找經典 用評價 定成品

為了培養和選拔人才，實驗考查是目前高考必考的內容，因實驗設計靈活多變，可考查學生的分析綜合能力、邏輯思維能力、發散遷移能力而成為高考中的熱點和焦點。教學時圍繞“一條主線”——電阻的測量；理解運用“兩條原理”；掌握“三種電路”。復習課中如何幫助同學們更好掌握實驗設計的思維流程，給予學生解決此類問題的方法，是當今教師應該關注和值得研究的一個課題。下面通過例題說明筆者在教學中解決該問題的三步曲。

例題：從下列器材中選出適當的試驗器材，設計一個電路來測量一個電阻Rx在10Ω—20Ω之間阻值，請畫出電路原理圖，并標明所用器材的代號（要求方法簡捷，有盡可能高的測量精度并能多測幾組數據）。

①、電流表（A1），量程1mA，內阻r1=400Ω；

②、電流表（A2），量程500μA，內阻r2=1000Ω；

③、電壓表（V），量程10V，內阻10kΩ；

④、電阻（R1），阻值100Ω；

⑤、滑動變阻器（R2），總阻值20Ω；

⑥、電池（E），電動勢1.5V，內阻很小；

⑦、開關（S），導線若干。

解析：第一步：找經典

由于設計性實驗的試題考核主要來源于教材中的學生實驗，所以要利用新《課程標準》中所要求學生掌握的常規的、經典的實驗裝置圖來套用。在“電阻定律”教學中同學們已經學會了“伏安法”測電阻的方法，由于待測電阻阻值較小，所以使用帶有保護電阻R1的“伏安法”測量電阻的基本電路。如圖1所示。

第二步：用評價

評價所采用的最佳方法是質疑。依據題目要求，結合“是否安全、是否精確、是否簡便、是否可行”等設計原則，針對第一步形成的“經典”電路和電路中的各個元件逐個質疑判斷。

（1）滑動變阻器是分壓還是限流接法？

由于限流式接法電源的輸出功率小，能耗低，優先考慮采用限流法，從“安全”的角度，如圖2所示，在干路的電流最小約為：I==2.8mA

而題給電流表的量程都小于ImA，所以滑動變阻器采用分壓式接法，如圖3所示。

（2）從測量精度質疑電壓表是否采用？

由于電源電動勢只有1.5V，而電壓表量程為10V，因此電壓表的讀數不明顯，應采用替換的方法：已知內阻的毫安表可以做小量程的電壓表。A2的滿偏電壓為0.5V，A1的滿偏電壓為0.4V，所以A1作為電流表，A2做為電壓表。

（3）電流表A1是內接還是外接？

因為題設條件要求：有盡可能高的測量精度，則兩電表測量時的偏角應大于滿量程的三分之一，假設是外接，如圖4所示，

當A1的電流為0.4mA時，則A2的電流為0.4mA/50，則A2的偏轉就很不明顯；如果A2的電流為0.2mA，則流過A1的電流為10mA，超過它的量程，所以采用內接法，如圖5所示。是采用“內接”還是“外接”要質疑“是否精確”。

（4）保護電阻R1能接在干路上？

如果按圖5所示，通過估算可得： UBC的值最大為0.4V多一點，此時A1為滿偏，A2大約為0.4mA，而UAB的值大約0.1V，此時R2滑動變阻器的位置只能為總長度的三分之一，也就是說，實驗時注意滑動變阻器的滑片的位置不能太靠右邊。電路原理圖如改成圖6，即R1定值電阻串聯在干路上進行限流，效果會更好，因為此時UAC的值最大為0.25V，兩個安培表都能安全工作，但是它們的測量范圍最多只能達到一半）。所以從“是否安全、是否精確、是否簡便、是否可行”等設計原則的要求下首選圖5比較合適。

第三步：定成品

經過上述一系列的對“經典”電路以及電路元件進行評價質疑和逐個順次的修正，逼近了目標，完成了符合題目要求的實驗設計，得到圖5的“成品”電路。

【變式訓練】要求有盡可能高的精確度測量一個阻值約為5Ω的電阻Rx，實驗室提供下列器材:

電流表A1:量程100mA，內阻r1約為4Ω；

電流表A2:量程500μA，內阻r2=750Ω；

電壓表V:量程10V，內阻r3約為10kΩ ；

滑動變阻器R0:阻值0—10Ω；

電池E:電動勢E=1.5V，內阻很小；

電鍵S，導線若干.

請選出適當器材并在圖虛線方框中畫出電路圖，標明所用器材的代號。

分析：因為電源提供的電動勢是1.5V，而電壓表的量程（10V），所以電壓表的測量精確度就很低。控制電路用滑動變阻器的分壓式接法，測量電路使用伏安法，已知內阻的安培表可以看做伏特表，根據題意，A2（已知內阻的電流表）當做“電壓表”，而A1不能當做“電壓表”。由于A2的量程相比A1的量程小得多，此時A2應該和Rx并聯，再和A1串聯（即“電流表外接法”）。所以本題和例題相似，不同的是要注意電流表為什么采用“外接法”，這要從“是否精確：這個原則入手。如圖7所示。

實驗考查來源于課本又高于課本，教師在講述時注意要求同學們“經典的方法需要記住”，同時要指導學生學會對設計的方案不斷修正和完善，尋找擺脫困境的辦法，最終達到設計目標，即質疑原理圖的“安全性、精確性、方便性”然后得到“成品”，并對它進行適當的檢驗。只有同學們心中有“經典”裝置圖，又進行有步驟的分析、分層次的評價質疑，相信我們的學生能在實踐中提高設計能力，同時也能領會實驗設計的設計思想，達到了遷移知識的能力。