高考物理電學(xué)實驗的“不變”與“萬變”

劉煥君

【摘要】物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，而電學(xué)實驗是高考物理實驗中的重點，是歷年高考必考的知識點之一．由于電學(xué)實驗靈活多變，命題方向多，學(xué)生很不好把握，筆者將教材知識進(jìn)行梳理，提出高考物理電學(xué)實驗的“不變”，再參考?xì)v年高考真題，總結(jié)高考物理電學(xué)實驗的“多變”及其規(guī)律，希望對學(xué)生的備考有所幫助．

【關(guān)鍵詞】高考物理；電學(xué)；實驗教學(xué)

在高三物理電學(xué)實驗的一輪復(fù)習(xí)中，學(xué)生感覺一團(tuán)亂麻，理不清頭緒，好不容易學(xué)懂了一點實驗基礎(chǔ)知識，發(fā)現(xiàn)考試中都考不到，考試題感覺都見過，做起來卻無從下手．下面根據(jù)實驗原理，通過對教材實驗基礎(chǔ)知識進(jìn)行梳理，總結(jié)了復(fù)習(xí)電學(xué)實驗的兩條主線，并根據(jù)主線進(jìn)行各角度的拓展分析，以拓寬學(xué)生的復(fù)習(xí)視野，提升核心素養(yǎng)[1].

1 以測電阻為核心的電學(xué)實驗及拓展分析

例1 某實驗小組欲用伏安法測某一電阻Rx的阻值，教師提供給實驗小組的器材如下，A．直流電源（3V，內(nèi)阻不計）；B．電流表A（量程0～0.2A，內(nèi)阻為2Ω）；C．電壓表V（量程0～3V，內(nèi)阻約為3kΩ）；D．滑動變阻器R（0～20Ω，1A）；E．定值電阻R2，阻值10Ω；F．定值電阻R3，阻值1Ω；G．開關(guān)與導(dǎo)線若干．實驗小組利用已給的部分器材連接電路，并進(jìn)行了測量．測出的第一組數(shù)據(jù)為：電壓表的讀數(shù)0.10V，電流表的讀數(shù)20mA．

（1）為減小實驗誤差，并結(jié)合以上測量數(shù)據(jù)，實驗小組設(shè)計的測量Rx的電路圖是．

（2）當(dāng)移動滑動變阻器的滑片準(zhǔn)備測第二組數(shù)據(jù)時，電流表被燒壞，檢查發(fā)現(xiàn)電流表量程過小，在教師的指導(dǎo)下，實驗小組通過已有器材對相同規(guī)格的電流表進(jìn)行改裝，定值電阻應(yīng)選．（填儀器前面的序號）

（3）電表改裝后，為了盡可能使待測電阻Rx兩端的電壓變化范圍較大，實驗小組重新設(shè)計了如圖1所示的電路進(jìn)行測量．經(jīng)過多次測量，將測得的數(shù)據(jù)描在U－I圖像中，計算出了直線的斜率為k，則Rx＝．（用題中給定的符號表示）

解析 （1）測出的第一組數(shù)據(jù)為：電壓表的讀數(shù)為0.10V，電流表的讀為20mA，可知，待測電阻的阻值約為5Ω，Rx/RA=50，RV/RA=600，Rx/RA

（2）電流表量程小時，可通過并聯(lián)定值電阻的方法擴(kuò)大其量程，Im=E/Rx≈0.6A，通過電阻的電流最小為0.4A，R定=0.2×2/0.4Ω=1Ω，故定值電阻選R3，選F．

（3）由實驗小組同學(xué)設(shè)計的電路，干路電流I總=I+IRA/R3=3I，Rx=U/I總=U/3I=k/3．INCLUDEPICTURE"G：＼＼2022＼＼一輪＼＼物理＼＼word＼＼9-120.TIF"＼*MERGEFORMATINET

拓展分析 本題用伏安法來測電阻，主要考查了電流表的兩種接法和滑動變阻器的兩種接法以及電表改裝等電學(xué)實驗基礎(chǔ)知識，以本題為核心，學(xué)生可從以下兩個方面進(jìn)行拓展分析：①依然采用伏安法，但是實驗中給定的器材規(guī)格不同，那么滑動變阻器的接法、電流表的接法可能會發(fā)生改變，或者電流或電壓超過電表的量程，可能需要對電表進(jìn)行改裝．②本實驗中采用伏安法測電阻，但高考物理實驗中，測電阻的方法還有半偏法、替換法、電橋法、安安法和伏伏法等，需要學(xué)生以伏安法為基礎(chǔ)，同步復(fù)習(xí)特殊方法測電阻[2].

2 以閉合電路歐姆定律為核心的電學(xué)實驗及拓展分析

例2 如圖2所示為某多用電表的簡化電路圖，表頭G的內(nèi)阻Rg=20Ω，滿偏電流Ig=1mA，滑動變阻器R2的最大阻值為1kΩ，定值電阻R1=5Ω，R3=1kΩ，電源電動勢E=1.5V，內(nèi)阻不計.下列選項正確的是（）

（A）選擇開關(guān)接1時，能測量的最大電流為4mA.

（B）選擇開關(guān)接3時，能測量的最大電壓為0.02V.

（C）當(dāng)選擇開關(guān)接2且將紅黑表筆短接調(diào)零，此時滑動變阻器R2的接入阻值為296Ω.

（D）選擇歐姆檔并調(diào)零測量某電阻時，表頭半偏，則待測電阻的阻值為300Ω.

解析 當(dāng)選擇開關(guān)接1時，表頭和定值電阻R1并聯(lián)，通過表頭的最大電流為1mA時，通過R1的電流為4mA，通過表筆的最大電流為5mA，（A）錯誤；當(dāng)選擇開關(guān)接3且表頭滿偏時，通過R3的電流為I=5mA，R3兩端的電壓為U=IR3=5V，表筆兩端的最大電壓為5.02V，（B）錯誤；當(dāng)選擇開關(guān)接2且將紅黑表筆短接調(diào)零，此時表頭滿偏，通過R2的電流為I=5mA，滑動變阻器兩端的電壓U′=E－IgRg=1.48V，滑動變阻器R2的接入阻值為R′2=U′/I=296Ω，（C）正確；選擇歐姆擋并調(diào)零，表頭指針半偏，可知通過待測電阻的電流I0=2.5mA，待測電阻兩端的電壓U0=E－1/2IgRg－I0R′2=0.75V，則待測電阻的阻值Rx=U0/I0=300Ω，（D）正確．

拓展分析 本題是關(guān)于多用電表的基礎(chǔ)提升題，不僅考查了多用電表的原理，還考查了多用電表的使用及電表改裝等基礎(chǔ)知識，以本題為源展開分析、拓展和討論，可對多用電表的原理及使用完全理解，教師可引導(dǎo)學(xué)生大膽創(chuàng)新，自己制作多用電表[3].本題可對電路中的電學(xué)原件的規(guī)格適當(dāng)改變，選擇開關(guān)接2，A、B兩表筆間接一電阻箱，可以測量多用電表內(nèi)部電源的電動勢和內(nèi)阻（安阻法的拓展）；選擇開關(guān)接2，A、B兩表筆間接一電壓表，也可以測量多用電表內(nèi)部電源的電動勢和內(nèi)阻（伏安法的拓展）；若將電路中的電流表換成內(nèi)阻已知的電壓表，選擇開關(guān)接2，A、B兩表筆間接上合適的電表或電阻，依然能測量電源的電動勢和內(nèi)阻[4].

3 結(jié)語

從歷年高考電學(xué)實驗來看，電學(xué)實驗的命題方向千變?nèi)f化，難以應(yīng)對，學(xué)生要立足于教材基礎(chǔ)實驗，抓住電學(xué)實驗的兩條主線，順藤摸瓜．只有夯實實驗基礎(chǔ)，理順實驗思路，弄清實驗原理，掌握實驗數(shù)據(jù)處理的方法，牢記實驗注意事項，以不變應(yīng)萬變，方能提升創(chuàng)新能力并提高考試成績.[5]

參考文獻(xiàn)：

[1]高玉峰.高考物理電學(xué)實驗分析與思考[J].中學(xué)物理，2016，34（03）：89-90.

[2]路文柱.例析高考物理電學(xué)實驗的考查角度及解答策略[J].教學(xué)考試，2022（22）：44-47.

[3]田長軍.理順教材三道例題 掌握多用電表原理[J].廣東教育（高中版），2021（01）：61-64.

[4]陳宇松，楊奎，郭嘉.試論高考物理電學(xué)實驗復(fù)習(xí)策略[J].高考，2019（22）：133.

[5]沈加法.暢想2020年物理高考電學(xué)實驗[J].數(shù)理化學(xué)習(xí)（高中版），2020（02）：45-49.