不能超過最大阻值、最大電流或最大電壓，并且各元件之間相互都能工作(配合使用)。

2 遵循實(shí)際要求原則

若試題中明確提出某些特定的測量要求，此時(shí)就必須遵循電路實(shí)際要求進(jìn)行電學(xué)物理量之間數(shù)學(xué)關(guān)系的推導(dǎo)和分析，從而得出合適的器材選擇。

3 滑動(dòng)變阻器的選擇

兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中都用到了滑動(dòng)變阻器，而滑動(dòng)變阻器在不同實(shí)驗(yàn)中的作用不同，因此必須在經(jīng)歷完整的探究實(shí)驗(yàn)后，及時(shí)總結(jié)和歸納得出滑動(dòng)變阻器的選擇方法。

3.1 電流與電壓關(guān)系實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器的選擇

例題1：在“探究通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，如果所用的電源電壓為12 V，定值電阻銘牌上標(biāo)有“10 Ω，0.5 A”?，F(xiàn)實(shí)驗(yàn)室有4種規(guī)格的滑動(dòng)變阻器：“5 Ω，2 A”“20 Ω，1.5 A”“50 Ω，1 A”“100 Ω，0.2 A”。請(qǐng)問應(yīng)該選擇的滑動(dòng)變阻器是________。

解析：結(jié)合題目告知的條件，10 Ω定值電阻兩端允許加載的最大電壓值為U=IR=10 Ω×0.5 A=5 V，接下來我們對(duì)四種規(guī)格的滑動(dòng)變阻器分別作如下討論分析。

通過以上計(jì)算可得出合適的器材選擇，正是基于滑動(dòng)變阻器在探究電流與電壓關(guān)系實(shí)驗(yàn)中作用，即盡可能多次改變定值電阻兩端電壓，從實(shí)驗(yàn)的簡便性來說，需調(diào)整定值電阻兩端的電壓為整數(shù)值，便于讀數(shù)、記錄和計(jì)算(因涉及到U∶I比例運(yùn)算)。對(duì)于正確的理解實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器作用以及分析給定器材規(guī)格，結(jié)合串聯(lián)電路中物理量關(guān)系來進(jìn)行定量分析是解決此問題的關(guān)鍵。

答案：50 Ω,1 A。

3.2 電流與電阻關(guān)系實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器的選擇

例題2：小明利用如圖1甲所示的電路探究電流跟電阻的關(guān)系。已知電源電壓為6 V且保持不變，實(shí)驗(yàn)用到的電阻阻值分別為5 Ω、10 Ω、15 Ω、20 Ω、25 Ω。

在20世紀(jì)90年代我國成立了關(guān)于水文情報(bào)技術(shù)工作的工作部門，同時(shí)也落實(shí)了水文情報(bào)汛站網(wǎng)、水文模型、水文信息采集等工作。近些年水文情報(bào)預(yù)報(bào)技術(shù)應(yīng)用案例非常多，例如某河流的河流解凍日期預(yù)報(bào)中，水文情況預(yù)報(bào)技術(shù)準(zhǔn)確分析出了開合日期、3月流量、開河水位、累計(jì)正氣溫等數(shù)據(jù)，從而為河流解讀時(shí)所形成的汛災(zāi)提供預(yù)防數(shù)據(jù)支撐。

(1)請(qǐng)根據(jù)圖1甲所示電路圖將圖1乙所示的實(shí)物電路連接完整(導(dǎo)線不允許交叉)。

圖1 例題2圖示

(2)實(shí)驗(yàn)中多次改變R的阻值，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電壓表示數(shù)保持不變，記下電流表的示數(shù)，得到如圖丙所示的電流I隨電阻R變化的圖像。

①由圖1丙所示圖像可以得出結(jié)論：電壓一定時(shí)，________________________________。

②上述實(shí)驗(yàn)中，小明用5 Ω的電阻做完實(shí)驗(yàn)后，接下來的操作是________，然后將10 Ω的電阻接入電路，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片，使電壓表示數(shù)為________V時(shí)，讀出電流表的示數(shù)。

(3)為完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該選取最大阻值不小于________Ω的滑動(dòng)變阻器。

答案：(1)略。(2)①電流與電阻成反比；②斷開開關(guān)；③2.5。(3)35。

3.3 測量小燈泡電功率實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器的選擇

例題3 某同學(xué)在測量小燈泡電功率的實(shí)驗(yàn)中，提供的器材有：6 V 鉛蓄電池組、電流表、電壓表、額定電壓為2.5 V 的待測小燈泡、開關(guān)、導(dǎo)線，規(guī)格為”50 Ω,1 A”和“10 Ω,1.5 A”的兩種滑動(dòng)變阻器。實(shí)驗(yàn)時(shí)連接的電路如圖2甲所示。

圖2 例題3圖示

(1) 正確連接電路，將滑動(dòng)變阻器的滑片移到最________端，然后閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)無論怎么移動(dòng)滑片小燈泡都不亮，電壓表有示數(shù)，電流表指針幾乎不動(dòng)，產(chǎn)生這個(gè)現(xiàn)象的原因是________________。

(2) 排除故障后，閉合開關(guān)繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。當(dāng)電壓表示數(shù)為2.5 V 時(shí)，電流表示數(shù)如圖2乙所示，則小燈泡正常發(fā)光時(shí)通過燈絲的電流為________A，小燈泡的額定功率為______W。當(dāng) 電壓表示數(shù)為1 V 時(shí)，燈絲電阻______(選填“大于”“小于”或“等于”)9 Ω。

(3)為順利完成實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用規(guī)格為________的滑動(dòng)變阻器。

答案：(1)左，小燈泡斷路(或燈絲斷了)。(2)0.25，0.7，小于。(3)50 Ω,1 A。

4 定值電阻的選擇

這一類問題一般出現(xiàn)在探究電流與電阻關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，由于定值電阻和滑動(dòng)變阻器都屬于電阻，因此在串聯(lián)電路中，對(duì)于給出可供選擇的定值電阻后，就要從該實(shí)驗(yàn)的核心要點(diǎn)入手——串聯(lián)分壓電阻比是定值。

例題4：圖3甲是某同學(xué)探究電流與電阻的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)電路。已知電源電壓恒為4.5 V，滑動(dòng)變阻器規(guī)格為“20 Ω,1 A”，可供選擇的定值電阻的阻值為5 Ω、10 Ω、15 Ω、20 Ω、25 Ω和30 Ω。

圖3 例題4圖示

(1)該同學(xué)根據(jù)圖3甲連接的實(shí)物電路如圖3乙所示，其中一根導(dǎo)線連接是錯(cuò)誤的，請(qǐng)?jiān)趫D3乙中將這根線打上“×”，并畫出正確的連線。

(2)電路連接正確后，先用5 Ω的定值電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，閉合開關(guān)后，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，此時(shí)電流表的示數(shù)如圖3丙所示，則電路中的電流為________A；再將5 Ω的定值電阻換成10 Ω定值電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，移動(dòng)滑片直至電壓表示數(shù)為________V，并記錄電流表的示數(shù)。

(3)該同學(xué)還想多測幾組數(shù)據(jù)，但他不能選用的定值電阻是________。

答案：(1)圖略。(2)0.4，2。(3)20 Ω、25 Ω和30 Ω。

5 電源的選擇

例題5：某同學(xué)利用如圖4所示的電路探究電流與電阻的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中電源電壓保持不變，選用的定值電阻的阻值分別為5 Ω、10 Ω、15 Ω、20 Ω和25 Ω，滑動(dòng)變阻器的規(guī)格為“30 Ω,1.5 A”。

圖4 例題5圖示

(1)該同學(xué)接錯(cuò)了一根導(dǎo)線，請(qǐng)你在這根導(dǎo)線上打上“×”，并畫出正確的那根導(dǎo)線。

(2)正確連接電路后，先用5 Ω的定值電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，閉合開關(guān)后，移動(dòng)滑片，當(dāng)電流表示數(shù)為0.4 A時(shí)記下電壓表的示數(shù)；接著將5 Ω的電阻換成另外4個(gè)定值電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每次觀察到電壓表的示數(shù)為________V時(shí)，記錄電流表的示數(shù)。分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出結(jié)論是：在電壓一定時(shí)，______。

(3)若實(shí)驗(yàn)中電源電壓有4 V、6 V、8 V和10 V 4種可選，則選用的電源電壓可能是____V。

答案：(1)圖略。(2)2，電流與電阻成反比。(3)4。

6 小結(jié)

通過前面中考電學(xué)實(shí)驗(yàn)中?？嫉?種有關(guān)器材選擇問題的歸類分析，使教師在進(jìn)行此類問題的教學(xué)中，以學(xué)生為本，站在學(xué)生的角度，逐步捋清串聯(lián)電路下的每一類探究實(shí)驗(yàn)中，如何抓住實(shí)驗(yàn)的核心要點(diǎn)，構(gòu)建特定的串聯(lián)分壓電阻比例關(guān)系式，仔細(xì)的分析、判斷或排除，最終達(dá)到觸類旁通的效果。