如何做好高考電學實驗

電學實驗是高考物理的必考題，也是考生失分較多的題型，分值占10分左右，是高考命題的重要組成部分.考查的內容有實驗的使用操作方法以及注意事項，實驗器材的選擇、儀器和儀表的使用與讀數、實驗的設計原理和實驗的數據處理、有關誤差的分析方法和結論等等.這部分的內容是高中物理的難點和重點，因此要引起教師和學生的高度重視.

一、實驗電路注意事項

1． 限流、分壓的選擇．

a． 選擇分壓的方法：（1）實驗電路要求電壓或電流從零開始可連續調節時；（2）當待測電阻Rx >>R滑 時 ；（3）因為分壓調節電壓的范圍在（0—E）變化，而限流接法的電壓調節的范圍在[ERx /(Rx+ R滑)—E]之間，所以當限流接法的最小電壓（或最小電流）偏大，會造成待測電阻Rx（如燈泡等）、電流表、電壓表燒毀時.b． 選擇限流的方法：當待測電阻Rx接近R滑或者Rx略小于R滑時.c． 當兩種方法均可時，一般采用限流接法，因為這種接法功率損耗較小.

2． 電流表內外接法的選擇（大內小外）．

a． 當 Rx>■ 時，應采用內接電路，此時電阻的測量值比真實值大，造成誤差的原因是電流表的分壓作用（簡稱大內，意思是待測電阻大時則采用電流表內接法）；b． 當Rx<■ 時，應采用外接電路，此時電阻的測量值比真實值小，造成誤差的原因是電壓表的分流（簡稱小外，意思是待測電阻小時則采用電流表外接法，）；c． 當Rx=■ 時，兩種方法均可.

3．實驗器材的選擇原則：

a． 安全性原則：通過電源、電表、滑動變阻器等器件電流不能超過其最大允許電流等。b． 準確性原則：選用電表量程應盡可能減少測量值的誤差，電壓表和電流表盡可能使指針有較大偏轉（一般取滿偏的1/3-2/3左右），使用多用電表歐姆檔時要選用指針盡可能在中間刻度附近的倍率檔位。c． 便于操作原則：實驗時需考慮調節方便，且便于操作.

二、測定金屬絲的電阻率的實驗(可以采用限流或分壓電路)

實驗原理：先用伏安法測出金屬的電阻R，再用螺旋測微器測出金屬絲的直徑d，然后用刻度尺測出金屬絲長度L，根據公式R=ρL/S，S為橫截面積，S=1/4лd2，所以電阻率ρ=SR/L即ρ=■.

【例1】（2012年天河區普通高中畢業班綜合測試三）（測量某合金電阻絲的電阻率ρ的實驗中，截取一段該電阻絲拉直后固定在絕緣的米尺上，米尺兩端各有一個固定的接線柱A和B，米尺上有一個可沿米尺滑動的接線柱C.實驗的主要步驟如下：

①連接電路前，該同學用螺旋測微器在電阻絲上幾個不同的部位測量它的直徑，某次測量其刻度位置如圖所示，讀數d = ____________mm；

②用筆畫線代替導線將圖2中提供的器材連成完整的實驗電路；

③移動接線柱C，記錄 ；

④閉合開關，讀出電壓表、電流表的示數，斷開開關；

⑤重復③④的操作；

⑥根據電表的示數，計算出與L值相對應的五組R值，如圖3所示.請根據該實驗表格數據在圖丙中的坐標紙上描出該合金電阻絲的R-L 圖線.該圖線的斜率表4示 (用R、ρ、d、π中的某些量表示).

解析：因為螺旋測微器的主尺應該讀0，整個讀數為0.400mm； 把電壓表最后連線，且因為這個電路沒有滑動變阻器，所以只能采用串聯電路； 由R=ρL/S 、S=1/4лd2 可知ρ=■ ，直徑d已經測出，電阻R由伏安法測出，因此要測量接入電路中金屬絲的有效長度L；ρ= ■可知R=■L，所以該圖線的斜率表示■.

答案：0.400 接入電路中金屬絲的有效長度

L■

三、測定電源的電動勢和內電阻的實驗

實驗原理：由閉合電路歐姆定律Ｅ＝Ｕ＋Iｒ可知：只要測出兩組U和I的值，通過解方程組Ｅ＝Ｕ1＋I1ｒ①，Ｅ＝Ｕ2＋I2ｒ②，可求出E和r的值.

【例2】（2012佛山二模）莉莉同學為了測一節干電池的電動勢E和內電阻r.

①她先用多用電表估測電動勢E.將選擇開關旋至直流2.5V檔，紅、黑表筆與干電池的正、負極相接，此時指針所指位置如圖丙所示，則此時多用表的讀數為_______V.

②莉莉再用伏安法更精確地測量該干電池的電動勢和內電阻，實驗電路如圖8所示.請你用實線代替導線在圖戊中連接好實物，要求變阻器的滑動頭向右滑動時，其電阻值變大.

③由實驗測得的7組數據已在圖己的U-I圖上標出，請你完成圖線.由圖像可得E＝_______V（保留三位有效數字），r＝_______Ω（保留兩位有效數字）.若取圖己中的第2、3兩組數據來計算E和r，則比用上述圖像法測得電動勢_______，內電阻_____（填“偏大”或“偏小”）.

解析：量程為2.5V，則一大格為0.5V，最小分度為0.05 V，最小分度逢5估讀到本位，所以讀數為1.45 V；連線請按電路圖連接；在U-I圖像中縱軸的截距表示電源的電動勢，而斜率的絕對值表示為電源的內電阻.采用圖8的電路圖時測得電動勢偏小，內電阻偏小.

答案：① 1.45±0.01（2分）（有效數字位數不對的，不給分）②連線如圖11（3分） （每條連線各1分，接錯位置或量程的不給分）③圖12（1分） （畫折線不給分） 1.49±0.01（2分） 1.0～1.1（2分） 偏小（1分） 偏小（1分）

四、描繪小燈泡的伏安特曲線的實驗（此實驗通常采用分壓接法）

實驗原理：金屬導體的電阻率隨溫度的升高而增大，導致金屬導體的電阻隨溫度的升高而增大。以電流I為縱坐標，以電壓U為橫坐標，描繪出小燈泡的伏安特性曲線I—U圖像，是一條平滑的曲線.

【例3】(2012年惠州一模理綜)在做“描繪小燈泡的伏安特曲線”的實驗時，所用器材有：電動勢為6V的電源，額定電壓為2.5V的小燈泡，以及符合實驗要求的滑動變阻器、電流表、電壓表、開關和導線，要求能測出盡可能多的數據，圖13是沒有連接完的實物電路.

① 畫出該實驗電路圖，并將實物電路連接完整.

② 移動滑片P到某處，電壓表的示數為2.2V，若要測量小燈泡的額定功率，應將滑片P向 （填“左”或“右”）端滑動.

③ 通過移動滑片P，分別記下了多組對應的電壓表和電流表的示數，并繪制成了如圖14所示的U-I圖線，根據U-I圖線提供的信息，可計算出小燈泡額定功率為 W.

④ 圖線是曲線而不是過原點的直線，原因是 .

解析：描繪小燈泡的伏安特曲線”的實驗時，一般采用分壓接法，由U-I圖像可知，不接入電源時（接近于燈泡在較小的電壓、較小的電流時）小燈泡的電阻約為10Ω，這是個小電阻，所以采用電流表外接法；因為小燈泡的額定電壓為2.5 V，所以燈泡兩端的電壓要變大，應將滑片P向右端滑動；小燈泡的電壓在額定電壓2.5 V時，此時的電流為0.2A，可計算出小燈泡額定功率為0.5W；圖線是曲線而不是過原點的直線，原因是燈絲的電阻會隨溫度的升高而增大.

答案：(2). ① 如圖15所示（4分） ② 右（1分）

③ 0.5 （2分）④ 燈絲的電阻會隨溫度的升高而增大（2分）

五、等效替代法測電阻的實驗

實驗原理：先將單刀雙擲開關與待測電阻接通，調節滑動變阻器，使電路電流表或電壓表有一個很好的讀數，并將此讀數記下；再將單刀雙擲開關與變阻箱接通，調節變阻箱，直到電流表或電壓表讀數和第一次的讀數一致，此時可以看出整個電路接入待測電阻和接入變阻箱效果是一樣的，所以變阻箱的讀數就是待測電阻的電阻值.

【例4】（2012年廣東高考理綜）（1）某同學測量一個圓柱體的電阻率，需要測量圓柱體的尺寸和電阻.①分別使用游標卡尺和螺旋測微器測量圓柱體的長度和直徑，某次測量的示數如圖17（a）和圖17（b）所示，長度為_____cm，直徑為_____mm.

②按圖17（c）連接電路后，實驗操作如下：（a）將滑動變阻器R1的阻值置于最_____處（填“大”或“小”）；將S2撥向接點1，閉合S1，調節R1，使電流表示數為I0；

（b）將電阻箱R2的阻值調至最______（填“大”或“小”）；將S2撥向接點2；保持R1不變，調節R2，使電流表示數仍為I0，此時R2阻值為1280Ω；

③由此可知，圓柱體的電阻為_____Ω.

解析：游標卡尺讀數規則：（1）以游標零刻線位置為準，在主尺上讀取厘米數和毫米數（2）看游標上哪條刻線與主尺上的某一刻線對齊，由游標上讀出毫米以下的小數（3）總的讀數為主尺上讀數加上毫米小數（游標卡尺不估讀），所以圖a的讀數為5.01cm；螺旋測微器讀數規則：在固定刻度上讀取毫米整數、半毫米數（注意0.5毫米的短線是否露出），然后從可動刻度上讀取讀取剩余部分（因為可動刻度是10分度，所以在最小刻度后必須再估讀一位），再把兩部分讀數相加，得測量值。讀數=整毫米數+（半毫米數）+估讀小數部分，所以螺旋測微器讀數5.315mm；為了保護電路，使電路電流最小，所以將滑動變阻器R1的阻值置于最大處，將電阻箱R2的阻值調至最大；根據等效替代法測電阻原理可知圓柱體的電阻等于R2=1280Ω.

答案：（1）① 5.01 5.315 ②（a）大（b）大 ③ 1280

當然，高考電學實驗題并不局限于以上幾種類型，但是在備考過程中，師生們必須對考綱中要求的實驗非常熟練地理解和掌握，當面對新的題型時，才能夠靈活地解決相關的實驗題.

（作者單位：梅州市豐順中學）

責任編校 李平安